Forschung: Schlaf ist nötig, um zu vergessen

Im Laufe der Jahre haben Wissenschaftler angenommen, warum wir schlafen. Einige sind sich sicher, dass dies ein Weg ist, um Energie zu sparen, andere - dass es möglich ist, "Zellabfälle" von der Gehirnaktivität zu befreien. Es gibt eine Version, bei der der Schlaf die Tiere einfach still liegen lässt und sie sich vor Raubtieren verstecken können. Forscher haben kürzlich Beweise für eine andere Theorie vorgelegt: Wir schlafen, um einige der Informationen zu vergessen, die wir jeden Tag lernen.

Um etwas Neues zu lernen und zu lernen, müssen im Gehirn zahlreiche Verbindungen zwischen Neuronen - Synapsen - hergestellt werden. Über diese Verbindungen können Sie schnell und effizient Signale untereinander senden und senden, und alle Speicher, die wir haben, werden in solchen Netzwerken gespeichert.

Im Jahr 2003 schlugen Giulio Tononi und Chiara Cirelli, Biologen an der Universität von Wisconsin in Madison , vor, dass Synapsen tagsüber so schnell wachsen, dass das Gehirn versucht, diese Verbindungen im Schlaf zu reduzieren. In Zukunft Wissenschaftler Tononi und Cirelli, zusammen mit anderen Forschern, haben viele Indizien gefunden , die unterstützt entwickelt ihre Hypothese der synaptischen Homöostase.

Durch verschiedene Experimente haben Wissenschaftler herausgefunden, dass Neuronen Synapsen trimmen können - zumindest im Labor. Mit Hilfe verschiedener Medikamente stimulierten die Forscher das Wachstum überschüssiger Synapsen, wodurch die Neuronenbündel einige Prozesse von selbst abbrachen.

Als weiterer Beweis dieser Theorie werden die vom Gehirn emittierten elektrischen Wellen berücksichtigt. Im Tiefschlaf werden diese Wellen reduziert. Tononi und Cirelli argumentierten dann, dass Synapsenreduktionen zu solchen Veränderungen führen.

Studien von Tononi und Cirelli zeigten, dass selbst kurze Schlaf- oder Wachphasen die synaptische Aktivität auf verschiedenen Ebenen verändern, dh Synapsen zusammenziehen und entsprechend wachsen. Ihre neuesten Arbeiten zeigen, dass im Gehirn von Mäusen im Schlaf eine allgegenwärtige Abnahme der Synapsen auftritt.

Seit 2013 führte ihre Kollegin Luisa de Vivo (Luisa de Vivo) eine sorgfältige Untersuchung von Geweben durch, die Mäusen entnommen wurden, als einige von ihnen schliefen, während andere wach waren. Sie verwendete Rasterelektronenmikroskopie , um hochauflösende dreidimensionale Bilder von 6920 synaptischen Verbindungen in zwei verschiedenen Bereichen des Gehirns zu erstellen - eine Aufgabe, deren Lösung mehr als vier Jahre dauerte.


Dreidimensionales Bild von dendritischen Prozessen in der Großhirnrinde der Maus Die

Forscher untersuchten Tausende von Bildern, um die gesamte Kontaktfläche zwischen den Nervenenden und den dendritischen Prozessen zu berechnen - winzige Vorsprünge, die als Empfänger an den Synapsen dienen. Sie sind insofern interessant, als sie in dem Moment wachsen, in dem die synaptischen Verbindungen gestärkt werden. Im Gehirn schlafender Mäuse war die Kontaktfläche 18% geringer als die der wachen. Mit anderen Worten, es gab eine allgemeine Abnahme der Anzahl von synaptischen Verbindungen. Der Rückgang erwies sich als heterogen und beschränkte sich auf kleine Prozesse, die angeblich an der Ausbildung beteiligt waren.

Eine weitere Studie wurde von Graham Diering, einem Wissenschaftler an der Johns Hopkins University, geleitet.. Dr. Deiring und seine Kollegen testeten die Hypothese der synaptischen Homöostase, indem sie Proteine ​​im Gehirn der Maus untersuchten. In einem Experiment haben sie ein kleines Loch geschaffen, durch das man in das Gehirn schauen kann. Dann wurde eine Chemikalie hinzugefügt, die das Protein auf der Oberfläche der Synapsen hervorhebt.

Infolgedessen stellte das Deiring-Team fest, dass Schlaf mit einer Verringerung der Größe dendritischer Prozesse sowie mit einer Verringerung der Untereinheiten des AMPA-Rezeptormoleküls um 20 Prozent verbunden istdas verschwand aus reduzierten Dendriten. Wenn Mäuse aufwachen, bindet das homaptische Homer-Gerüstprotein andere Rezeptoren und ihre molekularen "Partner" zusammen und hält sie an Synapsen unter der Zellmembran zusammen. Während des Schlafes gelangt eine gekürzte Version dieses Homer1A-Proteins in die Dendriten, zerlegt das gesamte System und entfernt AMPA-Rezeptoren, wodurch die Verbindung geschwächt wird.

Wissenschaftler haben auch gentechnisch veränderte Mäuse geschaffen, denen das Homer1A-Gen fehlt. Diese Tiere schliefen genauso wie ihre Wurfgeschwister, aber ihre Synapsen veränderten ihre Proteine ​​nicht wie die Synapsen bei gewöhnlichen Mäusen. Eine Studie von Dr. Deiring legt nahe, dass Schläfrigkeit durch Neuronen verursacht wird, die Homer1A produzieren und zu Synapsen leiten müssen, um sie zu trimmen.

Um zu sehen, wie sich diese Abschnitte auf das Gedächtnis auswirken, führten die Wissenschaftler eine Reihe von Tests durch. Sie stellten die Mäuse in einen Raum, in dem sie eine schwache Ladung elektrischen Stroms erhielten, wenn sie einen Abschnitt des Bodens entlang gingen. In derselben Nacht injizierte ein Forscherteam eine Chemikalie, die Neuronen stört, die Synapsen in das Gehirn einiger Mäuse schneiden.

Am nächsten Tag wurden die Mäuse in dieselbe Kammer zurückgebracht. Beide Gruppen von Mäusen verbrachten die meiste Zeit bewegungslos, da sie sich daran erinnerten, dass ein Schock der Bewegung folgen würde. Aber als die Forscher sie in eine andere Kammer stellten, sahen sie einen großen Unterschied. Die Mäuse, deren Gehirn nachts nicht der Droge ausgesetzt war, schnüffelten neugierig im Raum, während Mäuse mit unbeschnittenen Synapsen wieder gefroren waren. Dr. Deiring glaubt, dass die Mäuse aus der zweiten Gruppe ihre Erinnerungen nicht auf eine bestimmte Kamera beschränken konnten, bei der sie einen Schock erhielten. Ohne Nachtschwimmen waren ihre Erinnerungen verschwommen.

Nachfolgende Experimente von Tononi und seinen Kollegen zeigten, dass nicht jedes Neuron das Cut-Off-Verfahren durchführt - ungefähr ein Fünftel der Synapsen bleibt unberührt. Es gibt Spekulationen, dass diese Synapsen „gut etablierte“ Speicher codieren, die nicht geändert werden sollten.

Einige Wissenschaftler betrachten diese Ergebnisse nicht als Beweis für die Hypothese der synaptischen Homöostase. Es ist schwer zu sagen, ob diese Veränderungen im Gehirn durch Schlaf oder eine biologische Uhr verursacht werden. Darüber hinaus kann nicht eindeutig gesagt werden, dass Schlaf nur existiert, weil das Gehirn während dieses Prozesses Synapsen unterbieten kann.

Trotz aller Zweifel können die neuen Daten die Sichtweise ändern, wie beispielsweise Schlaftabletten auf das menschliche Gehirn wirken. Während sie Menschen beim Einschlafen helfen, können sie den Prozess des Trimmens von Neuronen stören, die zur Bildung von Erinnerungen benötigt werden. In Zukunft können Wirkstoffmoleküle präzise ausgerichtet werden, damit die Synapsen korrekt zugeschnitten werden.

Source: https://habr.com/ru/post/de401375/