Mausstudie zeigt, wie Schlafmangel die Gedächtnisleistung beeinflusst
Obwohl Wissenschaftler gewusst haben, dass Schlafmangel die Lern- und Erinnerungsfähigkeit beeinträchtigen kann, waren die genauen Methoden, mit denen dies geschieht, unklar.
Die Forscher waren sich nicht sicher, was den Hippocampus - zwei seepferdchenförmige Strukturen im Temporallappen des Gehirns, in denen viele Langzeiterinnerungen entstehen - daran hinderte, seine Aufgabe zu erfüllen.
In einer neuen Studie haben Forscher der University of Michigan herausgefunden, dass die Störung schlafassoziierter Schwingungen - das rhythmische Abfeuern von Neuronen - in einem Unterabschnitt des Hippocampus wahrscheinlich der Schuldige ist.
Ihre Ergebnisse werden in veröffentlicht Naturkommunikation.
Um die Rolle von Oszillationen bei der Gedächtnisbildung zu testen, zeichneten die Forscher unter der Leitung der Doktorandin Nicolette Ognjanovski die Hippocampus-Grundaktivität einer Gruppe von Mäusen auf.
Sie stellten Mäuse in eine neue Umgebung, ließen sie erkunden, versetzten ihnen einen leichten Fußschock und steckten sie dann wieder in ihre Heimkäfige, um sich auszuruhen und normal zu schlafen.
"Wenn Sie die Maus einen Tag oder sogar ein paar Monate später wieder in dieselbe Struktur zurückversetzen, haben sie diese sehr stereotype Angstreaktion, nämlich dass sie einfrieren", sagte Dr. Sara Aton, eine Assistenzprofessorin und leitende Autorin des Papiers .
"Aber wenn Sie einem Tier nach dieser Kontext-Schock-Paarung einige Stunden lang den Schlaf entziehen, wird sich die Maus am nächsten Tag nicht daran erinnern."
Die Forscher fanden heraus, dass bei normal schlafenden Mäusen schlafassoziierte Schwingungen in einem Unterabschnitt des Hippocampus namens CA1 nach dem Lernen robuster waren.
Sie nahmen dann eine neue Gruppe von Mäusen, zeichneten ihre Hippocampus-Grundaktivität auf und ließen sie dieselbe Aufgabe erledigen. Die Forscher gaben diesen Mäusen auch ein Medikament zur Hemmung einer kleinen Population inhibitorischer Neuronen in CA1, die Parvalbumin exprimieren, ein Calcium-bindendes Protein, das mit Gedächtnisstörungen assoziiert ist.
Die Forscher haben das Schlafverhalten des Tieres nicht verändert - sie haben normal geschlafen. Das Ausschalten der Aktivität von Parvalbumin-exprimierenden Neuronen störte jedoch das rhythmische Brennen der umgebenden CA1-Neuronen, während diese Tiere schliefen.
Die Unterdrückung der Parvalbumin-exprimierenden Zellen schien den normalen lernbedingten Anstieg der Oszillationen in diesem Abschnitt des Hippocampus der Maus vollständig auszulöschen.
"Es gibt einen alten Satz namens Hebbs Gesetz, der lautet:" Feuer zusammen, Draht zusammen "", sagte Aton. "Wenn Sie zwei Neuronen dazu bringen können, mit großer Regelmäßigkeit in unmittelbarer Nähe zueinander zu feuern, ist es sehr wahrscheinlich, dass Sie die Stärke der Verbindungen zwischen ihnen beeinflussen."
Als die Neuronen davon abgehalten wurden, regelmäßig und rhythmisch zusammen zu schießen, vergaßen die Mäuse, dass es einen ängstlichen Zusammenhang mit ihrer Aufgabe gab.
"Die dominante Oszillationsaktivität, die für das Lernen so wichtig ist, wird von einer sehr kleinen Anzahl der gesamten Zellpopulation im Hippocampus gesteuert", sagte Ognjanovski, ebenfalls Erstautor der Studie.
„Dies ändert die Darstellung dessen, was wir über die Funktionsweise von Netzwerken verstehen. Die Schwingungen, die Parvalbumin-Zellen steuern, hängen mit globalen Netzwerkänderungen oder der Stabilität zusammen. Erinnerungen werden nicht in einzelnen Zellen gespeichert, sondern über das Netzwerk verteilt. "
Die Forscher verglichen auch die Stabilität der Neuronenverbindungen zwischen der Kontrollgruppe und der Gruppe, deren Schlafschwingungen gestört waren.
Sie fanden heraus, dass nicht nur die Verbindungen in der Kontrollgruppe nach ihrem Lernversuch stärker waren, sondern dass diese neuronalen Verbindungen auch stärker waren. Diese Veränderungen wurden blockiert, wenn schlafassoziierte Hippocampusschwingungen experimentell gestört wurden.
"Es scheint, als ob diese Population von Neuronen, die im Schlaf Rhythmen im Gehirn erzeugt, einige Informationsinhalte zur Verstärkung von Erinnerungen liefert", sagte Aton.
"Der Rhythmus selbst scheint der kritischste Teil zu sein, und möglicherweise, warum man schlafen muss, um diese Erinnerungen zu formen."
Quelle: Universität von Michigan
