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Nature:科学家揭示熬夜复习老记不住的神经生物学机制
来源: | 作者:康森特生物科技 | 发布时间: 2024-06-17 | 436 次浏览 | 分享到:

人的一生有接近1/3的时间在睡眠中度过,睡眠作为生命所须的必要过程,是机体记忆整合的重要环节。学习后立即睡觉有利于记得更牢,而睡眠不足则损害人们的记忆能力。然而,睡眠不足影响记忆的机制目前不清楚。海马体是大脑的记忆中心,其中海马体尖波涟漪(sharp-wave ripple,SWR)期间发生的记忆事件的激活和回放是记忆巩固的关键。

SWR尖波是由海马CA1区锥体细胞尖波放电产生,涟漪是尖波附近神经元高度同步活动引起的快速且短暂的神经振荡活动。这种同步活动驱动与个体记忆相关网络的突触可塑性,增强记忆的存储和回放。在记忆完成之后的睡眠中,SWR频繁的出现,在SWR期间扰乱神经的震荡活动会损害记忆,而增强SWR则会促进学习记忆。

2024年6月12日,密歇根大学安娜堡分校Kamran Diba 教授团队在Nature发表题为“Sleep loss diminishes hippocampal reactivation and replay”的研究论文,发现睡眠不足通过破坏海马尖波涟漪,阻碍神经元放电模式的重激活和回放,损伤学习记忆能力。




1、睡眠剥夺破坏正常的海马尖波涟漪

在大鼠海马体 CA1 区域植入128通道高密度硅探针,对大鼠在迷宫探索过程、睡眠过程与睡眠剥夺过程的局部场电位和电活动稳定单元进行记录,发现与正常睡眠相比,在睡眠剥夺期间(ZT2.5-5),海马体SWR的发生频率增加。功率谱计算显示,睡眠剥夺降低局部场电位功率,具体表现为高功率的theta波减少,而低功率的delta波增加。提示睡眠剥夺改变正常海马尖波涟漪的生理特性。






图1、睡眠剥夺增加SWR的发生频率,降低SWR的功率


2、睡眠剥夺增加海马神经元的放电活动

睡眠状态可以显著影响神经元的放电频率,对迷宫探索、睡眠和睡眠剥夺期间的大鼠海马脑区放电情况进行记录,发现迷宫探索期间海马锥体神经元和中间神经元的放电频率显著增加,在随后的自然睡眠期间,锥体神经元和中间神经元的放电频率显著降低。但睡眠剥夺使锥体神经元和中间神经元放电一直处于高水平状态。

图2、睡眠剥夺增加海马锥体神经元和中间神经元的放电活动



3、睡眠剥夺降低神经元放电模式的重激活和回放

海马神经元的重激活与记忆功能密切相关,迷宫探索后对神经元重激活进行检测,发现经历事件后海马重激活可持续数小时,并将激活的海马信号传递到皮质区域。而睡眠剥夺大鼠在经历迷宫探索后,海马重激活的能力显著降低。睡眠剥夺大鼠恢复睡眠后,海马神经元重激活能力有所恢复,但是仍无法恢复到对照水平。随后对迷宫探索期间海马位置细胞序列的时间回放进行研究,发现睡眠剥夺降低迷宫探索后海马位置细胞放电模式的回放,即使恢复睡眠,这种损伤依旧存在。


图3、睡眠剥夺降低神经元放电模式的重激活



总结:本文发现睡眠不足通过损伤海马尖波涟漪,增加海马锥体神经元放电活动,破坏神经元同步活动引起神经振荡活动,阻碍神经元放电模式的重激活和回放,导致无法回忆起学习过的内容



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