睡眠会抑制大脑平衡
为什么人类和其他动物的睡眠是保持生理的神秘。
一个著名理论在神经科学睡眠时大脑回放记忆“离线”更好的编码(“记忆的巩固”)。
著名和竞争理论认为,睡眠是重要的调整活动期间一直不安的大脑网络学习而清醒。这样的“再平衡”的大脑活动包括稳态塑性机制首次发现布兰代斯大学,已经得到深入研究了大量的布兰代斯实验室包括Turrigiano实验室。
现在,一项研究发表在《从Turrigiano实验室细胞表明,这些睡眠和唤醒体内平衡机制确实是封闭的,但从以前的理论相反的方向:稳态大脑平衡发生只在醒着的时候,和抑制睡眠。
这些发现让人不得不怀疑不同形式的大脑plasticity-for例子那些参与记忆巩固和那些参与体内平衡,恢复平衡的过程必须是暂时互相隔离,以防止干扰。
神经元的要求精心维持平均放电率,就像房子的感官和保持温度的恒温器,一直以来提出的计算工作。不稳态(thermostat-like)发射率的控制,神经网络模型不能学习和漂移到epilepsy-like饱和状态或完全静止。
的发现和描述候选人工作机制在布兰代斯继续进行。
2013年,Turrigiano实验室提供第一个在活的有机体内证据发射率在哺乳动物大脑内稳态:实验室成员记录视觉皮层的单个神经元的活性自由行为幼鼠每天8 h在九天期间通过一只眼睛视力的阻挡。最初神经元的活性下降,但在接下来的4天,发射率回到基础水平尽管视觉遮挡。从本质上说,这些实验证实了长期以来一直怀疑:完整的大脑中的神经元的活动确实是自我平衡地治理。
由于独特的机会来研究大脑可塑性的基本机制的动物,实验室已探测的可能性之间的一个十字路口动物的行为和自我平衡的可塑性。为了真正评估可能的生理和行为影响神经元内稳态,它是必要的,以捕捉整个为期九天的实验,而不是每天评估的快照。
Turrigiano实验室工作,必须找到创造性的计算解决方案记录许多tb的数据必须遵循单一神经元的活动不间断地超过200小时。最终,这些数据显示,自我平衡的调节大脑皮层的神经活动的睡眠和清醒状态。
令人惊讶和出乎意料的转折,自我平衡的复苏时期的活动几乎完全发生在睡眠期间的活动和抑制。之前的预测假定没有角色行为状态,或者睡会占体内平衡。最后,实验室建立证据因果角色主动意识通过人为地提高自然醒着的时间在自我平衡的反弹。动物睡不着时,稳态塑性进一步增强。
这一发现会开启大门。引领我们到一个新的领域的理解行为,环境和生理影响稳态塑性机制在大脑中。的一些关键立即请求被回答的问题包括:
- ♦什么睡眠排除了稳态塑性的表达呢?
- ♦怎么可能机制需要复杂的模式的转录、翻译,交易,和修改可以在短时间尺度调制行为状态转换在啮齿动物吗?
- ♦最后,这个发现有多可概括的?体内平衡是双向的,相反方向的转变同样需要醒来还是签署允许新规则的变化表达吗?
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出版
Hengen KBet al。神经元活动率稳态是由睡眠和被抑制。细胞,2016年3月17日在线发表。doi: 10.1016 / j.cell.2016.01.046
