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Wie beeinträchtigt Schlafmangel die Gedächtnisbildung? Studie wirft Licht

Schlaf spielt bekanntlich eine Schlüsselrolle beim Lernen und bei der Gedächtnisbildung, aber was passiert mit diesen wichtigen Gehirnfunktionen, wenn wir nicht genug Schlaf bekommen? Forscher der University of Michigan geben mit ihrer neuen Studie Antworten.


Die Forscher vermuten, dass Schlafentzug den Rhythmus neuronaler Zündung in einem bestimmten Bereich des Hippocampus stört, was die Gedächtnisbildung beeinträchtigen könnte.

Die Studie ergab, dass Schlafentzug den Rhythmus neuronaler Zündung in einer Region des Hippocampus namens CA1 stört. Der Hippocampus ist die Gehirnstruktur, die für die Bildung von Langzeitgedächtnissen verantwortlich ist.

Der Leiter der Studie, Nicolette Ognjanovski von der Abteilung für Molekulare, Zelluläre und Entwicklungsbiologie in Michigan, und seine Kollegen fanden heraus, dass die Störung des Rhythmus neuronaler Zündung oder Schwingungen in der CA1 von Mäusen die Gedächtnisbildung beeinträchtigte.

Ognjanovski und Kollegen sagen, dass ihre Ergebnisse - kürzlich in der Zeitschrift berichtet Nature Communications - beleuchtet die Rolle, die der Schlaf im Gedächtnis spielt.

Die aktuellen Richtlinien empfehlen, dass Erwachsene jeden Abend etwa 7 bis 9 Stunden Schlaf für optimale Gesundheit anstreben sollten. Nach Angaben der American Sleep Association berichten jedoch rund 35 Prozent der Erwachsenen in den USA, dass sie pro Nacht unter 7 Stunden Schlaf bekommen.

Studien haben gezeigt, dass Schlaf für die Gedächtniskonsolidierung wichtig ist, d. H. Die Fähigkeit des Gehirns, Kurzzeitgedächtnisse in Langzeitgedächtnisse umzuwandeln. Vor diesem Hintergrund überrascht es nicht, dass Schlafmangel die Gedächtnisbildung behindert.

Frühere Untersuchungen haben den Schlafentzug mit einer Beeinträchtigung der Hippocampusfunktion in Zusammenhang gebracht. Ognjanovski und sein Team weisen jedoch darauf hin, dass es unklar ist, in welchem ​​Bereich des Hippocampus Schlafmangel herrscht.

Um dies herauszufinden, führte das Team eine Reihe von Experimenten an Mäusen durch, beginnend mit einer Lernaufgabe.

Stärkere rhythmische Hirnaktivität nach dem Lernen in ausgeruhten Mäusen

Zuerst entfernten die Forscher Mäuse aus ihrem Zuhause und brachten sie in eine neue Umgebung. Nachdem die Nagetiere eine Weile ihre neue Umgebung erkundet hatten, versetzten die Forscher ihnen einen leichten Fußschock. Die Mäuse wurden dann in ihre ursprüngliche Umgebung zurückgebracht, um sich auszuruhen.

Bei der Beurteilung der Hippocampus-Aktivität der Mäuse stellten die Forscher fest, dass Nagetiere, die nach der Lernaufgabe über ausreichend Schlaf verfügten, stärkere schlafbezogene Oszillationen in der CA1-Region des Hippocampus aufwiesen, verglichen mit schlaflosen Mäusen.

Als nächstes wollten die Forscher herausfinden, ob die Störung dieser schlafbezogenen Schwingungen das Gedächtnis beeinträchtigen könnte. Dazu gab das Team einer neuen Mäusegruppe ein Medikament, das eine kleine Gruppe von Neuronen in der CA1 daran hinderte, das Protein Parvalbumin zu exprimieren. Studien haben gezeigt, dass dies mit Schlafentzug einhergeht.

Die Nagetiere absolvierten dann dieselbe Lernaufgabe wie die vorherige Gruppe von Mäusen, und die Aktivität des Hippocampus wurde vor und nach der Aufgabe gemessen.

Die Forscher fanden heraus, dass das Blockieren der Aktivität von Parvalbumin exprimierenden Neuronen in der CA1 von Mäusen das rhythmische Feuern umgebender Neuronen störte.

Als diese Mäuse in die Umgebung zurückkehrten, in der sie den Fußschock bekamen, schienen alle Erinnerungen an diese Umgebung beseitigt zu sein.

"Wenn Sie die Maus einen Tag oder sogar ein paar Monate später in dieselbe Struktur zurückbringen, wird sie diese sehr stereotype Angstreaktion haben, nämlich das sie einfriert", erklärt die ältere Dozentin der Studie, Sara Aton, eine Assistenzprofessorin am Abteilung für molekulare, zelluläre und Entwicklungsbiologie in Michigan.

"Aber wenn Sie ein Tier nach dieser Kontext-Schock-Paarung für ein paar Stunden aus dem Schlaf entfernen, wird sich die Maus am nächsten Tag nicht mehr daran erinnern", fügt sie hinzu.

"Erinnerungen werden nicht in einzelnen Zellen gespeichert"

Den Forschern zufolge stellen ihre Ergebnisse das derzeitige Verständnis für die Entstehung von Erinnerungen in Frage.

"Die dominante oszillatorische Aktivität, die für das Lernen so wichtig ist, wird von einer sehr kleinen Anzahl der gesamten Zellpopulation im Hippocampus kontrolliert", sagt Ognjanovski.

"Dies ändert die Erzählung dessen, was wir über die Funktionsweise von Netzwerken verstehen. Die Schwingungen, die Parvalbumin-Zellen steuern, hängen mit globalen Netzwerkänderungen oder Stabilität zusammen. Speicher werden nicht in einzelnen Zellen gespeichert, sondern über das Netzwerk verteilt."

Darüber hinaus geht das Team davon aus, dass die Ergebnisse die Wichtigkeit des Schlafes für das Lernen und die Gedächtnisbildung unterstreichen, und sie beleuchten, wie Schlafentzug diesen kritischen Prozess behindern kann.

"Es scheint, dass diese Population von Neuronen, die während des Schlafes Rhythmen im Gehirn erzeugt, einen informativen Inhalt zur Verstärkung der Erinnerungen liefert. Der Rhythmus selbst scheint der kritischste Teil zu sein und möglicherweise müssen Sie schlafen, um diese zu bilden Erinnerungen. "

Sara Aton

Das Team plant nun zu untersuchen, ob die Simulation der Schlafwirkungen in der CA1-Region durch Wiederherstellen von Schwingungen die Gedächtnisbildung bei Mäusen mit Schlafmangel unterstützt.

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