睡眠按下单个神经元的重置按钮

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本文发表于《大众科学》的前博客网络,反映了作者的观点,不一定代表《大众科学》的观点


小憩片刻可以提神醒脑。

是的,但这到底意味着什么呢?

这里不是在谈论醒来后立即从床上跳起来准备跑五英里,而是在谈论大脑深处单个脑细胞层面正在发生的事情。


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R. Douglas Fields是一位研究非主流大脑区域和神经活动的先驱,他的一项新研究提出了一种有希望的建议。Fields在马里兰州贝塞斯达美国国家儿童健康与人类发育研究所的团队,基于一项早期观察,即在睡眠期间(甚至只是放松时),神经信号在海马体关键区域的细胞中以“错误的方式”传播,海马体是参与形成某些类型新记忆的大脑结构。Fields的新研究在实验室培养皿中证明,这种反向运输起到“编辑”的作用,即物理性地修剪脑细胞中不必要的部分,以确保您不会忘记前一天学到的东西。

具体而言,海马体CA1区域的电信号反转方向,就像傍晚高峰时段汽车的反向流动一样。尖峰电脉冲向上移动,而不是向下移动神经细胞的长延伸部分,即轴突。尖峰序列穿过细胞体(细胞核所在的位置),然后到达数千个微小分支卷须(称为树突)的末端。

到达后,这些信号就像调光开关一样,当神经元通过称为突触的小间隙接收来自其他神经元的化学信号时,会导致神经元较弱地放电——用神经科学术语来说,突触强度减弱。“这让您可以在第二天学习,因为您的突触尚未饱和,”Fields说。在这种突触调整期间,一些突触会消失,这是将过去一天的所见所闻整合到记忆中的过程的一部分,这个过程包括消除不相关的细节并“刷新”突触,以便更好地吸收即将到来的一天的感官冲击。

在实验中,发表在《美国国家科学院院刊》上的论文的第一作者奥莱娜·布卡洛与Fields实验室团队的其他成员合作,向一片海马体组织提供了反向刺激。当研究人员随后调转方向,从树突向轴突发送电信号时,经过调整的神经元产生了更强的信号。重新刺激(类似于为考试分散学习)对于加强连接至关重要。如果没有提醒性的刺激,放电不会改善。

威斯康星大学的朱利奥·托诺尼说:“已经发现的是一种在全局细胞水平上显著的新的可塑性机制。” “虽然它已在体外得到表征,但它很可能代表了一种在体内重置突触强度的基本方法。” 托诺尼研究睡眠期间突触的减弱和“重置”,一篇关于他工作的文章将在未来几个月内发表在《大众科学》上。

轴突的反向传输,称为逆向放电,是海马体中一系列更广泛事件的一部分,其中前一天的经历像体育评论员的录像带一样重播。最终,了解这些夜间活动——以及减弱突触的好处——可能有助于解决创伤后应激障碍、强迫症和其他无法抽离的心理障碍,这些障碍会无休止地重播无法刷新和清除记忆的磁带循环。

来源:美国国立卫生研究院

Gary Stix, senior editor of mind and brain topics at 大众科学, edits and reports on emerging advances that have propelled brain science to the forefront of the biological sciences. Stix has edited or written cover stories, feature articles and news on diverse topics, ranging from what happens in the brain when a person is immersed in thought to the impact of brain implant technology that alleviates mood disorders such as depression. Before taking over the neuroscience beat, Stix, as 大众科学's special projects editor, was responsible for the magazine's annual single-topic special issues, conceiving of and producing issues on Albert Einstein, Charles Darwin, climate change and nanotechnology. One special issue he oversaw on the topic of time in all of its manifestations won a National Magazine Award. With his wife Miriam Lacob, Stix is co-author of a technology primer called Who Gives a Gigabyte? A Survival Guide for the Technologically Perplexed.

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