In einer Studie, veröffentlicht in der Wissenschaft , Forscher an der NYU Langone Medical Center zeigen zum ersten Mal , die nach dem Lernen fördert das Wachstum der dendritischen Dornen zu schlafen, die winzigen Vorsprünge von Gehirnzellen, die zu anderen Gehirnzellen verbinden und den Durchgang von Informationen über Synapsen zu erleichtern, die Übergänge , bei denen Gehirnzellen zu erfüllen. Darüber hinaus ist die Aktivität von Gehirnzellen der Tiefschlafphase oder Tiefschlaf , nach dem Lernen kritisch für ein solches Wachstum .
Die Ergebnisse, die in Mäuse , stellen wichtige physikalische Beweise für die Hypothese, dass Schlaf hilft festigen und neue Erinnerungen zu stärken und zeigen zum ersten Mal , wie Lernen und Schlaf Ursache körperlichen Veränderungen im motorischen Kortex , einer Hirnregion zur willkürlichen Bewegungen zuständig.
"Wir haben für eine lange Zeit , dass Schlaf spielt eine wichtige Rolle in Lernen und Gedächtnis bekannt ist. Wenn Sie nicht gut schlafen, werden Sie nicht gut lernen", sagt Senior Investigator Wen- Biao Gan, PhD, Professor für Neurowissenschaften und Physiologie und Mitglied des Institute of Biomolecular Skirball Medicine an der NYU Langone Medical Center. " Aber was ist der zugrunde liegenden physikalischen Mechanismus für dieses Phänomen verantwortlich ? Hier haben wir gezeigt, wie Schlaf hilft Nervenzellen sehr spezielle Verbindungen auf dendritischen Zweigen, die das Langzeitgedächtnis zu erleichtern, kann zu bilden. Wir zeigen auch, wie verschiedene Arten von LernformSynapsen auf unterschiedlichen Zweigen die gleichen Nervenzellen , was darauf hindeutet , dass das Lernen bewirkt sehr spezifische strukturelle Veränderungen im Gehirn. "
Auf zellulärer Ebene , ist alles andere als erholsam schlafen : Gehirnzellen, die Funken , wie wir neue Informationen im Wachzustand Wiedergabe im Tiefschlaf , auch als Tiefschlaf bekannt , zu verdauen , wenn Gehirnwellen verlangsamen und rapid-eye -Bewegung, sowie träumen , hält . Wissenschaftler haben lange vermutet, dass diese nächtliche Wiederholung hilft uns zu bilden und neue Erinnerungen zu erinnern , doch die strukturellen Veränderungen untermauern diesen Prozess haben blieb weitgehend unverstanden.
Um Licht in dieses Verfahren zu vergießen , Dr. Gan und Kollegen verwendeten Mäuse gentechnisch verändert, um ein fluoreszierendes Protein in den Nervenzellen zum Ausdruck bringen. Mit einem speziellen Laser-Scanning- Mikroskop, das die leuchtenden Fluoreszenzproteine im motorischen Kortex beleuchtet , konnten die Wissenschaftler dann in der Lage zu verfolgen und Bild das Wachstum der dendritischen Dornen entlang einzelner Zweige der Dendriten vor und nach Mäusen gelernt, auf einem Schleuderstabbalancieren. Im Laufe der Zeit Mäuse gelernt, wie man an der Stange Balance , wie sie nach und nach schneller gesponnen. "Es ist wie das Lernen , ein Fahrrad zu fahren ", sagt Dr. Gan . "Wenn man es zu lernen , die Sie nie vergessen . "
Nach der Dokumentation , dass Mäuse , in der Tat, sprießen neue Stacheln entlang dendritischen Zweigen , innerhalb von sechs Stunden nach dem Training auf der Spinnrute , setzen die Forscher zu verstehen, wie Schlaf würde diese körperliche Wachstum auswirken. Sie bildeten zwei Gruppen von Mäusen : eine auf der Spinnrute für eine Stunde trainiert und schlief dann für 7 Stunden ; die zweite trainierte für den gleichen Zeitraum auf der Stange , sondern blieb wach 7 Stunden . Die Wissenschaftler fanden heraus , dass die übermüdeten Mäuse erlebten deutlich weniger dendritischen Dorn Wachstum als die gut ausgeruht Mäusen. Ferner fanden sie, dass die Art der Aufgabe gelernt ermittelt, die dendritische Zweige Stacheln wachsen würde .
Laufen nach vorn auf der Spinnrute , zum Beispiel, produziert Wirbelsäule Wachstum auf verschiedenen dendritischen Zweige als Laufen nach hinten auf der Stange , was darauf hindeutet , dass das Erlernen spezifischer Aufgaben verursacht spezifische strukturelle Veränderungen im Gehirn .
" Jetzt wissen wir, dass, wenn wir etwas Neues zu lernen , ein Neuron wird neue Verbindungen auf einem bestimmten Zweig zu wachsen ", sagt Dr. Gan . " Stellen Sie sich einen Baum, der Blätter ( Dornen ) auf einem Zweig wächst , aber nicht ein anderer Zweig . Wenn wir etwas Neues zu lernen , ist es , als würden wir sprießen Blätter auf eine bestimmte Branche. "
Schließlich zeigten die Wissenschaftler, dass Gehirnzellen im motorischen Kortex , die bei Mäusen lernen eine Aufgabe zu aktivieren während der slow-wave tiefen Schlaf zu reaktivieren. Stören diesen Prozess haben sie festgestellt , verhindert dendritischen Dorn Wachstum. Ihre Ergebnisse bieten einen wichtigen Einblick in die funktionelle Rolle der neuronalen Replay - der Prozess, durch den die Schlaf Gehirn probt Aufgaben während des Tages gelernt - im motorischen Kortex beobachtet.
"Unsere Daten zeigen, dass neuronale Reaktivierung im Schlaf ist sehr wichtig für den Anbau bestimmte Verbindungen innerhalb des motorischen Kortex , " Dr. Gan hinzufügt.