Überhaupt sich wundern , warum es schwer ist, sich nach einem schlechten Schlaf zu konzentrieren? Mit Mäusen und Lichtblitze , zeigen die Wissenschaftler, dass nur wenige Nervenzellen im Gehirn kann die Umschaltung zwischen internen Gedanken und äußeren Ablenkungen zu kontrollieren. Die Studie, die zum Teil durch die National Institutes of Health , kann ein Durchbruch im Verständnis, wie ein kritischer Teil des Gehirns , die so genannte Nucleus reticularis (TRN) , Einflüsse Bewusstsein sein .
"Jetzt können wir im Griff , wie diese winzigen Teil des Gehirns enorme Kontrolle über unsere Gedanken und Empfindungen ausübt ", sagte Michael Halassa , MD, Ph.D., Assistant Professor an Langone Medical Center der New York University und leitender Prüfarzt die studium. " Diese Ergebnisse können ein Gateway in das Verständnis der Schaltung, neuropsychiatrische Störungen zugrunde liegt . "
Die TRN ist eine dünne Schicht von Nervenzellen auf der Oberfläche des Thalamus , ein Zentrum tief im Inneren des Gehirns, die Information aus dem Körperrelaiszur Hirnrinde entfernt. Der Kortex ist die äußere , mehrfach gefalteten Schicht des Gehirns, die eine Vielzahl von Funktionen , einschließlich der Gedanken , Bewegungen , Sprache, Emotionen, Erinnerungen und visuellen Wahrnehmungen steuert . TRN Zellen sind vermutlich als Telefonisten , die den Fluss von Informationen aus dem Thalamus zum Kortex weitergeleitet Kontrolle handeln .
Um zu verstehen , wie die Schalter arbeiten , Dr. Halassa und seine Kollegen untersuchten die Feuermuster der TRN -Zellen in Mäusen während des Schlafes und Erregung , zwei Staaten mit sehr unterschiedlichen Informationsverarbeitungsanforderungen. Die in Cell veröffentlichten Ergebnisse lassen vermuten, dass die TRN hat viele Telefonisten , die jeweils an die Steuerung spezifische Linien der Kommunikation gewidmet . Mit diesen Daten konnten die Forscher die Aufmerksamkeitsspanne von Mäusen zu ändern.
"Die Zukunft der Hirnforschung ist in das Studium Schaltungen , die für die Gesundheit des Gehirns sind und diese Ergebnisse können wir einen Schritt weiter gehen ", sagte James Gnadt , Ph.D., Programm-Direktor bei NIH Nationalen Institut neurologische Erkrankungen und Schlaganfall ( NINDS ) , die Finanzierung der Studie beigetragen . "Das Verständnis des Gehirns Schaltungen auf der Ebene des Einzelnen in dieser Studie erreicht , ist ein Ziel der Präsidentenhirnforschungdurch Advancing Innovative Neurotechnologies (BRAIN ) Initiative . "
Um die Schaltungen zu untersuchen, identifiziert die Forscher TRN Zellen hemmenden Signalen , um Teile des Thalamus bekannt , visuelle Informationen zum Cortex Relais zu senden. Mit einer Technik , wie Multi-Elektroden- Aufnahmen bekannt ist, zeigten sie, dass Schlaf und Konzentration beeinträchtigt diese Zellen in entgegengesetzter Weise .
Sie schossen oft, wenn die Mäuse schliefen, vor allem während der kurzen Ausbrüchen von gleichzeitigen Gehirnzellenaktivitätgenannte Schlafspindeln . Diese Aktivität platzt kurz erweitern elektrischen Gehirnwellen- Spuren so dass sie aussehen wie Spindeln, die geraden Spitzen mit abgerundeten Böden verwendet werden, um Garn zu machen. Im Gegensatz dazu , feuerte die Zellen selten , wenn die Mäuse mit Hilfe visuelle Hinweise , um Nahrung zu finden beauftragt. Die Ergebnisse legen nahe , dass diese Zellen blockiert visuelle Information vom Erreichen der Hirnrinde während des Schlafes und erlaubt ihre Übertragung , wenn die Mäuse waren wach und aufmerksam.
Für Dr. Halassa , praktizierender Psychiater, behandelt Schizophrenie Können diese überraschende Ergebnisse liefern grundlegende Erkenntnisse darüber, wie das Gehirn steuert die Informationsübertragung , ein Prozess, bei Patienten mit neuropsychiatrischen Erkrankungen gestört ist . Frühere Studien vorgeschlagen, dass Menschen, die mehr Spindeln erlebt während des Schlafes waren weniger anfällig für von außen Geräusche gestört . Darüber hinaus können Menschen mit Schizophrenie und Autismus -Spektrum-Störung weniger Spindeln zu erleben.
"Spindeln können Gucklöcher in die Geheimnisse dieser Erkrankungen ", sagte Dr. Halassa .
Um diese Idee zu testen, nutzten die Forscher Optogenetik , eine Technik, die lichtempfindliche Moleküle in Nervenzellen führt . Damit konnten sie die Feuermuster der visuellen TRN Zellen mit Laserlichtblitze präzise zu steuern. Die Experimente wurden in gut ausgeruht und übermüdeten Mäusen durchgeführt . Ähnlich dem, was in den Menschen gesehen , kann Schlafentzug die Fähigkeit der Mäuse zu fokussieren und zu blockieren, die äußeren Ablenkungen stören .
Gut ausgeruht Mäusen benötigt nur ein oder zwei Sekunden , um die Nahrung zu finden , während Schlafentzug Mäuse dauerte länger , was darauf hindeutet , dass der Mangel an Schlaf hatte nachteilige Auswirkungen auf ihre Fähigkeit, zu fokussieren. Wenn die Forscher verwendeten Laserlichtblitze , um die Zündung des optogenetically entwickelt visuelle TRN Zellen in übermüdeten Mäusen zu hemmen , die Mäuse fanden das Essen schneller. Im Gegensatz dazu , wenn sie Optogenetik zur schlafähnlichen Feuermuster in gut ausgeruht Mäusen zu induzieren , dann nahm er die Mäuse mehr um Nahrung zu finden .
"Es ist wie mit einem Knopfdruck könnten wir die mentalen Zustände der Mäuse zu ändern und entweder imitieren oder ihrer Benommenheit zu heilen ", sagte Dr. Halassa .
In einer parallelen Reihe von Experimenten haben die Forscher fest Nachbarn der visuellen TRN Zellen hatten sehr unterschiedliche Eigenschaften. Diese Nachbarzellen steuern den Informationsfluss zum Kortex von limbischen Hirnregionen , die mit Gedächtnisbildung beteiligt , Emotionen und Erregung sind . Die Zellen entlassen sehr wenig während des Schlafes und waren aktiv, wenn die Mäuse wach statt . Dr. Halassa denkt, dass ihre Brennmuster kann wichtig für die Stärkung der neuen Erinnerungen, die während des Schlafes häufig auftritt. Kombiniert , legen die Ergebnisse nahe , dass die TRN in Teilnetze, die diskrete mentale Zustände überwachen unterteilt. Die Forscher glauben, das Verständnis der Unternetzwerke ist ein erster Schritt in gründlich erforschen die Rolle des TRN in Störungen des Gehirns .