老是忘东忘西?可能是睡眠不足惹的祸

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普遍认为在重要日子的前夜睡个好觉可以让隔日的表现更好。密西根大学(University of Michigan)的科学家已经证实,不论是成人或儿童,睡眠周期不规律和失眠都会影响学习与记忆,而这些科学家也进一步解释控制记忆巩固(memory consolidation)的神经元回路。

研究显示,大脑在经过好几个小时的学习后,需要一段不受打扰且不受刺激的时间,来巩固所有输入的内容,并将其转换成正确的记忆,以便日后可以提取这段记忆,这段过程发生在规律的睡眠周期里。

为厘清睡眠时大脑与海马回的“学习与记忆”中心是如何运作,密西根大学分子细胞与发育生物学系所的副教授 Sara Aton,与她的团队研究小鼠在经过学习后,神经活动、转录与转译的变化,而这项研究发布于《美国国家科学学院院刊(Proceedings of the National Academy of Sciences)》上。 

核糖体次单元磷酸化握有记忆之钥

小鼠在经恐惧刺激(fear stimulus)后,分为睡眠组与睡眠剥夺组。研究员分别测试两组小鼠 S6 蛋白的磷酸化情形,S6 是组成核糖体的一员,在不同神经元亚型上表达不一。

在活化神经元里,磷酸化 S6 可将 mRNA 转译成蛋白质。小鼠经过学习之后,会使海马回中磷酸化 S6 浓度升高;而将二组的磷酸化 S6 浓度做比较,睡眠剥夺组的浓度却较低。简而言之,学习可以增加海马回中磷酸化 S6 的浓度,而睡眠不足则会使之降低。

Sst+ 中间神经元:记忆的操盘者?

研究者更发现能透过 RNA 定序,将这种能调节磷酸化 S6 的神经元归纳出以下特点:体抑素中间神经元(somatostatin-expressing interneuron,以下简称 Sst+ 中间神经元)能促使体抑素(somatostatin)及 GABA 的分泌。

体抑素与 GABA 等抑制性神经传导物质,能在海马回中抑制周围的锥体神经元(pyramidal neuron),锥体神经元在记忆获取或记忆巩固皆扮演要角,一旦经抑制,建立新记忆的回路就变得不完整。

研究员能透过提高胆碱性输入,以活化睡眠组小鼠 Sst+ 中间神经元,来模拟海马回活动中断的情形,并根据这个结果建立一个模型:睡眠剥夺组原本不活跃的 Sst+ 中间神经元被活化,是因为中央隔膜(medial septum)的胆碱性神经元(cholinergic neuron),与外侧下视丘区(lateral hypothalamu)的促食欲神经元(orexinergic neuron)表达增加。

本篇研究的第一作者 Sara Aton 解释道:“因为这些(Sst+)神经元会抑制周围神经元,造成海马回处不可能有正常的神经活动。”

主导记忆调节的神经群不只一个?

在睡眠剥夺组的小鼠中,即便抑制这些被活化的的 Sst+ 中间神经元之后,再进行新的学习任务,也不能完全解决记忆无法巩固的问题。这指出在睡眠剥夺组小鼠中,或许有其他神经群也涉及调节记忆与海马回活动,仍待更多研究来厘清,大脑其他区域是否也与睡眠剥夺时的神经活动有关。

了解睡眠时的大脑活动能兴奋或抑制哪些特定神经元来促使记忆成形,于方方面面而言都很重要。以长远来看,这些研究有助于克服认知与学习障碍。与压力或创伤相关的睡眠疾病所造成的损害通常较轻微,因为失眠所能带来认知伤害最小;而在神经适应症方面,如阿兹海默症(Alzheimer’s Disease),则可透过控制潜在的神经回路,来降低记忆缺失的发生。

原文:Sahana Shankar

编译:Lauren Kao

延伸阅读:大脑如何提取错误记忆?海马回神经震荡使位置细胞活化 

参考资料:

1. https://www.pnas.org/content/118/32/e2019318118

2.https://www.geneonline.com/new-study-explores-how-sleep-deprivation-inhibits-memory-consolidation/

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