睡眠按下單個神經元的重置按鈕

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本文發表於《大眾科學》的前部落格網路,反映了作者的觀點,不一定代表《大眾科學》的觀點


小憩片刻可以提神醒腦。

是的,但這到底意味著什麼呢?

這裡不是在談論醒來後立即從床上跳起來準備跑五英里,而是在談論大腦深處單個腦細胞層面正在發生的事情。


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R. Douglas Fields是一位研究非主流大腦區域和神經活動的先驅,他的一項新研究提出了一種有希望的建議。Fields在馬里蘭州貝塞斯達美國國家兒童健康與人類發育研究所的團隊,基於一項早期觀察,即在睡眠期間(甚至只是放鬆時),神經訊號在海馬體關鍵區域的細胞中以“錯誤的方式”傳播,海馬體是參與形成某些型別新記憶的大腦結構。Fields的新研究在實驗室培養皿中證明,這種反向運輸起到“編輯”的作用,即物理性地修剪腦細胞中不必要的部分,以確保您不會忘記前一天學到的東西。

具體而言,海馬體CA1區域的電訊號反轉方向,就像傍晚高峰時段汽車的反向流動一樣。尖峰電脈衝向上移動,而不是向下移動神經細胞的長延伸部分,即軸突。尖峰序列穿過細胞體(細胞核所在的位置),然後到達數千個微小分支卷鬚(稱為樹突)的末端。

到達後,這些訊號就像調光開關一樣,當神經元透過稱為突觸的小間隙接收來自其他神經元的化學訊號時,會導致神經元較弱地放電——用神經科學術語來說,突觸強度減弱。“這讓您可以在第二天學習,因為您的突觸尚未飽和,”Fields說。在這種突觸調整期間,一些突觸會消失,這是將過去一天的所見所聞整合到記憶中的過程的一部分,這個過程包括消除不相關的細節並“重新整理”突觸,以便更好地吸收即將到來的一天的感官衝擊。

在實驗中,發表在《美國國家科學院院刊》上的論文的第一作者奧萊娜·布卡洛與Fields實驗室團隊的其他成員合作,向一片海馬體組織提供了反向刺激。當研究人員隨後調轉方向,從樹突向軸突發送電訊號時,經過調整的神經元產生了更強的訊號。重新刺激(類似於為考試分散學習)對於加強連線至關重要。如果沒有提醒性的刺激,放電不會改善。

威斯康星大學的朱利奧·託諾尼說:“已經發現的是一種在全域性細胞水平上顯著的新的可塑性機制。” “雖然它已在體外得到表徵,但它很可能代表了一種在體內重置突觸強度的基本方法。” 託諾尼研究睡眠期間突觸的減弱和“重置”,一篇關於他工作的文章將在未來幾個月內發表在《大眾科學》上。

軸突的反向傳輸,稱為逆向放電,是海馬體中一系列更廣泛事件的一部分,其中前一天的經歷像體育評論員的錄影帶一樣重播。最終,瞭解這些夜間活動——以及減弱突觸的好處——可能有助於解決創傷後應激障礙、強迫症和其他無法抽離的心理障礙,這些障礙會無休止地重播無法重新整理和清除記憶的磁帶迴圈。

來源:美國國立衛生研究院

Gary Stix, senior editor of mind and brain topics at 大眾科學, 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 大眾科學'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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