Eerder wisten onderzoekers dat het onthouden van slaap aan muizen nadat de muizen een taak hadden uitgevoerd, ertoe leidde dat de muizen aspecten van die taak vergaten. Maar onderzoekers wisten niet zeker welke functie van de hippocampus - twee zeepaardvormige structuren in de temporale kwab van de hersenen waar veel langetermijnherinneringen worden gemaakt - zijn werk niet kon doen.
Nu hebben onderzoekers ontdekt dat het verstoren van met slaap geassocieerde oscillaties - of het ritmisch vuren van neuronen - in een subsectie van de hippocampus waarschijnlijk de boosdoener is. Hun resultaten verschijnen in Nature Communications.
Om de rol van oscillaties bij geheugenvorming te testen, registreerden de onderzoekers de baseline hippocampale activiteit van een groep muizen. Ze plaatsten muizen in een nieuwe omgeving, lieten ze verkennen, gaven ze een lichte voetschok en stopten ze vervolgens terug in hun kooien om te rusten en normaal te slapen.
"Als je de muis een dag of zelfs een paar maanden later terugbrengt naar dezelfde structuur, zullen ze deze zeer stereotiepe angstreactie krijgen, namelijk dat ze bevriezen", zegt senior auteur Sara Aton, een assistent-professor aan de Universiteit van Michigan's moleculaire , afdeling cellulaire en ontwikkelingsbiologie. "Maar als je een dier een paar uur slaap ontzegt na die context-shock-koppeling, zal de muis het de volgende dag niet meer herinneren."
De onderzoekers ontdekten dat bij normaal slapende muizen slaapgerelateerde oscillaties in een onderafdeling van de hippocampus genaamd CA1 robuuster waren na het leren. Vervolgens namen ze een nieuwe groep muizen, registreerden hun baseline hippocampale activiteit en lieten ze dezelfde taak uitvoeren. De onderzoekers gaven deze muizen ook een medicijn om een kleine populatie remmende neuronen in CA1 te remmen die parvalbumine tot expressie brengen.
De onderzoekers veranderden het slaapgedrag van het dier niet - ze sliepen normaal. Maar het uitschakelen van de activiteit van neuronen die parvalbumine tot expressie brengen, verstoorde het ritmische vuren van omringende CA1-neuronen terwijl die dieren sliepen. Het onderdrukken van de parvalbumine tot expressie brengende cellen leek de normale, met leren geassocieerde toename van oscillaties in dat deel van de hippocampus van de muis volledig teniet te doen.
"Er is een oude stelling genaamd de wet van Hebb, die luidt: 'Samen vuren, samen bedraden'", zegt Aton. "Als je twee neuronen met grote regelmaat dicht bij elkaar kunt laten vuren, is de kans groot dat je de sterkte van de verbindingen tussen hen gaat beïnvloeden."
Als de neuronen niet regelmatig en ritmisch samenvuren, vergaten de muizen dat er een angstaanjagende associatie met hun taak was.
"De dominante oscillerende activiteit, die zo cruciaal is voor leren, wordt gecontroleerd door een zeer klein deel van de totale celpopulatie in de hippocampus", zegt Nicolette Ognjanovski, een afgestudeerde student en co-auteur van de studie. “Dit verandert het verhaal van wat we begrijpen over hoe netwerken werken. De oscillaties die parvalbuminecellen beheersen, zijn gekoppeld aan wereldwijde netwerkveranderingen of stabiliteit. Herinneringen worden niet in afzonderlijke cellen opgeslagen, maar verspreid via het netwerk.”
De onderzoekers vergeleken ook de stabiliteit van de verbindingen van de neuronen tussen de controlegroep en de groep van wie de slaapschommelingen verstoord waren. Ze ontdekten dat niet alleen de verbindingen sterker waren in de controlegroep na hun leerproef, maar ook dat die neuronale verbindingen ook sterker waren. Deze veranderingen werden geblokkeerd toen slaapgerelateerde hippocampale oscillaties experimenteel werden verstoord.
"Het lijkt erop dat deze populatie van neuronen die tijdens de slaap ritmes in de hersenen genereert, wat informatieve inhoud levert om herinneringen te versterken", zegt Aton. "Het ritme zelf lijkt het meest kritieke onderdeel te zijn, en mogelijk de reden waarom je moet slapen om deze herinneringen te vormen."
Vervolgens zijn de onderzoekers van plan om te testen of het herstellen van hippocampale oscillaties (het nabootsen van de effecten van slaap in CA1) voldoende is om normale geheugenvorming te bevorderen wanneer muizen slaapgebrek hebben.
Bron: Universiteit van Michigan
Verwante Boeken
at InnerSelf Market en Amazon
