Koristeći model miša, istraživači su otkrili novi dnevni ritam u vrsti sinapse koja prigušuje moždanu aktivnost. Poznate kao inhibitorne sinapse, ove neuronske veze su ponovo izbalansirane tako da možemo da konsolidujemo nove informacije u dugotrajna sećanja tokom spavanja. Nalazi, objavljeni u PLOS Biologi, mogu pomoći da se objasni kako suptilne sinaptičke promene poboljšavaju pamćenje kod ljudi. Studiju su vodili istraživači sa Nacionalnog instituta za neurološke poremećaje i moždani udar (NINDS), koji je deo Nacionalnog instituta za zdravlje.
„Inhibicija je važna za svaki aspekt funkcije mozga. Ali više od dve decenije, većina studija spavanja se fokusirala na razumevanje ekscitatornih sinapsi“, rekao je dr Vei Lu, viši istraživač u NINDS-u. „Ovo je prva studija koja pokušava da razume kako san i budnost regulišu inhibitorne sinapse.“
U studiji, dr Kunvej Vu, postdoktorski saradnik u laboratoriji dr Lua, ispitao je šta se dešava u inhibitornim sinapsama tokom spavanja i budnosti kod miševa. Električni snimci neurona u hipokampusu — regionu mozga važnom za formiranje pamćenja — pokazali su do tada necenjeni obrazac aktivnosti. Tokom budnosti, stabilna „tonična“ inhibitorna aktivnost se povećava, dok se brza „fazična“ inhibicija smanjuje. Takođe su otkrili mnogo veće pojačanje inhibicionih električnih odgovora u neuronima budnih miševa zavisno od aktivnosti, što sugeriše da budnost, ali ne i san, može ojačati ove sinapse u većem stepenu.
Inhibicijski neuroni koriste neurotransmiter gama-aminobuternu kiselinu (GABA) za smanjenje aktivnosti u nervnom sistemu. U inhibitornim sinapsama, ovi neuroni oslobađaju GABA molekule u sinaptički rascep, prostor između neurona gde neurotransmiteri difunduju. Molekuli se vezuju za GABA tip A (GABAA) receptore na površini susednih ekscitatornih neurona, što ih čini manje verovatnim da će se aktivirati.
Dalji eksperimenti su pokazali da su sinaptičke promene tokom budnosti izazvane povećanim brojem a5-GABAA receptora. Kada su receptori blokirani kod budnih miševa, pojačanje faznih električnih odgovora zavisno od aktivnosti se smanjilo. Ovo sugeriše da akumulacija GABAA receptora tokom budnosti može biti ključna za izgradnju jačih, efikasnijih inhibitornih sinapsi, fundamentalnog procesa poznatog kao sinaptička plastičnost.
„Kada učite nove informacije tokom dana, neuroni su bombardovani ekscitatornim signalima iz korteksa i mnogih drugih oblasti mozga. Da biste preneli ove informacije u memoriju, prvo morate da ih regulišete i precizirate – tu dolazi do inhibicije. “, rekao je dr Lu.
Prethodne studije su pokazale da sinaptičke promene u hipokampusu mogu biti vođene signalima koji proizilaze iz inhibitornih interneurona, posebnog tipa ćelije koja obuhvata samo oko 10-20% neurona u mozgu. Postoji preko 20 različitih podtipova interneurona u hipokampusu, ali nedavne studije su istakle dva tipa, poznata kao parvalbumin i somatostatin, koji su kritično uključeni u regulaciju sinapse.
Da bi identifikovao koji interneuron je odgovoran za plastičnost koju su primetili, tim dr Lu je koristio optogenetiku, tehniku koja koristi svetlost za uključivanje ili isključivanje ćelija, i otkrio da je budnost dovela do više a5-GABAA receptora i jačih veza iz parvalbumina, ali ne i somatostatin, interneuroni.
Ljudi i miševi dele slična neuronska kola koja su u osnovi skladištenja memorije i drugih bitnih kognitivnih procesa. Ovaj mehanizam može biti način da inhibicijski ulazi precizno kontrolišu oseke i oseke informacija između neurona i kroz čitave moždane mreže.
„Inhibicija je zapravo prilično moćna jer omogućava mozgu da radi na fino podešen način, što u suštini leži u osnovi svih spoznaja“, rekao je dr Lu.
Pošto je inhibicija neophodna za skoro svaki aspekt funkcije mozga, ova studija bi mogla da doprinese pomoći naučnicima da razumeju ne samo cikluse spavanja i buđenja, već i neurološke poremećaje ukorenjene u abnormalnim moždanim ritmovima, kao što je epilepsija.
