Istraživači sa Univerziteta Tohoku pokazali su da astrociti — glijalne ćelije u obliku zvezde koje kontrolišu lokalno jonsko i metabotropno okruženje mozga — pokazuju kiseli odgovor na REM spavanje kod miševa. Oni teoretiziraju da bi reakcija kiseline mogla biti osnovni pogon za specifičnu obradu informacija i stvaranje plastičnosti tokom spavanja.
Oni su dalje otkrili da se REM odgovor u astrocitima intenzivira u epileptičnom mozgu, što znači da proučavanje promena životne sredine mozga povezanih sa REM spavanjem može potencijalno da se koristi kao biomarker za ozbiljnost epileptogeneze.
Nalazi su detaljno opisani u Brain .
Neuroni su nesumnjivo odgovorni za obradu informacija u mozgu. Za astrocite se nije smatralo da su suštinska komponenta neuronskog informacionog kola. Međutim, nedavna otkrića sugerišu da se stanje uma, kao što su svest, san, formiranje pamćenja i metaplastičnost, može kontrolisati delovanjem astrocita.
Da bi se razumela uloga astrocita u funkciji mozga, fluorescentni senzorni proteini su genetski eksprimirani u astrocitima miševa. Istraživači su implantirali optičko vlakno u bočni hipotalamus miševa, deo mozga koji je vitalan za kontrolu našeg stanja spavanja ili budnosti i metabolizma celog tela.
Ekscitaciono svetlo je poslato kroz ovo vlakno i emitovani fluorescentni signali su snimljeni. Koristeći novosmišljenu metodu, istraživači su secirali koncentraciju kalcijuma i pH astrocita i lokalne promene zapremine krvi mozga iz snimljenih optičkih signala.
Primećena je jasna promena u optičkim signalima povezanim sa REM spavanjem. Došlo je do smanjenja kalcijuma, smanjenja pH (tj. acidifikacije) i povećanja lokalnog volumena krvi mozga. Istraživači su identifikovali da zakiseljavanje i promene zapremine krvi proizvode snažan efekat na optičke signale; stoga su mnoge od prethodnih studija koje su koristile fotometriju vlakana mogle pogrešno protumačiti svoje snimljene podatke.
Zakiseljavanje je bilo posebno neočekivano, pošto je intracelularni rastvor ćelija visoko puferovan za pH. Snažna zakiseljavanje se javlja nakon ishemije, ali se ne pretpostavlja da će se promene u pH pojaviti u fiziološkim uslovima. Ovo zakiseljavanje astrocita može pokrenuti pojačavanje sinaptičkih signala i može biti osnova formiranja memorije tokom REM spavanja.
Zanimljivo je da su promene u lokalnom okruženju mozga otkrivene optičkim snimcima prethodile promeni potpisa neuronske električne aktivnosti ansambla otkrivene elektroencefalogramom za skoro 20 sekundi. Ovo sugeriše da astrociti i vaskularne promene kontrolišu stanje neuronske aktivnosti. Prelazak na REM san se takođe može predvideti na osnovu ovih lokalnih promena životne sredine mozga.
„Tokom REM spavanja, prethodna iskustva se sortiraju i pamte ili zaboravljaju, a ovaj proces se verovatno doživljava kao snovi“, kaže profesor Ko Matsui iz laboratorije za fiziologiju mozga na Super-mrežu na Univerzitetu Tohoku, koji je vodio istraživanje. „Zakiseljavanje u astrocitima može kontrolisati verovatnoću da se plastičnost dogodi u neuronskim krugovima.“
Istraživači su dalje proučavali kako se svojstva REM sna menjaju sa epilepsijom. Ponavljani stimulans mišjeg hipokampusa proizvodi mozak sklon hiperaktivnosti i ova metoda „zapaljenja“ je korišćena kao model epileptogeneze. Nakon paljenja, zabeležene su spontane epizode REM spavanja. Iznenađujuće, vrlo malo astrocitnog kalcijuma se smanjuje i lokalni volumen krvi mozga se javlja sa REM spavanjem, a jak kiseli odgovor je zabeležen iz astrocita.
„Naša prethodna studija je pokazala povećan kiseli odgovor astrocita povezan sa intenziviranim epileptičkim napadima“, kaže vodeći istraživač studije, dr Joko Ikoma. „Informacije se prenose i obrađuju električnim signalima u neuronima. pH astrocita može imati kontrolu nad ovim neuronskim aktivnostima iu fiziologiji iu bolesti.“
Praćenje opšteg pH i lokalnog krvotoka mozga je moguće kod ljudi pomoću fMRI. Ikoma kaže da se ove lokalne promene životne sredine mozga povezane sa REM spavanjem mogu potencijalno koristiti za dijagnozu težine epilepsije kod pacijenata. „Terapeutska strategija dizajnirana da kontroliše pH astrocita potencijalno bi se mogla koristiti za sprečavanje pogoršanja epilepsije.“
