Перейти к содержимому


Свернуть чат Чат Открыть чат во всплывающем окне

@  АСМ : (09 Январь 2017 - 12:05 ) С Новым Годом, господа ))
@  Logos : (09 Январь 2017 - 01:27 ) Всем привет!

Фотография

Жизненный опыт и сон

синапс сон гомеостаз нервная система информация память

  • Авторизуйтесь для ответа в теме
В этой теме нет ответов

#1 Часовщик

Часовщик

    Продвинутый пользователь

  • Пользователи
  • PipPipPip
  • 2 511 сообщений

Отправлено 07 Февраль 2017 - 21:06

synaptic_homeostatic_scaling_fig1_703.jp

 

 

Рис. 1. Рисунок, иллюстрирующий главный вывод обеих обсуждаемых работ: во время сна происходит ослабление синапсовСлева — схематическое изображение нейрона (Dendrite — дендрит, Nucleus — ядро, Cell body — тело нейрона, Synapse — синапс, Axon — аксон). Справа — синапс после бодрствования (Awake) и после сна (Asleep). Во время сна сокращается площадь контакта аксонной терминали (Axon terminal) с дендритным шипиком (Spine), а также количество глутаматных рецепторов на постсинаптической мембране. Рисунок из синопсиса к обсуждаемым статьям в Science (L. Acsády, K. D. Harris. Synaptic scaling in sleep).

 

Согласно «гипотезе синаптического гомеостаза», сон необходим животным, потому что усвоение нового опыта во время бодрствования происходит в основном за счет усиления, а не ослабления синаптической проводимости. Общее нарастание проводимости снижает работоспособность нервной системы, которая поэтому должна регулярно переходить в режим «офлайн», отключаясь от внешних сигналов.

 

Это позволяет избирательно ослабить перевозбужденные синапсы, аккуратно отделяя при этом важную информацию от неважной. Двум исследовательским коллективам из США удалось получить новые независимые подтверждения этой гипотезы. Одна работа основана на трехмерной электронной микроскопии и прямом измерении синапсов, другая — на сравнении количества рецепторов и других белков в синапсах до и после сна. Оказалось, что у мышей во сне достоверно уменьшается и размер синапсов, и количество рецепторов, ответственных за прием возбуждающих сигналов.

 

Вопрос о том, почему животным необходим сон, до сих пор не решен окончательно, несмотря на обилие фактов и гипотез (см. ссылки в конце новости). По-видимому, должна быть какая-то общая важная причина, по которой самые разные животные — от нематод и насекомых до ящериц и людей — должны регулярно впадать в заторможенное, уязвимое состояние, почти полностью отключаясь от всех сигналов, приходящих из внешнего мира.

 

Красивое объяснение предлагает «гипотеза синаптического гомеостаза», впервые сформулированная около 15 лет назад нейробиологами из Висконсинского университета в Мэдисоне.
 
Суть идеи в том, что во время бодрствования животное постоянно усваивает новый опыт, а это сопряжено с ростом синаптической проводимости (см. Синаптическая пластичность). Как правило, чтобы что-то запомнить хотя бы ненадолго, необходимо усилить проводимость определенных синапсов: этот принцип лежит в основе памяти и обучения. В результате общий уровень синаптической проводимости в мозге неуклонно нарастает в течение всего времени, пока животное бодрствует и активно воспринимает внешние сигналы. Ясно, что это не может продолжаться до бесконечности. Разбухшие синапсы и перевозбужденные нейроны будут потреблять всё больше энергии, а способность нервной системы к дальнейшему обучению будет снижаться.

 

Соответственно, сон необходим для того, чтобы вернуть нервную систему в рабочее состояние, снизив общий уровень синаптической проводимости. Заодно можно отделить в накопленном за день опыте главное от второстепенного, избирательно ослабив одни синапсы и сохранив (или даже усилив) некоторые другие. Этот гипотетический процесс называют «умным забыванием».

 

По сути дела, гипотеза синаптического гомеостаза предполагает, что потребность во сне — это следствие неустранимого конструктивного дефекта нервной системы животных! Нервная система не может долго обрабатывать входящую информацию, не «перегреваясь», потому что усвоение новой информации идет в основном за счет потенциации (усиления) имеющихся синапсов и появления новых, а не их депрессии (ослабления) или уничтожения.

 

В двух статьях, опубликованных в свежем выпуске журнала Science, приводятся новые весьма убедительные подтверждения гипотезы синаптического гомеостаза.

В первом исследовании, выполненном нейробиологами из Висконсинского университета, при помощи трехмерной электронной микроскопии удалось напрямую сравнить размеры синапсов в мозге мышей до и после сна.

 

Размер синапса довольно строго коррелирует с его проводимостью. Поэтому гипотеза предсказывает, что во время сна синапсы в целом должны уменьшаться. Уменьшение, однако, должно быть избирательным: важные впечатления должны как-то отделяться от неважных и запоминаться надолго.

 

Исследователи сравнивали нейроны моторной и соматосенсорной коры у хорошо выспавшихся и у долго не спавших мышей, причем последние делились на две группы: первые не спали по собственной инициативе, потому что время суток было неподходящее (ночное, ведь мыши активны по ночам), а вторым не давали спать днем, развлекая новыми предметами обстановки.

 

На основе послойных электронных микрофотографий были получены трехмерные модели дендритов со всеми их шипиками и синапсами (рис. 2). В общей сложности было реконструировано 6920 синапсов 12 мышей (по 4 мыши из каждой группы), причем все исследованные образцы мозговой ткани происходили из одних и тех же двух крохотных участков коры. В качестве меры синаптической проводимости использовалась площадь контакта дендритного шипика с аксонной терминалью (ASI, axon-spine interface). Известно, что этот показатель довольно точно отражает силу синапса.

 

 

synaptic_homeostatic_scaling_fig2_703.jp
zoom.gif

 

 

Рис. 2. Объемные реконструкции дендритов и синапсов, полученные при помощи трехмерной электронной микроскопии. Слева вверху показаны участки моторной и соматосенсорной коры, из второго слоя которых брались образцы мозговой ткани. C — реконструкция четырех дендритов с шипиками в изученном образце, D — другие примеры трехмерных реконструкций дендритов, E — пример двумерного снимка, на котором видна часть дендритного шипика (выделена желтым) и часть аксонной терминали (выделена зеленым) с синаптическими пузырьками, в которых содержится нейромедиатор; поверхность контакта выделена красным. Из множества таких послойных фотографий делаются трехмерные модели нейронов. F — реконструкция синапса. dendrite — дендрит, axon — аксон, spine head — головка дендритного шипика, ASI (axon-spine interface) — поверхность контакта шипика с аксонной терминалью; по величине ASI можно судить о силе синапса. Изображение из обсуждаемой статьи de Vivo et al., 2017

 

Оказалось, что сон сокращает ASI в среднем на 18–19% по сравнению с бодрствованием (как добровольным, так и вынужденным). При этом диаметр дендритов остается прежним: это значит, дело не в общем сжатии нейронов а именно в уменьшении синапсов. Таким образом, подтвердилось первое предсказание гипотезы синаптического гомеостаза: синапсы действительно уменьшаются во сне.

 

Статистический анализ полученных данных подтвердил и второе предсказание — об избирательности уменьшения синапсов. Пропорциональному уменьшению подвергается большинство синапсов, но не все. При этом вероятность того, что синапс будет ослаблен во сне, связана обратной зависимостью с размером синапса.

 

Наибольшие шансы остаться неуменьшенными имеют 20% самых больших синапсов. Возможно, в этих синапсах закодирована важная информация и самые сильные впечатления, которые не стоит забывать. Кроме того, авторы заметили, что уменьшение синапсов во сне сильнее выражено у дендритов с редко расположенными шипиками по сравнению с дендритами, на которых шипиков больше. Еще одна закономерность состоит в том, что пропорциональному уменьшению чаще подвергаются синапсы, в которых много эндосом.

 

Расчеты, основанные на другом косвенном показателе силы синапса — объеме головки дендритного шипика, — совпали с результатами, полученными на основе показателя ASI. Головки шипиков тоже уменьшаются во сне.

 

Исследования убедительно подтвердили гипотезу синаптического гомеостаза. Судя по всему, во время сна действительно происходит глобальное снижение уровня синаптической проводимости в мозге. Оба исследования показали, что ослабление синапсов имеет избирательный характер. Очевидно, что эта избирательность должна быть как-то связана с консолидацией памяти и с отделением важного от второстепенного, то есть с ростом отношения сигнала к шуму. Очевидно также, что имеющихся данных пока недостаточно, чтобы понять, как устроена и чем регулируется эта избирательность.

 

 

источник


  • Наверх





Темы с аналогичным тегами синапс, сон, гомеостаз, нервная система, информация, память

Количество пользователей, читающих эту тему: 0

0 пользователей, 0 гостей, 0 анонимных

Яндекс.Метрика