Zuvor wussten die Forscher, dass Mäuse den Schlaf verweigerten, nachdem die Mäuse eine Aufgabe ausgeführt hatten, was dazu führte, dass die Mäuse Aspekte dieser Aufgabe vergaßen. Aber die Forscher waren nicht sicher, welche Funktion der Hippocampus - zwei Seepferdchen-förmige Strukturen im Temporallappen des Gehirns, wo viele langfristige Erinnerungen gemacht werden - nicht seine Aufgabe erfüllen könnte.
Jetzt haben Forscher herausgefunden, dass die Störung von schlafassoziierten Schwingungen - oder das rhythmische Abfeuern von Neuronen - in einem Unterabschnitt des Hippocampus wahrscheinlich der Schuldige ist. Ihre Ergebnisse erscheinen in Nature Communications veröffentlicht .
Um die Rolle der Oszillationen bei der Gedächtnisbildung zu testen, zeichneten die Forscher die Grundaktivität der Hippocampusaktivität einer Gruppe von Mäusen auf. Sie brachten Mäuse in eine neue Umgebung, liessen sie erforschen, gaben ihnen einen leichten Fußschock und brachten sie dann in ihre Heimkäfige zurück, um auszuruhen und normal zu schlafen.
"Wenn Sie die Maus einen Tag oder sogar ein paar Monate später in die gleiche Struktur zurückbringen, werden sie diese sehr stereotype Angstreaktion haben, nämlich dass sie einfrieren", sagt Senior Autorin Sara Aton, Assistenzprofessorin an der Universität von Michigan , zelluläre und entwicklungsbiologische Abteilung. "Aber wenn du schläfst - beraubt man ein Tier nach dieser Kontext-Schock-Paarung für ein paar Stunden, wird sich die Maus am nächsten Tag nicht daran erinnern."
Die Forscher fanden heraus, dass Schlaf-assoziierte Oszillationen in einem Unterabschnitt des Hippocampus namens CA1 bei normal schlafenden Mäusen nach dem Lernen robuster waren. Sie nahmen dann eine neue Gruppe von Mäusen, zeichneten ihre Grundaktivität im Hippocampus auf und ließen sie die gleiche Aufgabe erfüllen. Die Forscher gaben diesen Mäusen auch ein Medikament, um eine kleine Population von inhibitorischen Neuronen in CA1, die Parvalbumin exprimieren, zu inhibieren.
Die Forscher veränderten das Schlafverhalten des Tieres nicht - sie schliefen normal. Aber das Ausschalten der Aktivität von Parvalbumin-exprimierenden Neuronen unterbrach die rhythmische Zündung von umgebenden CA1-Neuronen, während diese Tiere schliefen. Die Unterdrückung der Parvalbumin-exprimierenden Zellen schien den normalen, lernassoziierten Anstieg der Oszillationen in diesem Abschnitt des Hippocampus der Maus vollständig auszulöschen.
"Es gibt einen alten Satz namens Hebb's Gesetz, der lautet: 'Feuert zusammen, verbindet euch miteinander'", sagt Aton. "Wenn Sie zwei Neuronen sehr nahe beieinander in unmittelbarer Nähe feuern können, ist es sehr wahrscheinlich, dass Sie die Stärke der Verbindungen zwischen ihnen beeinflussen werden."
Wenn die Neuronen daran gehindert wurden, regelmäßig und rhythmisch miteinander zu schießen, vergaßen die Mäuse, dass ihre Aufgabe mit Furcht verbunden war.
"Die dominante Oszillationsaktivität, die für das Lernen so entscheidend ist, wird von einer sehr kleinen Anzahl der gesamten Zellpopulation im Hippocampus kontrolliert", sagt Nicolette Ognjanovski, eine Doktorandin und Koautorin der Studie. "Dies ändert die Darstellung dessen, was wir über die Funktionsweise von Netzwerken verstehen. Die Oszillationen, die Parvalbuminzellen kontrollieren, sind mit globalen Netzwerkänderungen oder Stabilität verbunden. Erinnerungen werden nicht in einzelnen Zellen gespeichert, sondern über das Netzwerk verteilt. "
Die Forscher verglichen auch die Stabilität der Neuronenverbindungen zwischen der Kontrollgruppe und der Gruppe, deren Schlafoszillationen gestört waren. Sie fanden heraus, dass nicht nur die Verbindungen in der Kontrollgruppe nach dem Lernversuch stärker waren, sondern auch, dass diese neuronalen Verbindungen auch stärker waren. Diese Veränderungen wurden blockiert, als schlafassoziierte Hippocampus-Oszillationen experimentell gestört wurden.
"Es scheint, als ob diese Neuronenpopulation, die während des Schlafs Rhythmen im Gehirn erzeugt, Informationen liefert, um Erinnerungen zu verstärken", sagt Aton. "Der Rhythmus selbst scheint der kritischste Teil zu sein, und möglicherweise brauchen Sie Schlaf, um diese Erinnerungen zu bilden."
Als nächstes planen die Forscher zu testen, ob die Wiederherstellung von Hippocampus-Oszillationen (imitiert die Auswirkungen des Schlafes in CA1) ausreichend ist, um die normale Gedächtnisbildung zu fördern, wenn Mäuse im Schlaf nicht leiden.
Quelle: University of Michigan
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