睡眠不足如何破坏海马体中的新记忆存储

小鼠齿状回中表达生长抑素的中间神经元，用 Brainbow 3.0 标记，它为每个神经元标记不同的颜色。标记为绿色的 cFos 存在于睡眠期间活跃的周围锥体细胞的细胞核中。图片来源：弗兰克·雷文

虽然有些学生可能认为在考试前熬夜是个好主意，但传统观点可能是正确的：根据密歇根大学的研究，睡个好觉实际上可能更有帮助。

UM 科学家Sara Aton和James Delorme发现，当小鼠睡眠不足时，海马体中抑制性神经元的活动会增加，海马体是大脑中导航以及处理和存储新记忆必不可少的区域。

“由于这些神经元限制了它们邻居的活动，这种生理反应使得海马结构中的正常神经元活动无法聚集，”密歇根大学分子、细胞和发育生物学系副教授、密歇根大学成员 Aton 说。 RNA生物医学中心执行委员会。“我总是告诉我的学生，过夜者并没有帮助他们准备考试。”

研究人员的结果发表在美国国家科学院院刊上，他们的发现可能对人类表现和学习策略产生影响。

先前的研究表明，有一个敏感的时间窗口——学习后的几个小时——在此期间，老鼠必须睡觉才能完全巩固记忆。在此期间，海马中的神经元活动必须保持不受干扰，并且神经元内的 RNA 转录和翻译必须正常进行。Aton 和 Delorme 曾是 UM 神经科学研究生，他们研究了学习后神经元活动的变化与其蛋白质翻译变化之间可能存在的联系。

首先，Delorme 研究了睡眠和清醒、海马神经元活动和活动驱动的 S6 磷酸化之间的相互作用，S6 是核糖体的一个组成部分——将 mRNA 翻译成蛋白质的微小细胞器。这种磷酸化事件被认为会影响哪些 mRNA 随着神经元变得更加活跃而被翻译成蛋白质。这种调节对于适应神经元不断变化的代谢需求可能很重要。

为此，德洛姆给老鼠一个恐惧刺激。当小鼠在受到刺激后被允许自由睡觉时，他发现海马体齿状回部分的 S6 磷酸化增加，这是记忆开始形成的第一个区域。

但是当小鼠被剥夺睡眠时，Delorme 发现整个海马体的磷酸化水平下降。这扰乱了老鼠的记忆，否则这些记忆本来是为了应对恐惧刺激而形成的。

Delorme 的下一个问题是，这种活动驱动的 S6 磷酸化的减少是否会在睡眠不足后对所有神经元产生类似的影响。他使用生物信息学比较了与磷酸化含S6核糖体相关的 mRNA 的丰度。他还检查了先前睡眠或不睡眠条件下的 mRNA 谱。

Delorme 随后与 UM Advanced Genomics 核心合作进行 RNA 测序。他观察到，在睡眠剥夺后，一种类型的 RNA 转录物的丰度显着增加，这些转录物已知专门存在于表达神经肽生长抑素和抑制性神经递质 GABA 的中间神经元中。

这种相对增加表明，含有生长抑素的中间神经元之间的更大活动会抑制周围神经元，从而抑制海马体中的整体 S6 磷酸化，充当减缓其放电的门。

当他们在自由睡眠的老鼠身上模仿这种抑制性门控机制时，他们能够破坏海马活动和记忆巩固。相反，在学习后抑制表达生长抑素的中间神经元的活动会增加齿状回神经元的活动，并有利于记忆巩固。

在阿尔茨海默病等常见睡眠困难的疾病中，本研究中描述的生理机制与记忆力丧失之间可能存在关系。但可能存在神经元保护功能，或者对压力记忆的适应性心理反应，Aton 说。

“睡眠不足有时可能是治疗性的。例如，在创伤事件后使用睡眠剥夺可能是预防创伤后应激综合征的一种方法，”她说。

这项研究为进一步研究操纵兴奋性和抑制性神经元活动之间的相对平衡如何影响记忆打开了大门，并比较了 REM 和非 REM 睡眠对这些机制的影响。

由伊丽莎白·佩马尔撰写 编译 陈讲运