Wie beeinträchtigt Schlafmangel die Gedächtnisbildung? Studieren bringt Licht

Es ist bekannt, dass Schlaf eine Schlüsselrolle beim Lernen und bei der Gedächtnisbildung spielt, aber was passiert mit diesen wichtigen Gehirnfunktionen, wenn wir nicht genug Schlaf bekommen? Forscher der Universität von Michigan liefern einige Antworten mit ihrer neuen Studie.
Forscher vermuten, dass Schlafentzug den Rhythmus neuronaler Feuerung in einem bestimmten Bereich des Hippocampus stört, was die Gedächtnisbildung beeinträchtigen könnte.

Die Studie fand heraus, dass Schlafentzug den Rhythmus der neuronalen Feuerung in einer Region des Hippocampus namens CA1 stört. Der Hippocampus ist die Gehirnstruktur, die für die Bildung von Langzeitgedächtnis verantwortlich ist.

Studienleiterin Nicolette Ognjanovski von der Abteilung für Molekulare, Zelluläre und Entwicklungsbiologie in Michigan und Kollegen fanden heraus, dass die Störung des Rhythmus neuronaler Feuerung oder Oszillationen im CA1 von Mäusen die Gedächtnisbildung stört.

Ognjanovski und Kollegen sagen, dass ihre Ergebnisse - kürzlich in der Zeitschrift berichtet Naturkommunikationen - werfen ein weiteres Licht auf die Rolle, die der Schlaf im Gedächtnis spielt.

Aktuelle Richtlinien empfehlen, dass Erwachsene darauf abzielen, für eine optimale Gesundheit jede Nacht etwa 7 bis 9 Stunden Schlaf zu bekommen. Laut der American Sleep Association berichten jedoch rund 35 Prozent der Erwachsenen in den Vereinigten Staaten von weniger als 7 Stunden Schlaf pro Nacht.

Studien haben gezeigt, dass Schlaf für die Gedächtniskonsolidierung wichtig ist - das heißt, die Fähigkeit des Gehirns, kurzfristige Erinnerungen in langfristige Erinnerungen umzuwandeln. Vor diesem Hintergrund überrascht es nicht, dass ein Mangel an Schlaf die Gedächtnisbildung behindert.

Frühere Forschungen haben Schlafmangel mit eingeschränkter Hippocampusfunktion in Verbindung gebracht. Ognjanovski und sein Team stellen jedoch fest, dass unklar ist, welcher Bereich des Hippocampus von Schlafmangel betroffen ist.

Um das herauszufinden, führte das Team eine Reihe von Experimenten mit Mäusen durch, beginnend mit einer Lernaufgabe.

Stärkere rhythmische Gehirnaktivität in gut ausgeruhten Mäusen nach dem Lernen

Zuerst haben die Forscher Mäuse aus ihrem Haus entfernt und in eine neue Umgebung gebracht. Nachdem die Nagetiere für eine Weile ihre neue Umgebung erkundet hatten, gaben die Forscher ihnen einen leichten Fußschock. Die Mäuse wurden dann in ihre ursprüngliche Umgebung zur Ruhe gebracht.

Bei der Untersuchung der Hippocampusaktivität der Mäuse fanden die Forscher heraus, dass Nagetiere, die nach der Lernaufgabe ausreichend Schlaf hatten, stärkere schlafbezogene Oszillationen in der CA1-Region des Hippocampus zeigten als Schlafmangel-Mäuse.

Als nächstes wollten die Forscher herausfinden, ob eine Störung dieser schlafbezogenen Oszillationen das Gedächtnis beeinflussen könnte. Dazu gab das Team einer neuen Gruppe von Mäusen ein Medikament, das verhinderte, dass eine kleine Gruppe von Neuronen im CA1 das Protein Parvalbumin exprimierte. Dies ist ein Prozess, den Studien gezeigt haben, mit Schlafentzug auftritt.

Die Nager führten dann die gleiche Lernaufgabe wie die vorherige Gruppe von Mäusen aus, und die Hippocampusaktivität wurde vor und nach der Aufgabe gemessen.

Die Forscher fanden heraus, dass die Blockierung der Aktivität von Parvalbumin-exprimierenden Neuronen im CA1 von Mäusen die rhythmische Abfeuerung von umgebenden Neuronen stört.

Als diese Mäuse in die Umgebung zurückkehrten, in der sie den Fußschock erhalten hatten, schienen alle Erinnerungen an diese Umgebung beseitigt zu sein.

"Wenn Sie die Maus einen Tag oder sogar ein paar Monate später in dieselbe Struktur zurückbringen, werden sie diese sehr stereotype Angstreaktion haben, nämlich dass sie einfriert", erklärt Senior-Autorin Sara Aton, Assistenzprofessorin an der Abteilung für Molekulare, Zelluläre und Entwicklungsbiologie in Michigan.

"Aber wenn Sie schlafen - nehmen Sie ein Tier für ein paar Stunden nach diesem Kontext-Schock-Paarung, die Maus wird sich nicht daran erinnern, am nächsten Tag", fügt sie hinzu.

"Erinnerungen werden nicht in einzelnen Zellen gespeichert"

Den Forschern zufolge stellen ihre Ergebnisse das aktuelle Verständnis der Entstehung von Erinnerungen in Frage.

"Die dominante Oszillationsaktivität, die für das Lernen so entscheidend ist, wird von einer sehr kleinen Anzahl der gesamten Zellpopulation im Hippocampus kontrolliert", sagt Ognjanovski.

"Dies verändert die Erzählung dessen, was wir darüber verstehen, wie Netzwerke funktionieren. Die Oszillationen, die Parvalbuminzellen kontrollieren, sind mit globalen Netzwerkänderungen oder Stabilität verbunden. Erinnerungen werden nicht in einzelnen Zellen gespeichert, sondern über das Netzwerk verteilt."

Darüber hinaus ist das Team der Ansicht, dass die Ergebnisse die Bedeutung von Schlaf für das Lernen und die Gedächtnisbildung unterstreichen, und sie beleuchten, wie Schlafentzug diesen kritischen Prozess behindern könnte.

"Es scheint so, als ob diese Neuronenpopulation, die im Schlafrhythmus im Gehirn Rhythmen erzeugt, einen informativen Inhalt zur Verstärkung von Erinnerungen liefert. Der Rhythmus selbst scheint der kritischste Teil zu sein und möglicherweise, warum man Schlaf braucht, um diesen zu bilden Erinnerungen. "

Sara Aton

Das Team will nun untersuchen, ob die Simulation der Schlafeffekte in der CA1-Region durch die Wiederherstellung von Oszillationen die Gedächtnisbildung bei schlaflosen Mäusen unterstützt.

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