Schlaf stärkt das Gedächtnis nach dem Lernen

Eine neue Studie liefert wichtige physikalische Beweise, die den Gedanken unterstützen, dass Schlaf hilft, neue Erinnerungen zu zementieren und zu stärken. Veröffentlicht in der Zeitschrift WissenschaftDie Studie zeigt, dass Schlaf nach dem Lernen sehr spezifische strukturelle Veränderungen im Gehirn verursacht - nämlich das Wachstum von Verbindungen zwischen Gehirnzellen, die ihnen helfen, Informationen untereinander auszutauschen.

Senior-Forscher Wen-Biao Gan, Professor für Neurowissenschaften und Physiologie am NYU Langone Medical Center in New York, New York, sagt zwar, dass Schlaf für Lernen und Gedächtnis wichtig sei, der zugrunde liegende Mechanismus sei jedoch nicht klar.

"Hier haben wir gezeigt, wie der Schlaf Neuronen hilft, sehr spezifische Verbindungen auf dendritischen Ästen zu bilden, die das Langzeitgedächtnis erleichtern können", erklärt er. "Wir zeigen auch, wie verschiedene Arten des Lernens Synapsen in verschiedenen Zweigen derselben Neuronen bilden Lernen verursacht sehr spezifische strukturelle Veränderungen im Gehirn. "

In Experimenten mit Mäusen zeigen er und sein Team zum ersten Mal, dass Lernen und Schlaf zu körperlichen Veränderungen im motorischen Kortex führen, einer Gehirnregion, in die willkürliche Bewegungen involviert sind.

Während wir beim Schlafen schlafe, sind unsere Zellen nicht. Die aktiven Gehirnzellen, die während der wachen Stunden neue Informationen aufnehmen, reaktivieren sich während des Tiefschlafs oder des langsamen Wellenschlafs - einer Phase, in der die Gehirnwellen langsamer werden und die schnelle Augenbewegung und das Träumen zum Stillstand kommen.

Seit einiger Zeit glauben Wissenschaftler, dass Slow-Wave-Schlaf ist, wenn wir neue Erinnerungen bilden und sich daran erinnern. Aber genau, wie dies physikalisch geschieht, zeigt diese Studie erstmals - mit genetisch veränderten Mäusen, die ein bestimmtes Protein in ihren Gehirnzellen fluoreszieren, wenn man es mit einem Laser-Scanning-Mikroskop betrachtet.

Mit diesem Ansatz konnte das Team das Wachstum neuer Stacheln entlang einzelner Zweige von Dendriten verfolgen. Eine Gehirnzelle hat typischerweise viele tausend Dendriten. Diese verbinden sich über Synapsen mit anderen Neuronen und tragen Informationen in Form von elektrischen Impulsen.

Maushirn sprengte neue dendritische Stacheln innerhalb von 6 Stunden nach dem Erlernen neuer Aufgaben

Die Forscher haben die Mäuse dazu gebracht, auf einer Spinnrute zu balancieren. Schließlich lernten die Mäuse, auf der Rute zu balancieren, während sie schneller und schneller drehte.

Sie stellten fest, dass die Mäuse innerhalb von 6 Stunden nach dem Training auf dem Stab neue dendritische Dornen sprossen.

Sie untersuchten dann die Wirkung des Schlafes. Sie trainierten zwei Gruppen von Mäusen: Eine Gruppe trainierte eine Stunde lang an der Spinnrute und schlief dann 7 Stunden, während die andere für die gleiche Zeit trainierte, aber 7 Stunden lang wach gehalten wurde.

Die Mäuse, die nach dem Training nicht geschlafen hatten, zeigten signifikant weniger neues dendritisches Wirbelsäulenwachstum als die Mäuse, die nach dem Lernen schliefen.

Die Forscher stellten auch fest, dass verschiedene Arten von Wachstum für verschiedene Arten des Lernens auftraten.

Zum Beispiel folgte dem Laufen auf der Spinnrute dendritisches Wirbelsäulenwachstum auf einer Reihe von Zweigen, während dem Rückwärtslaufen Wachstum auf einem anderen Satz folgte. Die Forscher vermuten, dass das Lernen spezifischer Aufgaben mit spezifischen strukturellen Veränderungen im Gehirn verbunden ist.

"Stellen Sie sich einen Baum vor, der Blätter (Stacheln) auf einem Zweig, aber nicht auf einem anderen Zweig anbaut", sagt Prof. Gan. "Wenn wir etwas Neues lernen, ist es, als ob wir Blätter auf einem bestimmten Zweig sprießen."

Unterbrechender Schlaf verhindert neues dendritisches Dornwachstum

In einer abschließenden Reihe von Experimenten zeigen er und seine Kollegen, dass motorische Cortex-Gehirnzellen, die während des wachen Lernens aktiv sind, während des langsamen Wellenschlafs reaktivieren. Und dies zu verhindern, verhindert neues dendritisches Wirbelsäulenwachstum.

Sie kommen zu dem Schluss, dass dieses Ergebnis Licht auf "neuronale Wiederholungen" wirft, wo das Gehirn während des Schlafes das, was während des Tages gelernt wurde, "praktiziert" und es konsolidiert, indem es spezifische Verbindungen innerhalb des motorischen Kortex anbaut.

Die National Institutes of Health und die Whitehall Foundation finanzierten die Studie.

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