Нейронауки в Science и Nature. Выпуск 29. Сон и синапсы

Во время бодрствования человек много учится, запоминает, воспринимает сигналы из окружающего мира, и всё это благодаря взаимодействию нервных клеток между собой. Нейроны обмениваются друг с другом сигналами, используя синапсы, число и размер которых изменяется и зависит от того, как часто используется та или иная связь между клетками (немного про синапсы можно прочитать тут). Логично предположить, что с течением времени может настать момент, когда синапсов станет так много, что они будут использовать очень много энергии, места для новых не останется, но и сигналы по «старым» синапсам будут проходить с трудом. Поэтому была предложена гипотеза синаптического гомеостаза (ГСГ), которая говорит о том, что сон является своеобразным регулятором роста числа и размеров синапсов. То есть нам приходится платить цену в виде сна в том числе и для поддержания способности обучаться и адаптироваться к окружающей среде.

Раньше были исследования, в которых эта гипотеза более-менее подтверждалась, например, на дрозофилах. Но в исследовании, опубликованном однажды в журнале Science, предоставили её прямое доказательство на млекопитающих – на мышах.

Если объяснять простыми словами, то, когда синапсы часто используются, они увеличиваются в размере и работают более эффективно. И наоборот, если используются редко, то уменьшаются в размере. Таким образом, прямой тест на правомочность ГСГ – посмотреть, отличаются ли размеры синапсов в период бодрствования и в период сна. Именно это и сделали учёные. Исследование включало в себя анализ фотографий трёхмерной электронной микроскопии, с последующей реконструкцией двух участков коры головного мозга мыши. Таким способом получилось реконструировать 6 920 синапсов и определить их размер. Чтобы избежать человеческого фактора и сделать исследование максимально прозрачным, учёные, в процессе исследования, сознательно не указывали коллегам, обрабатывающим данные, клетки бодрствующей мыши или после/во время сна они изучают. Когда в конце концов были получены результаты и скоррелированы размеры синапсов с продолжительностью сна, то обнаружилось интересное. Получилось, что сон действительно влияет на размер синапсов и даже несколько часов сна приводят к уменьшению их размеров в среднем на 18%. То есть каждую ночь триллионы синапсов становятся меньше на 18%. Важно заметить, что этот процесс касается большинства (80%) нервных клеток. По-видимому, остальные ассоциированы с какими-то необходимыми или стабильными связями между нейронами, например, с долговременной памятью.

Текст: Надежда Потапова

Ultrastructural evidence for synaptic scaling across the wake/sleep cycle

Luisa de Vivo, Michele Bellesi, William Marshall, Eric A. Bushong, Mark H. Ellisman, Giulio Tononi, Chiara Cirelli

Science 03 Feb 2017:
Vol. 355, Issue 6324, pp. 507-510
DOI: 10.1126/science.aah5982