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纽约国际平台代理:闪烁的星形脑细胞可能是我们为何睡眠的关键

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今天发表在《当代生物学》杂志上的一项新研究表明,被称为星形胶质细胞的星形脑细胞对调节睡眠的重要性与神经元即大脑的神经细胞一样重要。

在华盛顿州立大学埃尔森·弗洛伊德医学院的研究人员的带领下,这项研究为最终解决我们为何睡眠以及大脑如何睡眠的谜团建立了新的动力。这一发现也可能为潜在的未来睡眠疗法,神经疾病和其他与睡眠障碍相关的疾病(如PTSD,抑郁症,阿尔茨海默氏病和自闭症谱系障碍)的治疗策略奠定基础。

主要作者和博士后研究助理阿什利·英吉西说:“我们对睡眠的了解很大程度上取决于神经元。” 神经元,她所解释的,通过进行通信的电信号可通过脑电图(EEG)可以容易地捕获。星形胶质细胞(一种与神经元相互作用的神经胶质(或“胶”)细胞)不使用电信号,而是使用一种称为钙信号的过程来控制其活动。

长期以来人们一直认为星形胶质细胞(可以比神经元多五对一)仅起到了支持作用,而没有直接参与行为和过程。神经科学家直到最近才开始仔细研究它们在各种过程中的潜在作用。Ingiosi说,尽管一些研究提示星形胶质细胞可能在睡眠中起作用,但直到最近才有可靠的科学工具来研究其钙离子活性。

为了更深入地研究星形胶质细胞在睡眠中的作用,她和她的合著者使用了啮齿动物模型来记录整个睡眠和清醒以及睡眠剥夺后星形胶质细胞的钙活性。他们使用了荧光钙指示剂,该钙指示剂通过微型头戴式显微镜成像,当它们四处移动并表现出正常行为时,它们直接观察小鼠的大脑。该指标使研究小组能够观察到钙驱动的荧光活动在睡眠和清醒行为期间在星形胶质细胞中闪烁。他们使用这些微型显微镜的一种独特的方法,使研究小组能够对行为自由的动物在睡眠中星形胶质细胞的钙活性进行首次研究。

研究团队着手回答两个主要问题:星形胶质细胞是否像神经元一样在睡眠和唤醒状态之间动态变化?星形胶质细胞是否在调节睡眠需求(我们的自然睡眠)中发挥作用?

观察额叶皮层中的星形胶质细胞,这是与睡眠需求中可测量的脑电图变化相关的大脑区域,他们发现星形胶质细胞的活性在整个睡眠-觉醒周期中动态变化,神经元就是如此。他们还观察到,在休息阶段开始时(当睡眠需求最大时)钙活动最多,而在测试阶段结束时,当睡眠需求消失时,钙活动最少。

接下来,他们在正常休息期的前6个小时使小鼠保持清醒状态,并观察到钙的活动与睡眠中EEG慢波活动的平行变化,这是睡眠需求的关键指标。也就是说,他们发现睡眠不足会导致星形胶质细胞钙活性的增加,而在小鼠被允许睡眠后,这种活性会降低。

他们的下一个问题是,遗传操纵星形胶质细胞钙活性是否会影响睡眠调节。为了找出答案,他们研究了在星形胶质细胞中选择性缺乏一种叫做STIM1的蛋白质的小鼠,这种蛋白质减少了可利用的钙的数量。剥夺睡眠后,这些小鼠的睡眠时间不及正常小鼠一旦进入睡眠后的睡眠时间长,甚至睡眠不足,这进一步证实了早期发现,表明星形胶质细胞在调节睡眠需求中起着重要作用。

最后,他们检验了以下假设,即星形胶质细胞钙活性仅反映神经元的电活动。研究表明,在非快速眼动睡眠中和睡眠剥夺后,神经元的电活动变得更加同步,但研究人员发现星形胶质细胞的情况正好相反,在非快速眼动睡眠中和睡眠剥夺后,钙活动变得不那么同步。

Ingiosi说:“这向我们表明,星形胶质细胞不只是被动地跟随神经元的引导。” “而且由于它们不一定显示出与神经元相同的活动模式,因此这实际上可能暗示星形胶质细胞在调节睡眠和睡眠需求中起更直接的作用。”

Ingiosi说,需要更多的研究来进一步阐明星形胶质细胞在睡眠和睡眠调节中的作用。她计划研究在大脑其他部位中星形胶质细胞的钙活性,这些钙质对于睡眠和苏醒很重要。此外,她想研究星形胶质细胞与大脑中不同神经递质的相互作用,以开始弄清楚星形胶质细胞可能驱动睡眠和睡眠需求的机制。

高级作者兼生物医学科学教授马科斯·弗兰克(Marcos Frank)表示:“我们的研究结果表明,我们可能一直在错误的地方寻找100多年。” “它提供了有力的证据,表明我们应该以星形胶质细胞为靶标,以了解我们为什么以及如何入睡,以及开发出可以帮助患有睡眠异常和其他涉及异常睡眠的健康状况的人的疗法。”

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