Während wir wissen, dass schnelle Augenbewegung – oder REM – Schlaf ist ein wesentlicher Teil des erholsamen Schlafes, wissen wir nicht viel darüber, was es steuert. Jetzt haben Forscher – unter Verwendung einer neuen Technologie, die Optogenetik genannt wird – entdeckt, dass sie REM-Episoden in Mäusen auslösen können, indem sie ein Licht direkt auf ausgewählte Gehirnzellen oder Neuronen richten.
Das Team – darunter Mitglieder des Massachusetts Institute of Technology (MIT) und der Harvard Medical School, beide in Massachusetts – berichten von ihrer Arbeit im.
In ihrem Studienbericht erklären die Forscher, dass wir bereits wissen, dass der Hirnstamm cholinerge Zellen oder Neuronen enthält, die an der Kontrolle von REM beteiligt sind. Aber da diese Hirnregion auch viele andere Zelltypen enthält, ist es nicht einfach, die einzigartige Rolle der cholinergen Neuronen aufzuklären.
Hauptautorin Dr. Christa Van Dort von der Abteilung für Gehirn- und Kognitionswissenschaften am MIT erklärt, dass frühere Studien vorgeschlagen haben, cholinergische Hirnstammzellen seien im Wachzustand und während des REM-Schlafs aktiv, aber "niemand könnte tatsächlich sagen, ob sie ausgelöst wurden bestimmte Zellen waren für den Übergang zum REM-Schlaf verantwortlich. "
In ihrer Studie wollte das Team untersuchen, ob cholinerge Neuronen den REM-Schlaf auslösen können. Sie verwendeten eine radikal neue Technologie namens Optogenetik, die Wissenschaftlern hilft, die Verdrahtung des Gehirns zu verstehen, indem sie die Aktivität der Gehirnzellen mit Licht steuert.
Die Aktivierung von cholinergen Neuronen erhöht die Anzahl der REM-Schlafepisoden
In der Optogenetik werden Neuronen dazu gebracht, mit dem Einfügen eines Proteins, das in Algen gefunden wird, auf Licht zu reagieren. In der Natur reagiert das Eiweiß auf bestimmte Wellenlängen des Lichts, so dass sich die Algen bewegen können.
Im Jahr 2005 entdeckten Forscher der Stanford University, dass, wenn man das Protein in bestimmte Arten von Gehirnzellen einführt, man sie beleuchten und aktivieren kann, um die Gehirnaktivität auf der Ebene einzelner Zellen zu kontrollieren.
Für ihre Studie verwendeten Dr. Van Dort und Kollegen Mäuse, bei denen das lichtempfindliche Protein in ihre cholinergen Neuronen eingeführt worden war. Die Neuronen könnten über ein faseroptisches Gerät aktiviert werden, das an den Köpfen der Mäuse angebracht ist.
Sie fanden heraus, wenn sie die lichtsensibilisierten cholinergen Neuronen während des Nicht-REM-Schlafs aktivierten, erhöhte sie die Anzahl – aber nicht die Dauer – der REM-Schlafepisoden, die die Mäuse hatten. Eine weitere Analyse zeigte, dass die induzierten REM-Episoden den natürlichen REM-Episoden sehr nahe kamen.
Das Team untersucht nun, wie das cholinerge Gehirnsystem mit Gehirnsystemen verknüpft ist, von denen bereits bekannt ist, dass sie für den REM-Schlaf wichtig sind. Und sie entwickeln und testen auch Wege, um besseren Nicht-REM-Schlaf zu erzeugen.
Ziel ist es, den natürlichen Schlaf zu verbessern
Die Studie ist wichtig, weil sie neue Hinweise darauf gibt, wie der REM-Schlaf kontrolliert wird – ein Schritt, um zu verstehen, wie natürlicher Schlaf beim Menschen gestaltet werden kann.
Die richtige Art von Schlaf und genug davon ist wichtig, um dem Gehirn zu helfen, sich selbst zu erholen und wiederherzustellen. Es hilft uns auch, Erinnerungen zu verarbeiten, das Immunsystem aufzuladen und andere Körperfunktionen zu erhalten.
Verschiedene Schlafphasen sind gut für verschiedene Dinge, sagt Studienautor Emery Brown, der Edward Hood TaplinProfessor für Medizintechnik am MIT.
Tierstudien zeigen, dass Lernen während des REM-Schlafes stattfindet, während Slow-Wave-Schlaf – bekannt als Nicht-REM-Stadium drei – wichtig ist, um uns ausgeruht und erfrischt zu fühlen.
Bisher konnten Medikamente die Vorteile des natürlichen Schlafs nicht reproduzieren – wo sich REM- und Nicht-REM-Zustände alle 90 Minuten abwechseln, wie Prof. Brown erklärt: "Was sie tun, ist eine Sedierung. Wenn Sie Glück haben, erlaubt Ihnen die Sedierung natürliche Schlafmechanismen übernehmen. "
Das ultimative Ziel des Teams ist es, bessere Wege zu finden, natürlichen Schlaf zu schaffen. Um dies zu tun, beabsichtigen sie, die verschiedenen Stadien des Schlafes getrennt und dann zusammen zu schaffen und zu untersuchen.
berichteten kürzlich über eine weitere optogenetische Studie, in der Forscher einen Weg fanden, mit Lichtblitzen Gehirnsignale zu lesen und zu schreiben.
In dieser Studie zeigten Forscher vom University College London in Großbritannien, dass sie Licht verwenden können, um aktivitätsinduzierte Gehirnzellen auszulösen und einzelne Zellen dazu zu bringen, eine einzigartige Farbe zu emittieren, wenn sie aktiv sind. Somit könnten sie effektiv Hirnzellen in verschiedenen Mustern auswählen und messen, wie die gewählte Schaltung reagiert hat.
