Sleep In primi anni di vita può svolgere un ruolo cruciale nello sviluppo del cervello

Marzo 18, 2016 Admin Salute 0 3
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University of California, San Francisco ricercatori stanno segnalando prova diretta che il sonno nella prima infanzia può giocare un ruolo cruciale nello sviluppo del cervello.

Il loro studio, la storia di copertina del numero di aprile 26 Neuron, indica che il sonno migliora notevolmente i cambiamenti nelle connessioni del cervello durante un periodo critico di sviluppo visivo nei gatti, dice l'autore principale dello studio, Marcos G. Frank, PhD, un post-dottorato fellow nel laboratorio di alti autore Michael P. Stryker, PhD.

La capacità di "cambiamento" o la crescita e il rafforzamento, delle connessioni tra cellule nervose è alla base dello sviluppo del cervello. L'elaborazione e la raffinatezza dei circuiti neurali continua in misura minore nel cervello adulto. Il processo di crescita, nota come la plasticità, si ritiene che alla base la capacità del cervello di controllare il comportamento, compreso l'apprendimento e la memoria. Plasticità si verifica quando i neuroni sono stimolati da eventi o informazioni, dall'ambiente.




Nel loro studio, i ricercatori hanno esaminato gli effetti del sonno sulla plasticità cerebrale dopo gatti sperimentato una sfida ambientale. Hanno stabilito che gli animali permesso di dormire per sei ore dopo il periodo di stimolazione ambientale sviluppato il doppio della quantità di cambiamento cervello come quei gatti tenuti svegli durante quel periodo. Gli animali che sono stati autorizzati a dormire anche avuto un po 'più cambiamenti del cervello che gli animali la cui sfida ambientale proseguita durante le altre sei ore.

I risultati forniscono una forte evidenza, dice Stryker, UCSF professore e presidente del Dipartimento di Fisiologia e un membro del UCSF Keck Center for Integrative Neuroscience, che una funzione del sonno è quello di aiutare a consolidare gli effetti di veglia esperienza sulla plasticità corticale, la conversione di memoria in forme permanenti e/o migliorate.

"Questa è la prima prova diretta che il sonno modifica l'effetto degli stimoli ambientali sullo sviluppo di nuove connessioni cerebrali", dice Frank.

Mentre lo studio si è concentrato in particolare sull'impatto di sonno sul rimodellamento neuronale durante il periodo critico per lo sviluppo visivo del gatto, i ricercatori ritengono la scoperta ha implicazioni più ampie, non solo per la plasticità durante lo sviluppo in altre strutture cerebrali, ma per la plasticità nell'adulto cervello.

Se questo è dimostrato di essere il caso, il sonno potrebbe rivelarsi un elemento importante della strategia di preparazione per tali sfide come gli esami. "Il fatto che il sonno ha provocato un po 'più di plasticità del doppio della quantità di esposizione per vivere [quando i gatti sono rimasti svegli in una stanza illuminata] suggerisce che se si rivisto le note a fondo fino a quando eri stanco e poi dormito, devi raggiungere il più plasticità , o 'apprendimento,' nel cervello, come se si avesse tirato un nottata ripetere la tua opinione del materiale ", dice Stryker.

Significativamente, i ricercatori hanno determinato che la quantità della plasticità nel cervello dipendeva dalla quantità di sonno noto come non-movimento rapido degli occhi, un profondo, tranquillo, sonno segnata da grandi onde cerebrali lente. Questo è il sonno che una persona cade in quando lui o lei la prima va a dormire e che rappresenta la metà del sonno negli animali di questa età. Alterna sonno non-REM, con periodi di rapido movimento degli occhi, o il cosiddetto sonno "sogno", un periodo caratterizzato da rapidi cambiamenti onde cerebrali e rapide esplosioni di movimento degli occhi.

Questa scoperta offre la direzione per l'esame delle due principali ipotesi su come l'impatto del sonno plasticità. Una teoria è che l'attività neuronale modellato dopo un periodo di stimolazione ambientale viene riprodotto durante il sonno non-REM, rafforzando le modifiche di connessione neuronali. La teoria alternativa, che potrebbe anche funzionare in combinazione con il primo, è che potenti fattori di crescita, quali neurotrofine, che sono noti per essere necessaria per la plasticità corticale, vengono rilasciati durante il sonno non-REM.

"In questo momento non sappiamo se questi neurotrofine vengono rilasciati durante il sonno. Sappiamo che altri fattori di crescita vengono rilasciati durante il sonno e si noti anche che questi neurotrofine un ruolo nell'apprendimento e fare le sinapsi del cervello più forte e più debole, "dice il co-autore Naoum P. Issa, PhD, un borsista post-dottorato nel laboratorio di Stryker.

In entrambi i casi, le nuove prove che il sonno sembra svolgere un ruolo significativo nello sviluppo del cervello mette ricercatori un importante passo più vicino alla soluzione di un mistero che persiste per decenni. "Ogni animale dorme - mosche anche possono avere uno stato come il sonno Ma nonostante grandi progressi nella nostra comprensione del regolamento e neurobiologia del sonno, così come le conseguenze della perdita di sonno sulle prestazioni umane, perché il cervello ha bisogno di dormire è rimasto un mistero. ", dice Frank.

"La speculazione ha spaziato dalle teorie evoluzionistiche - abbiamo bisogno di dormire per impedirci di vagare dalle nostre caverne al buio o il sonno è solo un modo di tenerci inattiva per il periodo di tempo in cui folletti o sciabola tigri denti sono fuori - alle teorie di dover che fare con la funzione di reti neurali ", dice Stryker.

I ricercatori sanno che negli uccelli e mammiferi di sviluppo precoce, compresi gli esseri umani, dormire fino a tre volte l'importo come gli uccelli adulti e mammiferi. E hanno a lungo sospettato che le connessioni neuronali vengono rimodellate durante il sonno. Precedenti studi sull'uomo hanno dimostrato che il sonno e perdita di sonno influenza l'apprendimento e la memoria - due processi ritenuti dipendere plasticità neuronale. E gli studi hanno dimostrato che gli animali e gli esseri umani privati ​​del sonno non svolgono bene su compiti di memoria. Altri studi in roditori, uccelli e gli esseri umani hanno suggerito che l'attività neuronale avviato durante la veglia viene riattivata e possibilmente consolidate durante la successiva sonno.

Altri studi hanno dimostrato che il sonno e dormire perdita modificare l'espressione di numerosi geni e prodotti genici che possono essere importanti per la plasticità sinaptica; che certe forme di potenziamento a lungo termine, un processo neurale associata con la fissazione di apprendimento e memoria, possono essere suscitato nel sonno, suggerendo connessioni sinaptiche sono rafforzati durante il sonno; e che gli importi del sonno sono molto elevati e costituiscono oggetto di modifiche drammatiche nei periodi di sviluppo della sinaptogenesi accresciuta e plasticità sinaptica.

Ma mentre questi risultati, insieme, forniscono una forte, prova indicativa che i circuiti sinaptici vengono modificati durante il sonno questo studio fornisce la prima prova diretta che il sonno e perdita di sonno modificare i cambiamenti esperienza-dipendente nella plasticità sinaptica.

"Il significato del nostro studio è che abbiamo esaminato un sistema in cui si sa molto circa gli ingressi neurali e le uscite - sappiamo come informazioni entra nella corteccia visiva dei due occhi, come cambia durante il normale sviluppo, e noi sa molto su ciò che accade nel circuito a causare la plasticità in questo sistema, e di causare la perdita della risposta alla deprivazione monoculare occhi dopo ", dice Stryker.

"Tra le altre cose, ora possiamo cominciare a esaminare in quale misura i meccanismi insiti nel sonno sono distinte da quelle che riguardano la plasticità corticale durante la veglia. Dovremmo anche esprimere la propria opinione in plasticità."

Per sbrogliare l'impatto del sonno sulla plasticità durante lo sviluppo cerebrale precoce, i ricercatori hanno stabilito un modello in cui hanno misurato nei gatti risposta dei neuroni della corteccia visiva ad una sfida -Vision ambientale bloccato in un occhio per sei ore. La deprivazione visiva inizia un rapido rimodellamento di circuiti neurali nota come oculare predominio plasticità. I ricercatori hanno quindi esaminato l'impatto del sonno sugli effetti a lungo termine di questi cambiamenti tramite imaging cerebrale e fare registrazioni elettrici dalle cellule cerebrali.

In primo luogo, in un insieme di gatti hanno preso una misura della variazione cervello o plasticità, immediatamente dopo il periodo di deprivazione visiva. Poi, nelle altre tre serie di gatti, hanno esaminato gli effetti relativi di sonno o la mancanza di sonno sulla plasticità iniziale. Questo è dove sono state effettuate le scoperte provocatorie, dice Frank. Il team di UCSF stabilito che gli animali permesso di dormire per sei ore dopo il periodo di privazione visiva sviluppati due volte la quantità di cambiamento cervello come quei gatti tenuti svegli in una stanza buia in quelle sei ore. Gli animali hanno permesso di dormire anche avuto due volte la quantità di cambiamento come gatti valutate immediatamente dopo il periodo di privazione visiva. Infine, i gatti ha permesso di dormire anche avuto un po 'più il cambiamento cervello di quegli animali che sono stati tenuti svegli in una stanza con luce continua stimolazione visiva attraverso un occhio e il cui cervello quindi avevano avevano avuto il doppio del tempo per rispondere allo stimolo della luce con appena un occhio aperto.

Lo studio è stato finanziato dal National Institutes of Health e il servizio di ricerca nazionale Awards.

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