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睡着之后记住同伴:催产素调节皮层抑制平衡

Theranostics · 2025-02-18

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Theranostics · 研究前沿

睡着之后记住同伴:催产素调节皮层抑制平衡

雄鼠研究发现,REM 睡眠中的室旁核—边缘前皮层催产素相关投射支持社交记忆;睡眠剥夺改变局部抑制网络,增强相关信号可改善记忆表现。

根据论文主题制作的 AI 科学概念插画

一只小鼠刚接触过同伴,几小时休息后,还能区分熟悉与陌生吗?社交记忆的形成不止发生在相遇那一刻,睡眠中的脑内活动也参与其中。发表于 Theranostics 的研究在成年雄鼠中追踪催产素信号,发现快速眼动睡眠期间,下丘脑室旁核(PVN)通向边缘前皮层(PrL)的联系,与之后的同伴辨别表现有关。局部抑制网络的配合,也成为理解这份记忆的重要部分。

关键发现

在 REM 睡眠中抑制 PVN—PrL 投射,之后的社交新奇偏好下降,整体睡眠结构未显著改变;睡眠剥夺后的记忆改善,伴随 VIP、PV 等局部信号回升。

阅读目录 · 7个部分

催产素信号,随睡眠状态而变化

PrL 中的催产素传感信号,在快速眼动睡眠和觉醒时高于非快速眼动睡眠。进入快速眼动睡眠或觉醒的转换附近,信号升高;觉醒转为非快速眼动睡眠时,则未见同样显著变化。睡眠阶段为这份神经肽信号提供了时间背景。

小鼠先接触一只同伴,休息数小时后,再面对熟悉与陌生同伴。学习后在 PrL 阻断催产素受体,REM 睡眠时长减少、片段数量未显著改变;测试时偏向陌生同伴的表现也降低。最初接触阶段的社交偏好,两组相近。

原论文图 1睡眠状态、催产素与同伴辨别
睡眠状态、催产素与同伴辨别
原论文图1:D–H展示不同睡眠状态及转换附近的催产素信号,K–N展示局部受体阻断后的 REM 时长、片段数量和社交偏好结果。
来源:Liu YC et al. · Theranostics · CC BY
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减少上游释放,睡眠与记忆一起改变

增强 PVN 催产素相关细胞活动,可以使 PrL 催产素信号升高。相反,降低这群细胞的突触释放功能后,PrL 在 REM 睡眠和觉醒时的信号减弱,进入 REM 睡眠附近的响应也降低。上游调节与皮层中的信号变化相伴。

在这种较广泛的上游干预后,觉醒增加,两类睡眠时长减少,后续社交记忆表现也下降。睡眠变化与记忆变化共同出现,促使团队进一步缩小到一条投射、一个睡眠阶段,观察其中更具体的联系。

原论文图 2上游释放功能降低后的变化
上游释放功能降低后的变化
原论文图2:E–F展示 PrL 催产素信号减弱,G–H展示 REM 时长减少、片段数量无显著差别,I展示社交记忆测试表现下降。
来源:Liu YC et al. · Theranostics · CC BY
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REM期的投射活动,影响之后的同伴辨别

PVN 来源末梢在 PrL 的钙信号,进入 REM 睡眠时升高。团队随后只在相遇后的 REM 睡眠中抑制这条投射:之后小鼠对陌生同伴的偏好下降。若在非快速眼动睡眠或觉醒中进行时长相近的抑制,则未见同样的记忆变化。

各组最初的社交偏好相近,整体睡眠时长与片段数量也没有显著改变。记忆测试的差别因此出现在睡眠结构大体相近的背景下,突出的是学习后特定时段的信号,而不只是动物睡了多久。

原论文图 3不同睡眠阶段的投射抑制
不同睡眠阶段的投射抑制
原论文图3:C–D展示末梢钙信号,I–J展示 REM 时长和片段数量,K–L展示学习与测试偏好;只有 REM 抑制组的测试偏好降低。
来源:Liu YC et al. · Theranostics · CC BY
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不同抑制环节,共同影响锥体细胞

PrL 内并非只有兴奋性锥体细胞。PV 中间神经元主要约束细胞体活动,VIP 中间神经元可通过抑制 SST 细胞,减轻树突所受的抑制。研究据已有连接提出平衡模型,把细胞体抑制与树突去抑制放在一起理解。

进入 REM 时,VIP、PV 的突触前钙信号及 VIP 神经肽信号升高。阻断催产素受体后,这些信号减弱,SST 神经肽信号增强,锥体细胞钙活动也升高。这些信号的变化,支持催产素参与调节这套局部配合。

原论文图 4受体阻断与局部信号变化
受体阻断与局部信号变化
原论文图4:A为工作模型,C–F展示 REM 转换附近的信号,J–M展示受体阻断后 VIP、PV 钙信号与 VIP、SST 神经肽信号变化。
来源:Liu YC et al. · Theranostics · CC BY
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多个信号减弱,SST信号却基本保持不变

连续多日睡眠受扰后,小鼠社交记忆表现下降,REM 睡眠时长减少,PrL 催产素信号减弱;PVN 催产素相关细胞的自发放电也降低。网络两端的变化,把上游细胞与局部信号联系到同一个睡眠剥夺背景。

VIP 与 PV 的突触前钙信号降低,VIP 神经肽信号也较弱,锥体细胞钙活动则增强。SST 神经肽信号没有显著组间差别。睡眠剥夺与受体阻断有相似之处,但 SST 信号表现不同。局部网络对这两种条件的响应,因此并非完全一致。

原论文图 5睡眠剥夺下的上游与皮层信号变化
睡眠剥夺下的上游与皮层信号变化
原论文图5:B–G展示 REM 时长、催产素信号及 PVN 细胞放电,H–O展示局部信号;VIP、PV 相关信号下降,SST 信号差别不显著。
来源:Liu YC et al. · Theranostics · CC BY
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增强REM期信号,测试偏好回升

在睡眠剥夺小鼠中,只在 REM 期增强 PVN—PrL 投射,社交记忆测试表现改善,最初的社交偏好仍相近。睡眠结构中的变化较有限,非快速眼动睡眠片段数量略增,其他多项指标未见显著变化。

另一组鼻内给予催产素的小鼠,测试偏好也改善。VIP 和 PV 突触前钙响应回升;VIP 与正常对照仍有差别,PV 的对应比较则未见显著差异,SST 神经肽信号仍相近。行为改善与部分网络响应的回升相伴。

原论文图 6投射激活与催产素后的记忆及局部信号
投射激活与催产素后的记忆及局部信号
原论文图6:D–H展示两种调节后的社交偏好,I–N展示 VIP、PV 钙响应及 SST 信号;VIP 响应回升但仍与正常对照有差别。
来源:Liu YC et al. · Theranostics · CC BY
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记忆巩固,不只需要更多活动

这项成年雄鼠研究将 REM 期的神经肽输入、局部抑制网络与睡醒后的同伴辨别联系起来。锥体细胞活动更强,并没有自然带来更好的记忆;信号发生在什么时候、怎样分配到细胞体与树突,同样值得关注。

睡眠剥夺影响了多种睡眠阶段,相关细胞的标记也存在群体覆盖上的局限。这份研究把一个更具体的联系带到眼前:相遇之后的睡眠,仍在为社交记忆组织活动,而催产素参与了其中的皮层网络配合。

论文信息

Liu YC, Deng YC, Zhu ZT, Rao B, Shang HL, Wang LK, Li T, Wang YR, Wang JZ, Zhang QP, Gao Y, Xu HB.
Oxytocin modulates inhibitory balance in the prelimbic cortex to support social memory consolidation during REM sleep
Theranostics · 2025-02-18
DOI: 10.7150/thno.109104