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。
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。
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。
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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。
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。
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。
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。
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。
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。
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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。