Bij het omzetten van een schakelaar, de University of California, Berkeley, neurowetenschappers kan een muis die slaapt in een droomwereld te sturen. De onderzoekers ingevoegd een schakelaar optogenetische in een groep van zenuwcellen in het oude deel van de hersenen genaamd de medulla, waardoor ze in- of uitschakelen van de neuronen met laserlicht.

Wanneer neuronen werden geactiveerd, de muizen die de REM-slaap slapen kwam binnen enkele seconden.



REM-slaap, gekenmerkt door snelle oogbewegingen, is de droom staat bij zoogdieren vergezeld door de activering van de cortex en de totale verlamming van skeletspieren, vermoedelijk zodat je niet handelen uit dromen knipperen door middel van onze geest.

Inactiveren van de neuronen verminderd of zelfs geëlimineerd het vermogen van een muis om de REM-slaap in te voeren. Yang zei leiden auteur Dan, een professor aan de UC Berkeley en Moleculaire Celbiologie en een Howard Hughes Medical Institute:

"De mensen gebruikt om te denken dat deze regio van het bot was alleen betrokken bij de verlamming van skeletspieren tijdens de REM-slaap. Wat we hebben laten zien, is dat deze neuronen geactiveerd alle aspecten van de REM-slaap, met inbegrip van spierverlamming en de typische corticale activering dat het kijken meer wakker brein van non-REM-slaap maakt. "

Hoewel andere types van neuronen in de hersenstam en hypothalamus is aangetoond dat REM slaap beïnvloeden, zei Dan

"Door de sterke inductie van de REM-slaap - de 94 procent van onze processen geregistreerde rat aangegaan REM slaap binnen enkele seconden van de activering van neuronen - we denken dat dit zou een belangrijk knooppunt voor een relatief klein netwerk dat de beslissing of je maakt zijn in droomslaap of niet. "

De ontdekking niet alleen helpen onderzoekers beter te begrijpen de complexe controle van de slaap en dromen in de hersenen, aldus de onderzoekers, maar het zal toestaan ​​wetenschappers om te stoppen en beginnen dromen naar believen in muizen te begrijpen waarom we dromen.

"Veel psychiatrische stoornissen, in het bijzonder stemmingsstoornissen, zijn gecorreleerd met veranderingen in de REM-slaap, en een aantal veel gebruikte geneesmiddelen beïnvloeden de REM-slaap, dus het lijkt een gevoelige indicator van de mentale en emotionele gezondheid zijn," zei de eerste auteur Franz Weber, UC Berkeley postdoc. "We hopen dat de studie van het circuit van de slaap kan leiden tot nieuwe inzichten in deze aandoeningen en neurologische ziekten die de slaap beïnvloeden, zoals Parkinson en de ziekte van Alzheimer."

Eten en Dreaming

De onderzoekers vonden ook dat de activering van deze cellen in de hersenen, terwijl de ratten wakker had geen effect op de wake, maar hij had ze meer eten.

In normale muizen, deze neuronen een subset van zenuwcellen die de neurotransmitter gamma-aminoboterzuur vrij en dus zijn GABA-erge neuronen genoemd, zijn actiever in periodes van wakker waarbij muizen eten of verzorgen, twee activiteiten zeer aangenaam.

Wanneer een laser activeert een schakelaar optogenetische in neuronen in het merg van een slapende rat, het dier gaat van non-REM slaap REM of droomslaap. De axonen van deze neuronen bereiken afgelegen delen van de primitieve hersenen, zoals de hypothalamus, in beginsel hersenfunctie beïnvloedt. Credit: Franz Weber / UC Berkeley

Dan vermoeden dat deze GABA-erge neuronen in de medulla hebben het tegenovergestelde effect van neuronale stress, zoals de noradrenerge neuronen in de brug, een andere oude deel van de hersenen. Noradrenerge neuronen los noradrenaline zender, een neef van adrenaline.

"Andere mensen hebben gevonden dat noradrenerge neuronen, die tijdens de uitvoering actief zijn, de stroom uit bij het eten of verzorgen. Dus het lijkt erop dat als je ontspannen en plezier zijn, uit te gaan noradrenerge neuronen en GABA-erge neuronen in het ruggenmerg deze op," zei hij.

Het GABAerge neuronen uitsteekt vanaf het ventrale gedeelte van het bot, dat zich in het bovenste gedeelte van het ruggenmerg, in veel gebieden van de hersenstam en hypothalamus, en daarom kunnen vele lichaamsfuncties beïnvloeden.

Deze regio's - de meest primitieve van de hersenschors, het centrum van het denken en redeneren - zijn de zetel van emoties en veel aangeboren gedrag, alsmede de controle centra voor de spieren en de automatische functies zoals ademhaling.

Brain Optical Schakeltoestand

Dan Weber en hun collega's gekozen voor een krachtige techniek genaamd optogenetics deze GABA-erge neuronen REM gerelateerd aan het bot te bestuderen. De techniek omvat het inbrengen van een lichtgevoelige ionkanalen in specifieke typen neuronen met behulp van een virus.

Om het virus te GABAergic neuronen direct, de onderzoekers gebruikten een lijn van muizen die genetisch gemanipuleerd om een ​​eiwit marker uitdrukken alleen in deze specifieke neuronen. Daarna kan het ionkanaal activiteit van neuronen activeren wanneer gestimuleerd door laserlicht door een optische vezel ingebracht in de hersenen.

Als alternatief kan de invoeging van een ion pomp remmende GABAerge neuronen toegelaten onderzoekers de activiteit van deze neuronen uitschakelen door stimulering laser.

Met behulp van deze stam van genetisch gemanipuleerde muizen, de onderzoekers in kaart gebracht van de activiteit van deze neuronen in het ruggenmerg en vervolgens geregistreerd als in- of uitschakelen van de getroffen neuronen voor korte perioden van slaap en wakker gedrag.

Zij gebruikten ook een medicijn om dezelfde set van neuronen inactiveren en vond een vermindering van de REM-slaap, hoewel niet zo direct en duurt voor een periode langer, omdat de drug duurt ongeveer een half uur van kracht en haalde langzaam.

Ook werden de lichtgevoelige ionkanalen in een andere set van neuronen in de medulla: de glutamaterge neuronen die de neurotransmitter glutamaat los. Activatie van deze neuronen direct gewekt dieren, het tegengestelde effect van het activeren van GABAerge neuronen.

Dan zet zijn studies van neuronen die niet alleen REM slaap, maar ook de niet-REM-slaap.

Franz Weber, Shinjae Chung, Kevin T. Beier, Min Xu Liqun Luo Yang Dan &
Controle van de REM-slaap door ventrale spinale GABAerge neuronen
Nature 526, 435-438