Schlaf nach dem Lernen stärkt das Gedächtnis

Zahlreiche Studien, die in den letzten zehn Jahren veröffentlicht wurden, haben gezeigt, dass ein guter Nachtschlaf für die Gesundheit des Gehirns unerlässlich ist, da er die Konsolidierung neu gebildeter Erinnerungen bei Menschen fördert. Aber wie genau diese Beobachtungen zusammenhängen, war unklar. Eine neue Studie entdeckte den Mechanismus, durch den eine gute Nachtruhe das Lernen und Lernen verbessert Erinnerung.

In der am 6. Juni in der Zeitschrift Science veröffentlichten Studie zeigen Forscher der New York University School of Medicine und der Peking University Shenzhen Graduate School zum ersten Mal, dass der Schlaf nach dem Lernen das Wachstum dendritischer Stacheln fördert, der winzigen Ausstülpungen von Gehirnzellen, die sich verbinden zu anderen Gehirnzellen und erleichtern den Informationsfluss über Synapsen, die Verbindungsstellen, an denen sich Gehirnzellen treffen. Darüber hinaus ist die Aktivität der Gehirnzellen während des Tiefschlafs oder Tiefschlafs nach dem Lernen entscheidend für ein solches Wachstum.

Die Ergebnisse bei Mäusen liefern wichtige physikalische Beweise für die Hypothese, dass Schlaf dabei hilft, neue Erinnerungen zu konsolidieren und zu stärken, und zeigen zum ersten Mal, wie Lernen und Schlaf körperliche Veränderungen im motorischen Kortex verursachen, a Gehirnregion verantwortlich für freiwillige Bewegungen.

„Wir wissen schon lange, dass Schlaf eine wichtige Rolle spielt lernen und Erinnerung. Wenn Sie nicht gut schlafen, werden Sie nicht gut lernen“, sagte leitender Forscher Wen-Biao Gan, PhD, Professor für Neurowissenschaften und Physiologie und Mitglied des Skirball Institute of Biomolecular Medicine an der NYU Langone Medical Center. „Aber was ist der zugrunde liegende physikalische Mechanismus, der für dieses Phänomen verantwortlich ist? Hier haben wir gezeigt, wie Schlaf hilft Neuronen, sehr spezifische Verbindungen zu bilden auf dendritischen Zweigen, die das Langzeitgedächtnis erleichtern können. Wir zeigen auch, wie verschiedene Arten von lernen bilden Synapsen auf verschiedenen Zweigen derselben Neuronen, was darauf hindeutet, dass Lernen sehr spezifische strukturelle Veränderungen im Gehirn verursacht.“

Schlaf verbessert die Gedächtnisspeicherung
Schlafschwierigkeiten

Den Mechanismus herauszufinden, durch den eine gute Nacht entsteht Schlaf verbessert das Lernen und Gedächtnistrainierten Forscher 15 Mäuse darauf, auf einem rotierenden Stab vorwärts oder rückwärts zu laufen. Sie ließen einige von ihnen danach 7 Stunden lang einschlafen, während der Rest wach gehalten wurde.

Das Team überwachte die Aktivität und mikroskopische Struktur des motorischen Kortex der Mäuse ein Teil des Gehirns das die Bewegung durch ein kleines transparentes „Fenster“ in ihren Schädeln steuert. Dies erlaubte ihnen Beobachten Sie in Echtzeit, wie das Gehirn reagiert auf das Erlernen der verschiedenen Aufgaben.

Sie fanden heraus, dass das Erlernen einer neuen Aufgabe zur Bildung neuer dendritischer Stacheln führte – winzig Strukturen, die aus dem Ende des Nervs herausragen Zellen und helfen dabei, elektrische Signale von einem Neuron zum anderen weiterzuleiten – aber nur bei Mäusen, die schlafen gelassen wurden.

Diese geschah während der Schlafphase mit nicht schnellen Augenbewegungen. Jede Aufgabe führte dazu, dass ein anderes Muster von Stacheln entlang der Äste derselben motorischen Kortexneuronen sprossen.

Gleichzeitig wurden die Neuronen, die während der ersten Aufgabe aktiv waren, reaktiviert, scheinbar um die neu gebildeten Stacheln zu stabilisieren.

Dieser Wachstumsschub setzte sich fort, nachdem die Mäuse aufgewacht waren. Etwa 5 Prozent der Stacheln im motorischen Kortex wurden innerhalb von 8 bis 24 Stunden nach dem Aufwachen der Mäuse neu gebildet, sagte Co-Autor Guang Yang, ebenfalls am Skirball Institute. „Unsere bisherige Studien legen nahe dass etwa 10 Prozent dieser neuen Stacheln über die folgenden Wochen bis Monate erhalten bleiben sollten“, sagte er.

„Jetzt wissen wir, dass ein Neuron, wenn wir etwas Neues lernen, neue Verbindungen auf einem bestimmten Zweig aufbaut“, sagte Dr. Gan. „Stellen Sie sich einen Baum vor, der Blätter (Stacheln) an einem Ast wachsen lässt, aber nicht an einem anderen Ast. Wenn wir etwas Neues lernen, ist es, als würden wir Blätter an einem bestimmten Ast sprießen lassen.“

Das Team von Dr. Gan versucht nun, diese Fragen zu beantworten. „Wir wollen sehen, wie Hirnaktivität während des Schlafs beeinflusst die Signalisierung innerhalb bestimmter Zweige und verursacht letztendlich die Bildung neuer Stacheln “, sagte er.

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