Шпиндель сна - Sleep spindle

Для использования в других целях см. Шпиндель (значения).

Шпиндели сна всплески нервная колебательная активность которые порождаются взаимодействием ретикулярное ядро ​​таламуса (TRN) и других ядер таламуса во время стадия 2 медленного сна в частотном диапазоне от ~ 11 до 16 Гц (обычно 12–14 Гц) с продолжительностью 0,5 секунды или более (обычно 0,5–1,5 секунды).[1][2][3] После генерации в TRN, веретена поддерживаются и передаются в кору таламо-таламической и таламо-кортикальной петлями обратной связи, регулируемыми обоими ГАМКергический и NMDA -рецепторно-опосредованная глутаматергическая нейротрансмиссия.[4] Сонные веретена были обнаружены у всех протестированных видов млекопитающих и в клетках in vitro.

Исследования подтверждают, что веретена (иногда называемые «сигма-полосами» или «сигма-волнами») играют важную роль как в обработке сенсорных данных, так и в консолидации долговременной памяти. До недавнего времени считалось, что каждое колебание веретена сна достигает пика в неокортексе в одно и то же время. Было установлено, что колебания охватывают неокортекс круговыми узорами вокруг неокортекса, достигая пика в одной области, а затем через несколько миллисекунд в соседней области. Было высказано предположение, что эта организация веретена позволяет нейронам общаться через коры. Временной масштаб, с которым распространяются волны, - это скорость, необходимая нейронам для взаимодействия друг с другом.

Хотя функция веретен сна неясна, считается, что они активно участвуют в консолидации декларативной памяти за ночь в процессе реконсолидации. Было показано, что плотность шпинделей увеличивается после обширного изучения задач декларативной памяти, и степень увеличения активности шпинделя на втором этапе коррелирует с производительностью памяти.

Помимо других функций, веретено способствует развитию соматосенсорной системы, таламокортикальной системы. сенсорное управление, синаптическая пластичность и офлайн консолидация памяти.[5] Веретена сна тесно модулируют взаимодействие между мозгом и внешней средой; они по существу смягчают реакцию на сенсорные раздражители во время сна.[6] Недавние исследования показали, что веретена искажают передачу слуховой информации в кору; веретена изолируют мозг от внешних возмущений во время спать.[7] Другое исследование показало, что повторное воздействие обонятельных сигналов во время сна инициирует реактивацию, существенную часть консолидации долговременной памяти, которая улучшает последующие воспоминания.[8] Было показано, что веретена, образующиеся в таламусе, помогают спать при наличии деструктивных внешних звуков. Была обнаружена корреляция между активностью мозговых волн в таламусе и способностью спящего сохранять спокойствие.[9] Шпиндели играют важную роль как в обработке сенсорных данных, так и в консолидации долговременной памяти, поскольку они генерируются в TRN.

Во время сна эти веретена воспринимаются мозгом как всплеск активности сразу после мышечного подергивания. Исследователи считают, что мозг, особенно у молодых, узнает, какие нервы какие мышцы контролируют во время сна.[10][11]

Кроме того, было обнаружено, что активность веретена сна связана с интеграцией новой информации в существующие знания.[12] а также направленное запоминание и забывание (веретена быстрого сна).[13]

В течение NREM сон, мозговые волны, производимые людьми с шизофрения отсутствует нормальный образец медленных и быстрых шпинделей.[14] Потеря шпинделей сна также является признаком семейная фатальная бессонница, а прион болезнь.[15] При нарушениях наблюдаются изменения плотности веретена. Некоторые исследования показывают увеличение числа веретен сна в аутичные дети. Также некоторые исследования предполагают отсутствие шпинделей сна в эпилепсия.[16][17]

Гендерные различия

Сонные шпиндели играют решающую роль в декларативный консолидация памяти однако в большинстве исследований не учитывается контроль пола[нужна цитата ], хотя оба пола и менструация влияет на сон[18] и периоды онлайн-обучения.[19] Исследования показали, что на влияние шпинделей сна во время процесса декларативной памяти могут влиять модулирующие эффекты менструального цикла у женщин.[20] Эти данные способствовали предполагаемому увеличению и уменьшению эффекта эстрогена на показатели памяти у женщин из-за колебания уровня эстрогена, что потенциально может предсказать снижение производительности памяти во время менструации. Из-за новизны этих исследований эффект вощения и ослабления не учитывался в каждом предыдущем исследовании.[неправильный синтез? ].

У женщин, как правило, на 0,16 больше шпинделей сна в минуту, чем у мужчин.[21] (То есть примерно на 9–10 фунтов больше за час). Женское преимущество было обнаружено в эпизодических, эмоциональных и пространственных воспоминаниях, а также в распознавании запахов, лиц и изображений.[22] Считается, что эти различия связаны с гормональным влиянием, особенно с эстроген. Женский половой гормон эстроген в первую очередь влияет на половое созревание и размножение, но также было обнаружено, что он способствует другим функциям мозга, включая познание и память. В устных задачах, где женщины набирали больше очков, чем мужчины, женщины набирали больше очков в середине лютеиновой фазы, когда у женщин уровень эстрогена выше, чем во время менструальной фазы.[18] Недавнее исследование показало, что локальная выработка эстрогена в мозге в когнитивных цепях может иметь важное значение для приобретения и консолидации воспоминаний.[23]Недавние эксперименты, посвященные взаимосвязи между эстрогеном и процессом консолидации автономной памяти, также были сосредоточены на веретенах сна. Гензель и его коллеги определили, что менструальный цикл влияет на декларативную и двигательную работоспособность, а это означает, что женщины в средней лютеиновой фазе (высокий уровень эстрогена) показали более высокие результаты, чем другие участницы.[20] Женщины в лютеиновой фазе также были единственными участниками, у которых после обучения наблюдалось увеличение веретен, что привело к выводу, что влияние менструального цикла может быть опосредовано веретенами и женскими гормонами.[20]

Рекомендации

  1. ^ Берри РБ, Вагнер MH (2015). Жемчуг медицины сна. Эльзевир. С. 10–14. ISBN  978-1-4557-7051-9. Получено 5 июн 2019.
  2. ^ Rechtschaffen A, Kales A (1968). Руководство по стандартизированной терминологии, методам и системе оценки стадий сна у людей. Департамент здравоохранения, образования и социального обеспечения США; Национальные институты здоровья. OCLC  2518321.
  3. ^ Де Дженнаро Л., Феррара М. (октябрь 2003 г.). «Шпиндели сна: обзор». Отзывы о медицине сна. 7 (5): 423–40. Дои:10.1053 / smrv.2002.0252. PMID  14573378.
  4. ^ Пино Д. (август 2004 г.). «Ретикулярное ядро ​​таламуса: строение, функции и понятие». Исследование мозга. Обзоры исследований мозга. 46 (1): 1–31. Дои:10.1016 / j.brainresrev.2004.04.008. PMID  15297152.
  5. ^ Holz J, Piosczyk H, Feige B, Spiegelhalder K, Baglioni C, Riemann D, Nissen C (декабрь 2012 г.). «ЭЭГ-Σ и медленноволновая активность во время медленного сна коррелируют с декларативной и процедурной консолидацией памяти в течение ночи». Журнал исследований сна. 21 (6): 612–9. Дои:10.1111 / j.1365-2869.2012.01017.x. PMID  22591117.
  6. ^ Люти А. (июнь 2014 г.). «Шпиндели сна: откуда они берутся, что делают». Нейробиолог. 20 (3): 243–56. Дои:10.1177/1073858413500854. PMID  23981852.
  7. ^ Dang-Vu TT, Bonjean M, Schabus M, Boly M, Darsaud A, Desseilles M и др. (Сентябрь 2011 г.). «Взаимодействие между спонтанной и индуцированной активностью мозга во время сна человека с небыстрым движением глаз». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки. 108 (37): 15438–43. Bibcode:2011PNAS..10815438D. Дои:10.1073 / pnas.1112503108. ЧВК  3174676. PMID  21896732.
  8. ^ Рим Дж. С., Дикельманн С., Борн Дж., Раш Б. (август 2014 г.). «Реактивация воспоминаний во время сна запахами: специфичность запаха и связанные с ним изменения в колебаниях сна» (PDF). Журнал когнитивной неврологии. 26 (8): 1806–18. Дои:10.1162 / jocn_a_00579. PMID  24456392.
  9. ^ Данг-Ву Т.Т., Маккинни С.М., Бакстон О.М., Солет Дж. М., Элленбоген Дж. М. (август 2010 г.). «Спонтанные мозговые ритмы предсказывают стабильность сна перед лицом шума». Текущая биология. 20 (15): R626-7. Дои:10.1016 / j.cub.2010.06.032. PMID  20692606.
  10. ^ Дингфельдер С.Ф. (январь 2006 г.). «Спать, быть может, дергаться». Монитор. Американская психологическая ассоциация. 37 (1): 51.
  11. ^ Харни Э (1 апреля 2009 г.). «Свяжите мозг в колледже - новый взгляд на сон». Блог на WordPress.com. Архивировано из оригинал 19 июня 2010 г.
  12. ^ Тамминен Дж., Пейн Дж. Д., Стикголд Р., Вамсли Е. Дж., Гаскелл М. Г. (октябрь 2010 г.). «Активность веретена сна связана с интеграцией новых воспоминаний и существующих знаний». Журнал неврологии. 30 (43): 14356–60. Дои:10.1523 / JNEUROSCI.3028-10.2010. ЧВК  2989532. PMID  20980591.
  13. ^ Салетин Дж. М., Гольдштейн А. Н., Уолкер М. П. (ноябрь 2011 г.). «Роль сна в направленном забывании и запоминании человеческих воспоминаний». Кора головного мозга. 21 (11): 2534–41. Дои:10.1093 / cercor / bhr034. ЧВК  3183424. PMID  21459838.
  14. ^ Феррарелли Ф., Хубер Р., Петерсон М. Дж., Массимини М., Мерфи М., Риднер Б. А. и др. (Март 2007 г.). «Снижение активности веретена сна у больных шизофренией». Американский журнал психиатрии. 164 (3): 483–92. Дои:10.1176 / ajp.2007.164.3.483. PMID  17329474.
  15. ^ Нидермейер Э., Рибейро М (октябрь 2000 г.). «Соображения бессудорожного эпилептического статуса». Клиническая ЭЭГ. 31 (4): 192–5. Дои:10.1177/155005940003100407. PMID  11056841.
  16. ^ Иранманеш С., Родригес-Вильегас Э. (август 2017 г.). «Система обнаружения шпинделя со сверхнизкой мощностью на кристалле». Транзакции IEEE по биомедицинским цепям и системам. 11 (4): 858–866. Дои:10.1109 / TBCAS.2017.2690908. HDL:10044/1/46059. PMID  28541914.
  17. ^ Warby SC, Wendt SL, Welinder P, Munk EG, Carrillo O, Sorensen HB и др. (Апрель 2014 г.). «Обнаружение шпинделя сна: краудсорсинг и оценка работы экспертов, неспециалистов и автоматизированные методы». Природные методы. 11 (4): 385–92. Дои:10.1038 / nmeth.2855. ЧВК  3972193. PMID  24562424.
  18. ^ а б Манбер Р., Армитаж Р. (август 1999 г.). «Секс, стероиды и сон: обзор». Спать. 22 (5): 540–55. Дои:10.1093 / сон / 22.5.540. PMID  10450590.
  19. ^ Маки PM, Рич JB, Розенбаум RS (2002). «Неявная память меняется в зависимости от менструального цикла: эффекты эстрогена у молодых женщин». Нейропсихология. 40 (5): 518–29. Дои:10.1016 / S0028-3932 (01) 00126-9. PMID  11749982.
  20. ^ а б c Гензель Л., Кифер Т., Реннер Л., Верле Р., Клюге М., Грёцингер М. и др. (Июль 2012 г.). «Влияние секса и модулирующего менструального цикла на консолидацию памяти, связанной со сном». Психонейроэндокринология. 37 (7): 987–98. Дои:10.1016 / j.psyneuen.2011.11.006. PMID  22153362.
  21. ^ Перселл С.М., Маноач Д.С., Демануэль С., Кейд Б.Э., Мариани С., Кокс Р. и др. (Июнь 2017). «Описание веретен сна у 11630 человек из Национального ресурса по исследованию сна». Nature Communications. 8 (1): 15930. Bibcode:2017НатКо ... 815930P. Дои:10.1038 / ncomms15930. ЧВК  5490197. PMID  28649997.
  22. ^ Дзая А., Арбер С., Хислоп Дж., Керкхофс М., Копп С., Поллмахер Т. и др. (Январь 2005 г.). «Женский сон в здоровье и болезни». Журнал психиатрических исследований. 39 (1): 55–76. Дои:10.1016 / j.jpsychires.2004.05.008. PMID  15504424.
  23. ^ Вахаба Д.М., Ремедж-Хили Л. (декабрь 2015 г.). «Производство эстрогенов в мозге и кодирование недавнего опыта». Текущее мнение в области поведенческих наук. 6: 148–153. Дои:10.1016 / j.cobeha.2015.11.005. ЧВК  4955874. PMID  27453921.