Межполушарная конкуренция во время сна

Nature, том 616, страницы 312–318 (2023 г.) Процитировать эту статью

14 тысяч доступов

1 Цитаты

129 Альтметрика

Подробности о метриках

Наше понимание функций и механизмов сна остается неполным, что отражает их все более очевидную сложность1,2,3. Аналогичным образом, исследования межполушарной координации во время сна часто трудно точно связать с известными схемами и механизмами сна. Здесь, записывая данные из клаустры спящих бородатых агам (Pogona vitticeps), мы показываем, что, хотя начало и прекращение быстрого движения глаз (REMP) и медленного сна Pogona координируются на двусторонней основе, эти два состояния сна заметно различаются. в их межкластерной координации. Во время медленноволнового сна клаустра производит резкие волновые пульсации независимо друг от друга, не проявляя координации. Напротив, во время сна REMP потенциалы, создаваемые двумя клаустрами, точно скоординированы по амплитуде и времени. Эти сигналы, однако, не синхронны: одна сторона опережает другую примерно на 20 мс, при этом ведущая сторона переключается обычно один раз за эпизод REMP или между последовательными эпизодами. Ведущий кластер выражает более сильную активность, что предполагает двустороннюю конкуренцию. Эта конкуренция не происходит непосредственно между двумя клаустрами или теленцефальными полушариями. Скорее, это происходит в среднем мозге и зависит от целостности ГАМКергического (продуцирующего γ-аминомасляную кислоту) ядра истмического комплекса, который существует у всех позвоночных и, как известно, у птиц лежит в основе восходящего внимания и контроля взгляда. Эти результаты показывают, что между двумя полушариями мозга Погоны существует соревнование типа «победитель получает все», которое берет начало в среднем мозге и имеет конкретные последствия для активности клауструма и координации во время сна REMP.

У млекопитающих корковые электроэнцефалограммы во время сна можно разделить на сон с быстрыми движениями глаз (REM), который характеризуется десинхронизированными электроэнцефалографическими сигналами, сопровождаемыми быстрыми движениями глаз7,8,9, и сон с медленным движением глаз (NREM), который характеризуется за счет медленноволновой активности (поэтому его также называют медленноволновым (SW) сном). У грызунов и людей медленный сон участвует в реактивации и консолидации определенных форм воспоминаний10,11,12,13. Однако возможные функции быстрого сна остаются в значительной степени спекулятивными (например, разучивание14), хотя некоторые данные15,16,17 предполагают возможную связь с эмоциональной памятью. Двухфазный сон также существует у птиц18, рептилий19,20,21 и рыб22, что предполагает возможность общих корней (по крайней мере, столь же старых, как линия позвоночных (500 миллионов лет)). (Двухфазный сон также наблюдался у некоторых беспозвоночных23). Если это так, сравнительные подходы к системам, представляющим различные линии животных, могут помочь нам лучше понять не только эволюцию сна, но также его функции и механистические основы.

У Pogona vitticeps, дневной агамидной ящерицы, две фазы регулярного электрофизиологического ритма сна (как регистрируется в дорсально-желудочковом гребне или DVR) состоят из локальных потенциалов поля, в которых преобладают островолновые пульсации, возникающие нерегулярно каждые 0,5–2 с. около минуты, за которой следует более быстрая активность, напоминающая бодрствование, которая сопровождается быстрыми движениями глаз19, также в течение примерно минуты. Эти два режима активности регулярно чередуются в течение ночи19. Из-за сходства между этими двумя электрофизиологическими фазами сна и SW- и REM-сном млекопитающих мы идентифицируем их как SW-подобный и REM-подобный (далее соответственно названные SW и REMP). (Обратите внимание, что наша номенклатура носит описательный характер и из-за отсутствия знаний на данный момент не обязательно подразумевает функциональную или механистическую идентичность состояниям сна млекопитающих). Доминирующие особенности активности СВ в ДВР — островолновые ряби — возникают в клауструме и обнаруживаются в соседнем ДВР как распространяющаяся волна21. Здесь мы решили изучить природу сигналов REMP у Погоны, используя электрофизиологические записи in vivo. При одновременной записи с левой и правой клаустры мы наблюдали различия в характере межполушарной координации между SW и REMP-сном. Эти различия, в свою очередь, выявили продолжающуюся конкуренцию между двумя полушариями во время сна REMP, но не во время сна SW, и определили роль пары преистмических ядер среднего мозга, которые до сих пор не были известны как участвующие во сне.