Сонные веретена - это всплески нервной осцилляторной активности , которые генерируются взаимодействием ретикулярного ядра таламуса (TRN) и других ядер таламуса во время фазы 2 NREM-сна в частотном диапазоне от ~ 11 до 16 Гц (обычно 12-14 Гц) с длительностью 0,5 секунды или больше (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 как ГАМКергической, так и опосредованной NMDA- рецепторами глутаматергической нейротрансмиссией. [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 определено, что колебания охватывают неокортекс в виде круговых паттернов 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 корковый слой. Масштаб времени, 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, а степень увеличения активности шпинделя на втором этапе коррелирует с производительностью памяти.
Помимо других функций, веретена облегчают развитие соматосенсорной системы, таламокортикальное сенсорное управление , синаптическую пластичность и консолидацию автономной памяти . [5] Сонные веретена 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 сна . [7] Другое исследование показало, что повторное воздействие обонятельных сигналов во время сна вызывает реактивацию, существенную часть консолидации долговременной памяти, которая улучшает способность к последующим воспоминаниям. [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 сенсорной обработке, так и в консолидации долговременной памяти, потому что 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 и 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 с направленным запоминанием и забыванием (веретена быстрого сна). [13]
Во время медленного сна мозговые волны, производимые людьми с шизофренией, не имеют нормального паттерна медленных и быстрых веретен. [14] Потеря сонных веретен также является признаком фатальной семейной бессонницы , прионного заболевания. [15] При нарушениях наблюдаются изменения плотности веретена. Есть некоторые исследования, которые показывают увеличение количества веретен сна у аутичных детей . Также некоторые исследования предполагают отсутствие сонных веретен при эпилепсии . [16] [17]
Гендерные различия
Сонные веретена играют решающую роль в декларативной консолидации памяти , однако в большинстве исследований не учитывается контроль пола [ необходима цитата ] , хотя и секс, и менструация влияют на сон [18] и периоды онлайн-обучения. [19] Исследования показали, что влияние веретен сна во время декларативного процесса памяти может зависеть от модулирующих эффектов менструального цикла у женщин. [20]
У женщин, как правило, на 0,16 больше шпинделя в минуту, чем у мужчин [21] (т.е. примерно на 9–10 больше в течение часа). 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 эстрогеном . 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 по сравнению с менструальной фазой. [18] Недавнее исследование показало, что локальная выработка эстрогена мозгом 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 сонных веретенах. 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 женского пола. [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
- ^ Berry RB, Wagner MH (2015). Жемчуг медицины сна . Эльзевир. С. 10–14. ISBN 978-1-4557-7051-9. Дата обращения 5 июня 2019 .
- ^ 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 .
- ^ Де Дженнаро Л., Феррара М. (октябрь 2003 г.). «Шпиндели сна: обзор». Обзоры медицины сна . 7 (5): 423–40. DOI : 10.1053 / smrv.2002.0252 . PMID 14573378 .
- ^ Пино Д. (август 2004 г.). «Ретикулярное ядро таламуса: строение, функции и понятие». Исследование мозга. Обзоры исследований мозга . 46 (1): 1–31. DOI : 10.1016 / j.brainresrev.2004.04.008 . PMID 15297152 .
- ^ 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. DOI : 10.1111 / j.1365-2869.2012.01017.x . PMID 22591117 .
- ^ Люти А. (июнь 2014 г.). «Шпиндели сна: откуда они берутся, что они делают» . Невролог . 20 (3): 243–56. DOI : 10.1177 / 1073858413500854 . PMID 23981852 .
- ^ Dang-Vu TT, Bonjean M, Schabus M, Boly M, Darsaud A, Desseilles M и др. (Сентябрь 2011 г.). «Взаимодействие между спонтанной и индуцированной мозговой активностью во время сна человека с небыстрым движением глаз» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 108 (37): 15438–43. Bibcode : 2011PNAS..10815438D . DOI : 10.1073 / pnas.1112503108 . PMC 3174676 . PMID 21896732 .
- ^ 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. DOI : 10.1162 / jocn_a_00579 . PMID 24456392 .
- ^ Данг-Ву Т.Т., МакКинни С.М., Бакстон О.М., Солет Дж. М., Элленбоген Дж. М. (август 2010 г.). «Спонтанные ритмы мозга предсказывают стабильность сна перед лицом шума». Текущая биология . 20 (15): R626-7. DOI : 10.1016 / j.cub.2010.06.032 . PMID 20692606 .
- ^ Дингфельдер С.Ф. (январь 2006 г.). «Спать, быть может, дергаться» . Монитор . Американская психологическая ассоциация. 37 (1): 51.
- ^ Харни Э (1 апреля 2009 г.). «Электромонтаж вашего мозга в колледже - новый взгляд на сон» . Блог на WordPress.com . Архивировано из оригинала на 2010-06-19.
- ^ 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. DOI : 10.1523 / JNEUROSCI.3028-10.2010 . PMC 2989532 . PMID 20980591 .
- ^ Салетин Дж. М., Гольдштейн А. Н., Уокер М. П. (ноябрь 2011 г.). «Роль сна в направленном забывании и запоминании человеческих воспоминаний» . Кора головного мозга . 21 (11): 2534–41. DOI : 10.1093 / cercor / bhr034 . PMC 3183424 . PMID 21459838 .
- ^ 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. DOI : 10,1176 / ajp.2007.164.3.483 . PMID 17329474 .
- ^ Нидермейер Э, Рибейро М (октябрь 2000 г.). «Соображения бессудорожного эпилептического статуса». Клиническая ЭЭГ . 31 (4): 192–5. DOI : 10.1177 / 155005940003100407 . PMID 11056841 .
- ^ Иранманеш С., Родригес-Вильегас Э. (август 2017 г.). «Система обнаружения шпинделя со сверхнизким энергопотреблением на кристалле». IEEE Transactions по биомедицинским цепям и системам . 11 (4): 858–866. DOI : 10.1109 / TBCAS.2017.2690908 . ЛВП : 10044/1/46059 . PMID 28541914 .
- ^ 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» . Методы природы . 11 (4): 385–92. DOI : 10.1038 / nmeth.2855 . PMC 3972193 . PMID 24562424 .
- ^ а б Манбер Р., Армитаж Р. (август 1999 г.). «Секс, стероиды и сон: обзор» . Спать . 22 (5): 540–55. DOI : 10,1093 / сон / 22.5.540 . PMID 10450590 .
- ^ 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. DOI : 10.1016 / S0028-3932 (01) 00126-9 . PMID 11749982 .
- ^ а б в 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. DOI : 10.1016 / j.psyneuen.2011.11.006 . PMID 22153362 .
- ^ Перселл С.М., Маноач Д.С., Демануэль С., Кейд Б.Э., Мариани С., Кокс Р. и др. (Июнь 2017 г.). «Описание веретен сна у 11 630 человек из Национального ресурса по исследованию сна» . Nature Communications . 8 (1): 15930. Bibcode : 2017NatCo ... 815930P . DOI : 10.1038 / ncomms15930 . PMC 5490197 . PMID 28649997 .
- ^ 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. DOI : 10.1016 / j.jpsychires.2004.05.008 . PMID 15504424 .
- ^ Вахаба Д.М., Ремедж-Хили Л. (декабрь 2015 г.). «Производство эстрогенов в мозге и кодирование недавнего опыта» . Текущее мнение в поведенческих науках . 6 : 148–153. DOI : 10.1016 / j.cobeha.2015.11.005 . PMC 4955874 . PMID 27453921 .