Wrzeciono snu
Wrzeciona snu to wybuchy neuronalnej aktywności oscylacyjnej , które są generowane przez wzajemne oddziaływanie jądra siatkowatego wzgórza (TRN) i innych jąder wzgórza podczas fazy 2 snu NREM w zakresie częstotliwości od ~ 11 do 16 Hz (zwykle 12–14 Hz) z czasem trwania 0,5 sekundy lub więcej (zwykle 0,5–1,5 sekundy). Po wytworzeniu w wyniku interakcji neuronów TRN i komórek wzgórzowo-korowych, wrzeciona są podtrzymywane i przekazywane do kory przez pętle zwrotne wzgórzowo-wzgórzowe i wzgórzowo-korowe regulowane zarówno przez GABAergiczne, jak i NMDA neuroprzekaźnictwo glutaminergiczne za pośrednictwem receptora. Wrzeciona snu zostały zgłoszone (w wartości nominalnej) dla wszystkich badanych gatunków ssaków. Biorąc pod uwagę zwierzęta, u których wrzeciona snu były szeroko badane (a tym samym wykluczając wyniki wprowadzane w błąd przez pseudowrzeciona), wydaje się, że mają one zachowaną (między gatunkami) główną częstotliwość około 9-16 Hz. Jednak tylko u ludzi, szczurów i psów potwierdzono różnicę w częstotliwości wewnętrznej wrzecion przednich i tylnych (wrzeciona rejestrowane w tylnej części skóry głowy mają wyższą częstotliwość, średnio powyżej 13 Hz).
Badania potwierdzają, że wrzeciona (czasami określane jako „pasma sigma” lub „fale sigma”) odgrywają istotną rolę zarówno w przetwarzaniu sensorycznym, jak i konsolidacji pamięci długoterminowej. Do niedawna uważano, że każda oscylacja wrzeciona snu osiąga szczyt w tym samym czasie w korze nowej. Ustalono, że oscylacje przechodzą przez korę nową w okrągłych wzorach wokół kory nowej, osiągając szczyt w jednym obszarze, a następnie kilka milisekund później w sąsiednim obszarze. Sugerowano, że ta organizacja wrzeciona umożliwia neuronom komunikację między korami. Skala czasu, z jaką poruszają się fale, jest taka sama, jak prędkość, z jaką neurony komunikują się ze sobą.
Chociaż funkcja wrzecion snu jest niejasna, uważa się, że aktywnie uczestniczą one w konsolidacji nocnej pamięci deklaratywnej poprzez proces rekonsolidacji. Wykazano, że gęstość wrzecion wzrasta po intensywnym uczeniu się zadań pamięci deklaratywnej, a stopień wzrostu aktywności wrzeciona na etapie 2 koreluje z wydajnością pamięci.
Wśród innych funkcji wrzeciona ułatwiają rozwój somatosensoryczny, wzgórzowo-korowe bramkowanie sensoryczne , plastyczność synaptyczną i konsolidację pamięci offline . Wrzeciona snu ściśle modulują interakcje między mózgiem a jego środowiskiem zewnętrznym; zasadniczo moderują reakcję na bodźce czuciowe podczas snu. Ostatnie badania wykazały, że wrzeciona zniekształcają przekazywanie informacji słuchowych do kory mózgowej; wrzeciona izolują mózg od zewnętrznych zakłóceń podczas snu . Inne badanie wykazało, że ponowna ekspozycja na bodźce węchowe podczas snu inicjuje reaktywację, istotną część konsolidacji pamięci długoterminowej, która poprawia późniejszą wydajność przypominania. Wykazano, że wrzeciona generowane we wzgórzu pomagają zasnąć w obecności zakłócających dźwięków zewnętrznych. Stwierdzono korelację między ilością aktywności fal mózgowych we wzgórzu a zdolnością śpiącego do zachowania spokoju. Wrzeciona odgrywają istotną rolę zarówno w przetwarzaniu sensorycznym, jak i konsolidacji pamięci długoterminowej, ponieważ są generowane w TRN.
Podczas snu wrzeciona te są postrzegane w mózgu jako impuls aktywności natychmiast po skurczu mięśni. Naukowcy uważają, że mózg, szczególnie u młodych, uczy się, które nerwy kontrolują określone mięśnie podczas snu.
Stwierdzono ponadto, że aktywność wrzecion snu jest związana z integracją nowych informacji z istniejącą wiedzą, a także ukierunkowanym zapamiętywaniem i zapominaniem (szybkie wrzeciona snu).
Podczas snu NREM fale mózgowe wytwarzane przez osoby ze schizofrenią nie mają normalnego wzorca wolnych i szybkich wrzecion. Utrata wrzecion snu jest również cechą rodzinnej śmiertelnej bezsenności , choroby prionowej . W zaburzeniach obserwuje się zmiany gęstości wrzeciona. Istnieją badania, które wykazują wzrost liczby wrzecion snu u dzieci autystycznych . Również niektóre badania wskazują na brak wrzecion snu w epilepsji./
Obecnie trwają badania mające na celu opracowanie internetowego automatycznego systemu wykrywania wrzeciona snu przy użyciu technik uczenia maszynowego. Wyniki niniejszego badania pokazują, że automatyczny system wykrywania wrzeciona snu ma ogromny potencjał w praktycznym zastosowaniu.
Ewolucja
Jak dotąd nie zaobserwowano wrzecion snu u gadów i ptaków. U większości ssaków wrzeciona snu zostały opisane dosłownie, ale istnienie pseudowrzecion budzi niepewność co do tych obserwacji. Wrzecionopodobne oscylacje, które wykazują dodatkowe analogie (np. pozorne zaangażowanie w uczenie się lub zależność od wzgórza) są obecnie znane tylko u ludzi, szczurów, myszy, kotów i psów. U tych gatunków wrzeciona niezmiennie oscylują między 9 a 16 Hz, z niewielkimi wahaniami (np. 7-14 Hz u kota). Wyraźnie odrębne przednie i tylne wrzeciona snu (tj. „wolne” i „szybkie”) zostały potwierdzone poza ludźmi tylko u szczurów i psów.
Różnice płciowe
Wrzeciona snu odgrywają kluczową rolę w konsolidacji pamięci deklaratywnej , jednak większość badań zaniedbuje kontrolę płci [ potrzebne źródło ] , chociaż zarówno seks, jak i miesiączka wpływają na sen i okresy nauki online. Badania wykazały, że na wpływ wrzecion snu podczas procesu pamięci deklaratywnej mogą wpływać modulujące efekty cyklu miesiączkowego u kobiet.
U psa zaobserwowano podobne do ludzkich różnice płciowe w aktywności wrzeciona snu i uczeniu się zależnym od snu. Nie można było ustalić bezpośredniego związku z określonymi hormonami płciowymi, ale efekty były silniejsze u nietkniętych zwierząt.
Kobiety mają zwykle o 0,16 wrzecion snu więcej na minutę niż mężczyźni (tj. około 9–10 więcej w ciągu godziny). Stwierdzono, że kobieca przewaga dotyczy wspomnień epizodycznych, emocjonalnych i przestrzennych, a także rozpoznawania zapachów, twarzy i obrazów. Uważa się, że różnice te wynikają z wpływu hormonów, zwłaszcza estrogenu . Żeński hormon płciowy estrogen wpływa przede wszystkim na dojrzewanie płciowe i reprodukcję, ale stwierdzono również, że ułatwia inne funkcje mózgu, w tym funkcje poznawcze i pamięć. W zadaniach werbalnych, w których kobiety uzyskały wyższe wyniki niż mężczyźni, kobiety uzyskały wyższe wyniki w fazie środkowej lutealnej, kiedy kobiety mają wyższy poziom estrogenu, w porównaniu z fazą menstruacyjną. Niedawne badanie wykazało, że lokalna produkcja estrogenu w mózgu w obwodach poznawczych może być ważna dla nabywania i utrwalania wspomnień. Niedawne eksperymenty dotyczące związku między estrogenem a procesem konsolidacji pamięci offline również koncentrowały się na wrzecionach snu. Genzel i współpracownicy ustalili, że menstruacja ma wpływ na sprawność deklaratywną i motoryczną, co oznacza, że kobiety w środkowej fazie lutealnej (wysoki poziom estrogenu) osiągały lepsze wyniki niż inne uczestniczki. Kobiety w fazie lutealnej były również jedynymi uczestniczkami, które po nauce doświadczyły wzrostu wrzecion, co doprowadziło do wniosku, że w efekcie cyklu miesiączkowego mogą pośredniczyć wrzeciona i hormony żeńskie.