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Visuelle Beweise zeigen, dass das Gehirn während des Schlafes "zurückgesetzt" wird
Im Laufe des Tages absorbiert das menschliche Gehirn einen Strom von Wissen, verarbeitet die Informationen und lernt, bevor es über Nacht "ausschaltet". Neue Forschungen erklären diesen Prozess in Aktion. Mikroskopische Bilder von Synapsen - die Verbindung zwischen zwei Nervenzellen - haben sich mit der Tagesstimulation erweitert und schrumpfen mit dem Schlaf, wodurch das Gehirn für den nächsten Tag bereit ist.
Mikroskopische Bilder zeigten, dass Synapsen mit dem Schlaf schrumpfen und im Wachzustand wachsen.
Bildnachweis: Wisconsin Center for Sleep and Consciousness
Wissenschaftler der School of Medicine and Public Health der University of Wisconsin führten eine 4-Jahres-Studie durch, die die Funktion der "synaptischen Homöostase-Hypothese" (SHY) demonstriert.
Die Ergebnisse der Studie wurden in der Zeitschrift veröffentlicht Wissenschaft.
SHY ist eine Theorie von Dr. Chiara Cirelli und Dr. Giulio Tononi, beide vom Wisconsin Center for Sleep and Consciousness. Cirelli und Tononi spekulieren, dass Schlaf der Preis ist, den wir für Gehirne bezahlen müssen, die biegsam sind und immer wieder neue Dinge lernen können.
Die ständige Stimulation der Synapse während der Wachstunden führt dazu, dass die Synapse immer stärker und größer wird, und es wird angenommen, dass diese Erweiterung eine Schlüsselrolle bei Gedächtnis und Lernen spielt. Um sicherzustellen, dass die Synapse nicht gesättigt wird und neuronale Signale und Erinnerungen ausgelöscht werden, weist SHY darauf hin, dass dieses Wachstum ausgeglichen werden muss.
Es wird angenommen, dass der Schlaf das perfekte Gegengewicht und die ideale Zeit für den Prozess der Renormierung darstellt. Während des Schlafes sind sich die Menschen des "Hier und Jetzt" weniger bewusst und können die Außenwelt blockieren, die die Synapse ausgleichen und wiederherstellen kann.
Wenn Synapsen stärker und effizienter werden, werden sie größer. Im Gegensatz dazu schrumpfen die Synapsen, wenn sie schwächer werden.
Cirelli und Tononi wollten ihre Theorie testen, indem sie analysierten, ob sich die Größe der Synapsen zwischen Schlaf- und Wachstunden verändert.
Der Schlaf führte zu einer fast 20-prozentigen Abnahme der Synapsen
Die Analyse umfasste 4 Jahre Forschung und viele Spezialisten. Das Team verwendete eine Technologie mit hoher räumlicher Auflösung (sogenannte serielle 3D-3D-Elektronenmikroskopie), um zwei Bereiche der Großhirnrinde im Gehirn einer Maus zu fotografieren, zu rekonstruieren und zu untersuchen. Die Technologie ermöglichte es ihnen, 6.920 Synapsen zu rekonstruieren und ihre Größe zu messen.
Das Team war sich nicht bewusst, ob die Maus, die sie untersuchten, eine gut ausgeruhte Maus oder eine Maus war, die wach war, um sicherzustellen, dass die Ergebnisse nicht beeinflusst wurden.
Die Ergebnisse der Forschung zeigen, dass die Größe der Synapsen mit der Menge an Schlaf korrelierte, die die Maus vor der Aufnahme des Bildes hatte. Ein paar Stunden Schlaf wurden gefunden, um die Größe der Synapsen um 18 Prozent in beiden Bereichen der Großhirnrinde zu reduzieren. Die Veränderungen wurden auch als proportional zur Größe der Synapsen bestätigt.
Während die Skalierung in etwa 80 Prozent der Synapsen stattfand, war die Skalierung selektiv und die größten Synapsen folgten nicht dem gleichen Muster. In den größeren Synapsen ist möglicherweise keine Skalierung aufgetreten, da sie möglicherweise mit den stabilsten Speicherspuren verbunden sind.
"Dies zeigt in eindeutiger ultrastruktureller Hinsicht, dass das Gleichgewicht der synaptischen Größe und Stärke durch die Nachtruhe gestört und durch den Schlaf wiederhergestellt wird. Es ist bemerkenswert, dass die große Mehrheit der Synapsen im Kortex innerhalb weniger Stunden eine so große Größenänderung erfährt von wecken und schlafen. "
Dr. Chiara Cirelli
"Unsere Ergebnisse deuten darauf hin, dass jede Billion Synapsen in unserem Cortex um fast 20 Prozent schlanker werden können, wenn wir von Mäusen auf Menschen extrapolieren", schließt Tononi.
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