快速眼动睡眠中的酸性神经胶质:癫痫小鼠更强的酸反应

日本东北大学(Tohoku University)的研究人员已经证明，星形胶质细胞(星形胶质细胞，控制大脑局部离子和代谢环境)在小鼠快速眼动睡眠时表现出酸性反应。他们推断，酸性反应可能是睡眠中特定信息处理和产生可塑性的潜在驱动力。

他们进一步发现，在癫痫患者的大脑中，星形胶质细胞的快速眼动反应增强，这意味着研究大脑环境变化与快速眼动睡眠相关的基因可能被用作癫痫发生严重程度的生物标志物。

研究结果在大脑．

神经元无疑负责大脑中的信息处理。星形胶质细胞被认为不是神经信息回路的重要组成部分。然而，最近的研究结果表明，精神状态，如意识、睡眠、记忆形成和元可塑性都可能由星形胶质细胞的活动控制。

了解星形胶质细胞在大脑功能，荧光传感器蛋白在小鼠星形胶质细胞中基因表达。研究人员植入了一种光纤进入老鼠的下丘脑外侧，这是大脑的一部分，对控制我们的睡眠或清醒状态以及全身代谢至关重要。

激发光通过该光纤发送，并记录发射的荧光信号。使用一种新设计的方法，研究人员解剖了钙离子浓度星形胶质细胞的pH值和局部脑血容量根据记录的光信号发生变化。

研究人员观察到与快速眼动睡眠相关的光学信号发生了明显变化。钙含量减少，pH值降低(即酸化)，局部脑血容量增加。研究人员发现，酸化和血容量的变化对光学信号产生了强烈的影响;因此，许多以前使用纤维光度法的研究可能误解了他们记录的数据。

酸化尤其出乎意料，因为细胞内溶液对pH有高度的缓冲作用。强酸化发生在缺血时，但pH的变化不被认为是在生理条件下发生的。这种星形胶质细胞酸化可能驱动突触信号的放大，并可能是快速眼动睡眠期间记忆形成的基础。

有趣的是，用光学记录检测到的局部大脑环境的变化比用脑电图检测到的整体神经元电活动的标志性变化早了近20秒。这表明，星形胶质细胞和血管的变化控制着神经元活动的状态。过渡到快速眼动睡眠也可以通过这些局部大脑环境的变化来预测。

日本东北大学超级网络大脑生理学实验室的Ko Matsui教授领导了这项研究，他说:“在快速眼动睡眠期间，之前的经历被整理、记住或忘记，这个过程很可能被视为梦。”“星形胶质细胞的酸化可能会控制神经回路中发生可塑性的可能性。”

研究人员进一步研究了癫痫患者快速眼动睡眠的特性是如何变化的。反复刺激老鼠的海马体会使大脑容易过度活跃，这种“点燃”方法已被用作癫痫发生的模型。点燃后，自发发生的快速眼动睡眠被记录下来。令人惊讶的是，在快速眼动睡眠中，星形胶质细胞的钙含量很少减少，局部脑血容量增加，并且从星形胶质细胞中记录到强烈的酸反应。

“我们之前的研究表明，与强化相关的星形胶质细胞的酸反应增加癫痫发作首席研究人员Yoko Ikoma博士说。“信息是通过神经元中的电信号传输和处理的。星形胶质细胞的pH值可能在生理和疾病中控制这些神经元活动。”

使用功能磁共振成像技术可以监测人体的整体pH值和局部脑血流量。伊科马说这些都是当地的大脑与快速眼动睡眠相关的环境变化可能被用于诊断人类患者癫痫的严重程度。“一种旨在控制的治疗策略星形胶质细胞pH值可能用于预防癫痫发作。”