metodika studia chování paměti u zvířatmemory.biomed.cas.cz/332/€¦ · spánek kurz...

41
Spánek kurz Neurobiologie chování a paměti RNDr. Eduard Kelemen, Ph.D. Národní ústav duševního zdraví Fyziologický ústav AVČR

Upload: others

Post on 29-Jun-2020

5 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

Page 1: Metodika studia chování paměti u zvířatmemory.biomed.cas.cz/332/€¦ · Spánek kurz Neurobiologie chování a paměti RNDr. Eduard Kelemen, Ph.D. Národní ústav duševního

Spánek

kurz Neurobiologie chování a paměti

RNDr. Eduard Kelemen, Ph.D.

Národní ústav duševního zdraví Fyziologický ústav AVČR

Page 2: Metodika studia chování paměti u zvířatmemory.biomed.cas.cz/332/€¦ · Spánek kurz Neurobiologie chování a paměti RNDr. Eduard Kelemen, Ph.D. Národní ústav duševního

Spánek

Spánková stadia a spánková architektura Role spánku při konsolidaci paměti – behaviorální studie Role spánku při konsolidaci paměti – mechanismy Hypotézy o funkci spánku Hypotéza aktivní konsolidace Hypotéza synaptické homeostázy Manipulace učení během spánku

Page 3: Metodika studia chování paměti u zvířatmemory.biomed.cas.cz/332/€¦ · Spánek kurz Neurobiologie chování a paměti RNDr. Eduard Kelemen, Ph.D. Národní ústav duševního

Spánková stadia a spánková architektura

Page 4: Metodika studia chování paměti u zvířatmemory.biomed.cas.cz/332/€¦ · Spánek kurz Neurobiologie chování a paměti RNDr. Eduard Kelemen, Ph.D. Národní ústav duševního

Polysomnografie

Page 5: Metodika studia chování paměti u zvířatmemory.biomed.cas.cz/332/€¦ · Spánek kurz Neurobiologie chování a paměti RNDr. Eduard Kelemen, Ph.D. Národní ústav duševního

0

Spánková stadia

a architektura

spánku

Slow wave

sleep

Page 6: Metodika studia chování paměti u zvířatmemory.biomed.cas.cz/332/€¦ · Spánek kurz Neurobiologie chování a paměti RNDr. Eduard Kelemen, Ph.D. Národní ústav duševního

Hypnogram

SWS

REMS

Stage 2

Stage 1

Page 7: Metodika studia chování paměti u zvířatmemory.biomed.cas.cz/332/€¦ · Spánek kurz Neurobiologie chování a paměti RNDr. Eduard Kelemen, Ph.D. Národní ústav duševního

Spánek u laboratorních myší

Page 8: Metodika studia chování paměti u zvířatmemory.biomed.cas.cz/332/€¦ · Spánek kurz Neurobiologie chování a paměti RNDr. Eduard Kelemen, Ph.D. Národní ústav duševního

Role spánku při konsolidaci paměti

Behaviorální studie

Page 9: Metodika studia chování paměti u zvířatmemory.biomed.cas.cz/332/€¦ · Spánek kurz Neurobiologie chování a paměti RNDr. Eduard Kelemen, Ph.D. Národní ústav duševního

Spánek posiluje paměť

Specifická role

spánku pomalých vln a REM spánku

Učení asociací mezi páry slov – deklarativní paměť Obkreslování v zrcadle – procedurální paměť

Page 10: Metodika studia chování paměti u zvířatmemory.biomed.cas.cz/332/€¦ · Spánek kurz Neurobiologie chování a paměti RNDr. Eduard Kelemen, Ph.D. Národní ústav duševního

Plihal & Born, 1997

Specifická role spánku pomalých vln

a REM spánku při konsolidaci paměti

První polovina noci – posílení deklarativní paměti Druhá polovina noci – posílení procedurální paměti

Page 11: Metodika studia chování paměti u zvířatmemory.biomed.cas.cz/332/€¦ · Spánek kurz Neurobiologie chování a paměti RNDr. Eduard Kelemen, Ph.D. Národní ústav duševního

Stickgold et al, 2000

Důležitost interakce mezi spánkem

pomalých vln a REM spánkem

při konsolidaci paměti

Úkol vizuální diskriminace

Page 12: Metodika studia chování paměti u zvířatmemory.biomed.cas.cz/332/€¦ · Spánek kurz Neurobiologie chování a paměti RNDr. Eduard Kelemen, Ph.D. Národní ústav duševního

Stickgold et al, 2000

Důležitost interakce mezi spánkem

pomalých vln a REM spánkem

při konsolidaci paměti

Page 13: Metodika studia chování paměti u zvířatmemory.biomed.cas.cz/332/€¦ · Spánek kurz Neurobiologie chování a paměti RNDr. Eduard Kelemen, Ph.D. Národní ústav duševního

Stickgold et al, 2000

Důležitost interakce mezi spánkem

pomalých vln a REM spánkem

při konsolidaci paměti

Zlepšení v úloze vizuální diskriminace korelovalo s množstvím spánku pomalých vln v první čtvrtině noci a množstvím REM spánku v poslední čtvrtině noci.

Page 14: Metodika studia chování paměti u zvířatmemory.biomed.cas.cz/332/€¦ · Spánek kurz Neurobiologie chování a paměti RNDr. Eduard Kelemen, Ph.D. Národní ústav duševního

Wagner et al., 2004

Spánek pomáhá odhalení skrytých řešení

v početních úkolech

Page 15: Metodika studia chování paměti u zvířatmemory.biomed.cas.cz/332/€¦ · Spánek kurz Neurobiologie chování a paměti RNDr. Eduard Kelemen, Ph.D. Národní ústav duševního

Wilhelm et al., 2013

Spánek pomáhá odhalení skrytých pravidel

– při přeměně implicitní znalosti na explicitní

Page 16: Metodika studia chování paměti u zvířatmemory.biomed.cas.cz/332/€¦ · Spánek kurz Neurobiologie chování a paměti RNDr. Eduard Kelemen, Ph.D. Národní ústav duševního

Role spánku při konsolidaci paměti –

behaviorální studie

SHRNUTÍ Spánek pomalých vln podporuje konsolidaci epizodické paměti. REM spánek podporuje konsolidaci procedurální paměti a emoční paměti. Spánek pomáhá organizovat paměť – odhaluje skryté zákonitosti v naučeném materiálu

Page 17: Metodika studia chování paměti u zvířatmemory.biomed.cas.cz/332/€¦ · Spánek kurz Neurobiologie chování a paměti RNDr. Eduard Kelemen, Ph.D. Národní ústav duševního

Role spánku při konsolidaci paměti

Možné mechanismy

Page 18: Metodika studia chování paměti u zvířatmemory.biomed.cas.cz/332/€¦ · Spánek kurz Neurobiologie chování a paměti RNDr. Eduard Kelemen, Ph.D. Národní ústav duševního

Eschenko et al., 2006

Hustota spánkových vřetének vzrůstá

po učení

Baseline sleep

Post-learing sleep

Odor-reward association task

Page 19: Metodika studia chování paměti u zvířatmemory.biomed.cas.cz/332/€¦ · Spánek kurz Neurobiologie chování a paměti RNDr. Eduard Kelemen, Ph.D. Národní ústav duševního

Huber et al., 2004

Amplituda pomalých vln vzrůstá po učení,

specificky v oblastech kůry, které se podílely

na učení

Page 20: Metodika studia chování paměti u zvířatmemory.biomed.cas.cz/332/€¦ · Spánek kurz Neurobiologie chování a paměti RNDr. Eduard Kelemen, Ph.D. Národní ústav duševního

Huber et al., 2004

Nárůst aktivity pomalých vln koreluje se

zlepšeným učením

Page 21: Metodika studia chování paměti u zvířatmemory.biomed.cas.cz/332/€¦ · Spánek kurz Neurobiologie chování a paměti RNDr. Eduard Kelemen, Ph.D. Národní ústav duševního

Lee & Wilson 2002

Přehrávání (replay) naučené neuronové

aktivity během non-REM spánku

Page 22: Metodika studia chování paměti u zvířatmemory.biomed.cas.cz/332/€¦ · Spánek kurz Neurobiologie chování a paměti RNDr. Eduard Kelemen, Ph.D. Národní ústav duševního

Lee & Wilson 2002

Přehrávání naučené neuronové aktivity

během non-REM spánku

Page 23: Metodika studia chování paměti u zvířatmemory.biomed.cas.cz/332/€¦ · Spánek kurz Neurobiologie chování a paměti RNDr. Eduard Kelemen, Ph.D. Národní ústav duševního

Lee & Wilson 2002

Přehrávání (replay) se odehrává

v průběhu hipokampálních ripples

Page 24: Metodika studia chování paměti u zvířatmemory.biomed.cas.cz/332/€¦ · Spánek kurz Neurobiologie chování a paměti RNDr. Eduard Kelemen, Ph.D. Národní ústav duševního

Louie & Wilson 2001

Přehrávání naučené neuronové aktivity

během REM spánku

Page 25: Metodika studia chování paměti u zvířatmemory.biomed.cas.cz/332/€¦ · Spánek kurz Neurobiologie chování a paměti RNDr. Eduard Kelemen, Ph.D. Národní ústav duševního

Girardeau et al., 2009

Blokování hipokampálních ripples

zpomaluje na hipokampu závislé učení

Experimentální postup:

Page 26: Metodika studia chování paměti u zvířatmemory.biomed.cas.cz/332/€¦ · Spánek kurz Neurobiologie chování a paměti RNDr. Eduard Kelemen, Ph.D. Národní ústav duševního

Girardeau et al., 2009

Blokování hipokampálních ripples

zpomaluje na hipokampu závislé učení

Výsledky:

Page 27: Metodika studia chování paměti u zvířatmemory.biomed.cas.cz/332/€¦ · Spánek kurz Neurobiologie chování a paměti RNDr. Eduard Kelemen, Ph.D. Národní ústav duševního

Hypotéza aktivní konsolidace během

spánku

Spánek pomalých vln – systémová konsolidace, přenos informace z

hipokampu do neokortexu

REM spánek – synaptická konsolidace: lokální posílení synapsí

(Jan Born, Univerzita Tuebingen)

Page 28: Metodika studia chování paměti u zvířatmemory.biomed.cas.cz/332/€¦ · Spánek kurz Neurobiologie chování a paměti RNDr. Eduard Kelemen, Ph.D. Národní ústav duševního

Rasch & Born, 2013

Spánek pomalých vln – systémová konsolidace, přenos informace z hipokampu do neokortexu REM spánek – synaptická konsolidace: lokální posílení synapsí

Schema spánkových procesů, které vedou

k systémové konsolidaci

Page 29: Metodika studia chování paměti u zvířatmemory.biomed.cas.cz/332/€¦ · Spánek kurz Neurobiologie chování a paměti RNDr. Eduard Kelemen, Ph.D. Národní ústav duševního

Role spánku při konsolidaci paměti –

možné mechanismy

SHRNUTÍ Množství a amplituda pomalých vln a spánkových vřetének vzrůstají po učení. Přehrávání (replay) neuronové aktivity během spánku -potenciální mechanismus konsolidace. Komunikace mezi hipokampem a neokortexem zprostředkovaná spánkovými vřeténky a hipokampovými „ripples“ může hrát roli v systémové konsolidaci.

Page 30: Metodika studia chování paměti u zvířatmemory.biomed.cas.cz/332/€¦ · Spánek kurz Neurobiologie chování a paměti RNDr. Eduard Kelemen, Ph.D. Národní ústav duševního

Hypotéza synaptické homeostázy

Během bdění, když se zvíře učí, dochází k posilování synapsí. Toto posilování synapsí musí být vyváženo synaptickým oslabováním, ke kterému dochází během spánku. (Tononi a Cirelli, University of Wisconsin, Madison)

Page 31: Metodika studia chování paměti u zvířatmemory.biomed.cas.cz/332/€¦ · Spánek kurz Neurobiologie chování a paměti RNDr. Eduard Kelemen, Ph.D. Národní ústav duševního

Korové evokované odpovědi narůstají během bdění a klesají během spánku

Tononi & Cirelli, 2014

Hypotéza synaptické homeostázy

Page 32: Metodika studia chování paměti u zvířatmemory.biomed.cas.cz/332/€¦ · Spánek kurz Neurobiologie chování a paměti RNDr. Eduard Kelemen, Ph.D. Národní ústav duševního

Exprese a fosforylace AMPA glutamátových receptorů v synapsích vzrůstá během bdění a klesá ve spánku.

Tononi & Cirelli, 2014

Hypotéza synaptické homeostázy

Page 33: Metodika studia chování paměti u zvířatmemory.biomed.cas.cz/332/€¦ · Spánek kurz Neurobiologie chování a paměti RNDr. Eduard Kelemen, Ph.D. Národní ústav duševního

Množství (hustota) dendritických trnů u kortikálních neuronů vzrůstá během bdění a klesá během spánku.

Tononi & Cirelli, 2014

Hypotéza synaptické homeostázy

Page 34: Metodika studia chování paměti u zvířatmemory.biomed.cas.cz/332/€¦ · Spánek kurz Neurobiologie chování a paměti RNDr. Eduard Kelemen, Ph.D. Národní ústav duševního

Manipulace učení během spánku

Page 35: Metodika studia chování paměti u zvířatmemory.biomed.cas.cz/332/€¦ · Spánek kurz Neurobiologie chování a paměti RNDr. Eduard Kelemen, Ph.D. Národní ústav duševního

Marshal et al., 2006

Stimulace s frekvencí pomalých vln (0.75

Hz) během spánku zlepšuje konsolidaci

deklarativní paměti

Elektrická transkraniální stimulace také prodlužuje spánek pomalých vln, posiluje pomalé vlny a zvyšuje množství spánkových vřetének.

Page 36: Metodika studia chování paměti u zvířatmemory.biomed.cas.cz/332/€¦ · Spánek kurz Neurobiologie chování a paměti RNDr. Eduard Kelemen, Ph.D. Národní ústav duševního

Ngo et al., 2013

Akustická stimulace s frekvencí pomalých

vln během spánku zlepšuje konsolidaci

deklarativní paměti

Page 37: Metodika studia chování paměti u zvířatmemory.biomed.cas.cz/332/€¦ · Spánek kurz Neurobiologie chování a paměti RNDr. Eduard Kelemen, Ph.D. Národní ústav duševního

Rasch et al., 2007

Čichový podnět spojený s učením

specificky zlepšuje konsolidaci paměti

během spánku

Experimentální postup:

Page 38: Metodika studia chování paměti u zvířatmemory.biomed.cas.cz/332/€¦ · Spánek kurz Neurobiologie chování a paměti RNDr. Eduard Kelemen, Ph.D. Národní ústav duševního

Rasch et al., 2007

Čichový podnět spojený s učením

specificky zlepšuje konsolidaci paměti

během spánku

Výsledky:

Page 39: Metodika studia chování paměti u zvířatmemory.biomed.cas.cz/332/€¦ · Spánek kurz Neurobiologie chování a paměti RNDr. Eduard Kelemen, Ph.D. Národní ústav duševního

Bendor & Wilson, 2012

Podnět asociovaný v bdělém stavu s určitou částí

prostředí specificky zvyšuje pravděpodobnost

přehrávání hipokampální aktivity během spánku.

Page 40: Metodika studia chování paměti u zvířatmemory.biomed.cas.cz/332/€¦ · Spánek kurz Neurobiologie chování a paměti RNDr. Eduard Kelemen, Ph.D. Národní ústav duševního

Kelemen & Born, 2012

Podnět asociovaný v bdělém stavu s určitou částí

prostředí specificky zvyšuje pravděpodobnost

přehrávání hipokampální aktivity během spánku.

Page 41: Metodika studia chování paměti u zvířatmemory.biomed.cas.cz/332/€¦ · Spánek kurz Neurobiologie chování a paměti RNDr. Eduard Kelemen, Ph.D. Národní ústav duševního

Děkuji