Impact of sleep-wake circuits on cortical synapse plasticity during motor learning

睡眠-觉醒回路对运动学习过程中皮质突触可塑性的影响

基本信息

  • 批准号:
    10349518
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 49.71万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2018
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2018-03-01 至 2024-08-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

Abstract We still wonder why we sleep. We know at least that sleep helps our memory. Almost every stages and features of sleep are involved memory consolidation, including non-rapid eye movement slow wave sleep (NREM SWS), NREM spindles, REM theta rhythm and sleep architecture continuity. Disruption of these stages and features are found in all neurological disorders afflicting memory (Angelman, autism spectrum, alcoholism, Alzheimer's, fragile X, Huntington's, Parkinson's, Rett etc…). The mechanisms underpinning these memory deficits are poorly understood and the role of sleep at the synapse is still highly debated. Synpases are the central physiological structures underpinning memory and cognition, but how each sleep stages and features remodels synapses remains unclear. NREM SWS and total sleep have been implicated in general synaptic downscaling, but NREM and spindles have also been involved in synaptic strengthening; similarly REM has been associated to both synapse pruning and maintenance. One major obstacle to such study has been that sleep stages and features are all interconnected and integrated. The disruption of one often impacts the others making the association between a stage/feature and a specific synaptic function challenging. Using precise optogenetic control of neuronal circuits, we have overcome this obstacle. Sleep continuity and memory consolidation can be disrupted without changing overall sleep architecture and quantity by introducing micro-arousals (<2sec) every 60 sec using hypocretin neuron stimulation (Aim 1). NREM sleep spindles and memory consolidation can be elicited by stimulating reticular thalamus neurons without disturbing sleep (Aim 2). Theta rhythms and memory consolidation can be disrupted by silencing medial septum GABA neurons during REM bouts only without affecting sleep architecture integrity (Aim 3). We will manipulate these three sleep features after a cortical motor learning task which rapidly induces synapse formation in the motor cortex. Remodeling of these newly formed synapses and their neighbors will be followed using state-of-the-art in vivo (two-photon) and ex vivo (array tomography) synapse microscopy. While the former longitudinal analysis will uncover the spine dynamics leading to memory encoding consolidation, the latter global synapse analysis will reveal how synapse classes (inhibitory, excitatory), synapse populations (depending on layers) and their subsynaptic molecular components are remodeled by sleep continuity (Aim 1), spindles (Aim 2) and REM specifically (Aim 3). The specific use of optogenetics to manipulate different sleep stages as synaptic dynamics are studied is unprecedented and will shed important light on how sleep continuity, NREM spindles, and REM can each influence cortical synaptic plasticity underpinning memory consolidation after motor learning. These discoveries are crucial for future strategies to recover and treat memory and cognitive deficits in neurodevelopmental and neurodegenerative disorders.
抽象的 我们仍然想知道为什么要睡觉。我们至少知道睡眠有助于我们的记忆。几乎每个阶段 睡眠的特征涉及记忆巩固,包括非比型眼运动慢波睡眠 (NREM SWS),NREM纺锤,REM Theta节奏和睡眠结构连续性。这些破坏 阶段和特征都在所有困扰记忆的神经系统疾病中都发现(Angelman,自闭症谱系, 酒精中毒,阿尔茨海默氏症,脆弱的X,亨廷顿,帕金森氏症,雷特等...)。支撑的机制 这些记忆的定义很鲜为人知,睡眠在突触中的作用仍然是高度争议的。 synpases是基于记忆和认知的基础生理结构,但每个人如何睡觉 阶段和功能重塑突触尚不清楚。 NREM SW和全部睡眠已被牵涉 总的来说,突触的降尺度,但是NREM和纺锤体也参与了突触增强。 同样,REM也与突触修剪和维护既有联系。这样的主要障碍 研究一直是睡眠阶段和特征都是相互联系和整合的。一个人的破坏 通常会影响其他人,使阶段/特征与特定突触功能之间的关联 具有挑战性的。使用对神经元电路的精确光遗传控制,我们克服了这一障碍。睡觉 连续性和记忆整合可以破坏而无需改变整体睡眠体系结构和 通过使用低封素神经刺激每60秒引入每60秒的微型序列(<2sec)来数量(AIM 1)。 NREM睡眠纺锤体和记忆合并可以通过刺激网状丘脑神经元引起 不打扰睡眠(目标2)。 theta节奏和记忆巩固可以通过沉默来破坏 内侧隔膜GABA神经元在REM回合过程中仅不影响睡眠结构完整性(AIM 3)。 我们将在一项皮层运动学习任务后操纵这三个睡眠功能,这会迅速引起 运动皮层中的突触形成。这些新成立的突触的重塑,他们的邻居将 随后使用最新的体内(两光子)和Ex Vivo(阵列断层扫描)突触显微镜。 而以前的纵向分析将发现脊柱动力学,导致记忆编码 合并,后一种全球突触分析将揭示突触类别(抑制性,兴奋性)如何, 突触种群(取决于层)及其突触后分子成分被重塑 睡眠连续性(AIM 1),主轴(AIM 2)和REM(AIM 3)。光遗传学的特定用途 操纵不同的睡眠阶段,因为综合动力学是前所未有的,并且将变得重要 阐明睡眠连续性,NREM纺锤体和REM如何影响皮层突触可塑性 运动学习后的记忆合并基础。这些发现对于未来的策略至关重要 在神经发育和神经退行性疾病中恢复和治疗记忆和认知缺陷。

项目成果

期刊论文数量(0)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(1)

数据更新时间:{{ journalArticles.updateTime }}

{{ item.title }}
{{ item.translation_title }}
  • DOI:
    {{ item.doi }}
  • 发表时间:
    {{ item.publish_year }}
  • 期刊:
  • 影响因子:
    {{ item.factor }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}
  • 通讯作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ journalArticles.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ monograph.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ sciAawards.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ conferencePapers.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ patent.updateTime }}

Philippe Mourrain其他文献

Philippe Mourrain的其他文献

{{ item.title }}
{{ item.translation_title }}
  • DOI:
    {{ item.doi }}
  • 发表时间:
    {{ item.publish_year }}
  • 期刊:
  • 影响因子:
    {{ item.factor }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}
  • 通讯作者:
    {{ item.author }}

{{ truncateString('Philippe Mourrain', 18)}}的其他基金

Project 4: Whole-brain and body characterization of sleep disturbances and interventions in Fmr1, Shank3 and Cntnap2 knockout zebrafish
项目 4:Fmr1、Shank3 和 Cntnap2 敲除斑马鱼睡眠障碍的全脑和身体特征及干预措施
  • 批准号:
    10698080
  • 财政年份:
    2022
  • 资助金额:
    $ 49.71万
  • 项目类别:
Project 4: Whole-brain and body characterization of sleep disturbances and interventions in Fmr1, Shank3 and Cntnap2 knockout zebrafish
项目 4:Fmr1、Shank3 和 Cntnap2 敲除斑马鱼睡眠障碍的全脑和身体特征及干预措施
  • 批准号:
    10531477
  • 财政年份:
    2022
  • 资助金额:
    $ 49.71万
  • 项目类别:
Fluorescent polysomnography and MCH neurogenetics
荧光多导睡眠图和 MCH 神经遗传学
  • 批准号:
    10400045
  • 财政年份:
    2020
  • 资助金额:
    $ 49.71万
  • 项目类别:
Fluorescent polysomnography and MCH neurogenetics
荧光多导睡眠图和 MCH 神经遗传学
  • 批准号:
    10614463
  • 财政年份:
    2020
  • 资助金额:
    $ 49.71万
  • 项目类别:
Fluorescent polysomnography and MCH neurogenetics
荧光多导睡眠图和 MCH 神经遗传学
  • 批准号:
    10153879
  • 财政年份:
    2020
  • 资助金额:
    $ 49.71万
  • 项目类别:
In vivo characterization of CNE/SNPs and identification of cis (dys)regulated genes
CNE/SNP 的体内表征和顺式 (dys) 调节基因的鉴定
  • 批准号:
    10543777
  • 财政年份:
    2020
  • 资助金额:
    $ 49.71万
  • 项目类别:
In vivo characterization of CNE/SNPs and identification of cis (dys)regulated genes
CNE/SNP 的体内表征和顺式 (dys) 调节基因的鉴定
  • 批准号:
    10319605
  • 财政年份:
    2020
  • 资助金额:
    $ 49.71万
  • 项目类别:
Melanin-Concentrating Hormone: Ancestral Role in Feeding & Sleep Regulation
黑色素浓缩激素:在喂养中的祖先作用
  • 批准号:
    8505008
  • 财政年份:
    2011
  • 资助金额:
    $ 49.71万
  • 项目类别:
Melanin-Concentrating Hormone: Ancestral Role in Feeding & Sleep Regulation
黑色素浓缩激素:在喂养中的祖先作用
  • 批准号:
    8258704
  • 财政年份:
    2011
  • 资助金额:
    $ 49.71万
  • 项目类别:
Melanin-Concentrating Hormone: Ancestral Role in Feeding & Sleep Regulation
黑色素浓缩激素:在喂养中的祖先作用
  • 批准号:
    8116317
  • 财政年份:
    2011
  • 资助金额:
    $ 49.71万
  • 项目类别:

相似国自然基金

温度作用下CA砂浆非线性老化蠕变性能的多尺度研究
  • 批准号:
    12302265
  • 批准年份:
    2023
  • 资助金额:
    30 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
基于波动法的叠层橡胶隔震支座老化损伤原位检测及精确评估方法研究
  • 批准号:
    52308322
  • 批准年份:
    2023
  • 资助金额:
    30 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
微纳核壳结构填充体系构建及其对聚乳酸阻燃、抗老化、降解和循环的作用机制
  • 批准号:
    52373051
  • 批准年份:
    2023
  • 资助金额:
    50 万元
  • 项目类别:
    面上项目
东北黑土中农膜源微塑料冻融老化特征及其毒性效应
  • 批准号:
    42377282
  • 批准年份:
    2023
  • 资助金额:
    49 万元
  • 项目类别:
    面上项目
高层建筑外墙保温材料环境暴露自然老化后飞火点燃机理及模型研究
  • 批准号:
    52376132
  • 批准年份:
    2023
  • 资助金额:
    50 万元
  • 项目类别:
    面上项目

相似海外基金

The Role of Impaired Neurobehavioral Alertness in Cognitive Decline and Alzheimer’s Disease Pathology
神经行为警觉性受损在认知能力下降和阿尔茨海默病病理学中的作用
  • 批准号:
    10662040
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    $ 49.71万
  • 项目类别:
Chronic Pain and Risk of Alzheimer's-Related Neurodegeneration
慢性疼痛和阿尔茨海默病相关神经变性的风险
  • 批准号:
    10644253
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    $ 49.71万
  • 项目类别:
Identifying microscopic vasculature within entorhinal cortex in healthy aging and its proximity to pathology profiles in Alzheimer's disease
识别健康衰老过程中内嗅皮层内的微观脉管系统及其与阿尔茨海默氏病病理特征的接近程度
  • 批准号:
    10657895
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    $ 49.71万
  • 项目类别:
Regulation of Ductular Reaction by Substance P during Alcohol-induced Liver Injury
P物质对酒精性肝损伤过程中小管反应的调节
  • 批准号:
    10592570
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    $ 49.71万
  • 项目类别:
Social and dietary modifiers of neuroinflammation and aging
神经炎症和衰老的社会和饮食调节剂
  • 批准号:
    10681468
  • 财政年份:
    2022
  • 资助金额:
    $ 49.71万
  • 项目类别:
{{ showInfoDetail.title }}

作者:{{ showInfoDetail.author }}

知道了