睡眠中の半球間競争

Nature volume 616、pages 312–318 (2023)この記事を引用

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睡眠の機能とメカニズムについての私たちの理解は依然として不完全であり、その複雑さがますます明らかになっていることを反映しています1、2、3。 同様に、睡眠中の半球間の調整に関する研究4、5、6は、既知の睡眠回路やメカニズムと正確に結び付けることが難しいことがよくあります。 ここでは、眠っているフトアゴヒゲトカゲ (Pogona vitticeps) の閉殻から記録することにより、Pogona の急速眼球運動 (REMP) と徐波睡眠の開始と終了が両側で調整されているにもかかわらず、これら 2 つの睡眠状態が著しく異なることを示します。彼らのクラスター間の調整において。 徐波睡眠中、クローストラは互いに独立して鋭波の波紋を生成し、協調性を示しません。 対照的に、REMP睡眠中は、2つのクローストラによって生成される電位は、振幅と時間において正確に調整されます。 ただし、これらの信号は同期していません。一方の側が他方の側より約 20 ms 先行しており、通常、先行側は REMP エピソードごとに、または連続するエピソード間に 1 回切り替わります。 先頭の閉殻はより強い活動を表しており、双方向の競争を示唆しています。 この競争は、2 つの前脳半球または終脳半球の間で直接起こるわけではありません。 むしろ、それは中脳で発生し、峡部複合体のGABA作動性（γ-アミノ酪酸生成）核の完全性に依存します。この核はすべての脊椎動物に存在し、鳥類ではボトムアップの注意と視線制御の基礎となることが知られています。 これらの結果は、ポゴナの脳の両側の間に勝者総取り型の競争が存在し、それが中脳に由来し、レム睡眠中の前閉塞の活動と調整に正確な結果をもたらすことを明らかにしている。

哺乳類では、睡眠中の皮質脳波は、急速な眼球運動を伴う非同期脳波信号を特徴とする急速眼球運動 (REM) 睡眠 7、8、9 と、特徴的なノンレム (NREM) 睡眠に分解できます。徐波活動によるものです（したがって徐波（SW）睡眠とも呼ばれます）。 げっ歯類と人間では、ノンレム睡眠は特定の形式の記憶の再活性化と固定化に関与していると考えられています10、11、12、13。 しかしながら、REM の考えられる機能はほとんど推測の域を出ませんが (例えば、学習を忘れる 14)、いくつかの証拠 15、16、17 は感情的記憶との関連の可能性を示唆しています。 二相性睡眠は鳥類18、爬虫類19、20、21、魚類22にも存在し、共通のルーツ（少なくとも脊椎動物の系統（5億年）と同じくらい古い）の可能性を示唆している。 (二相睡眠パターンは一部の無脊椎動物でも観察されています23)。 もしそうなら、多様な動物系統を代表するシステムにおける比較アプローチは、睡眠の進化だけでなく、その機能やメカニズムの基礎についてもより深く理解するのに役立つかもしれません。

昼行性のアガミドトカゲである Pogona vitticeps では、規則的な電気生理学的睡眠リズム (背側心室堤または DVR で記録される) の 2 つのフェーズは、0.5 ～ 2 秒ごとに不規則に発生する鋭い波のリップルによって支配される局所電場電位で構成されます。これも約 1 分間続き、その後、急速な眼球運動と同時発生するより速い覚醒のような活動が続きます 19。 これら 2 つの活動モードは、一晩中定期的に交互に繰り返されます19。 これら 2 つの電気生理学的睡眠相と哺乳類の SW 睡眠および REM 睡眠は類似しているため、我々はそれらを SW 様および REM 様として識別します (以降、それぞれ SW および REMP と呼ばれます)。 (現時点での知識不足のため、私たちの命名法は説明的なものであり、哺乳類の睡眠状態との機能的または機構的な同一性を必ずしも示唆するものではないことに注意してください)。 DVR における SW 活動の主な特徴である鋭い波のさざ波は、前庭で生成され、隣接する DVR で伝播波として検出可能です21。 今回我々は、生体内での電気生理学的記録を用いて、ポゴナにおけるREMPシグナルの性質を調べることに着手した。 左右の閉殻から同時に記録することで、SW睡眠とREMP睡眠の間の半球間の調整の性質の違いが観察されました。 これらの違いは、次に、REMP睡眠中には両半球の間で継続的な競争が存在することを明らかにし（SW睡眠中はそうではなかった）、これまで睡眠に関与することが知られていなかった一対の中脳の発作前核の役割を特定した。