Cholinergic Modulation of REM Sleep and Its Importance for Memory Consolidation

Abstract

Spánkem strávíme přibližně třetinu našich životů, přesto jeho biologický význam dosud nebyl zcela objasněn. Navzdory zdánlivé tělesné nečinnosti je spánek dynamickým fyziologickým stavem, který se vyznačuje specifickými vzorci elektrické aktivity v centrálním nervovém systému. Tyto vzorce definují dvě hlavní fáze spánku: NREM (non-rapid eye movement) a REM (rapid eye movement). Zatímco NREM spánek je úzce spojován s ukládáním vzpomínek, význam REM spánku zůstává záhadou. REM spánek je charakterizován rychlými očními pohyby, svalovou atonií, živými sny a zejména vysokou hladinou neurotransmiteru acetylcholinu, která je srovnatelná s jeho hladinami během stavu bdělosti. Tato práce si klade za cíl shrnout aktuální poznatky o cholinergní signalizaci při regulaci REM spánku a s ním spojené konsolidaci paměti. Práce čerpá nejen ze studií provedených na zvířecích modelech a buněčných kulturách, ale opírá se i o lidská data, včetně poznatků z patologických stavů, jakými jsou deprese, posttraumatická stresová porucha a Alzheimerova choroba, které jsou spojeny s narušením REM fáze spánku. Klíčová slova Acetylcholin, cholinergní receptor, REM spánek, paměť, synaptická plasticita

We spend roughly one-third of our lives asleep, yet the biological purpose of sleep is still not fully understood. Despite the body's apparent inactivity, sleep is a dynamic physiological state, characterised by distinct patterns of electrical activity in the central nervous system. These patterns define two major phases of sleep: non-rapid eye movement (NREM) sleep and rapid eye movement (REM) sleep. While NREM sleep is closely linked to memory consolidation, the role of REM sleep remains less clear. REM sleep is marked by rapid eye movements, muscle atonia, vivid dreaming, and notably, elevated levels of the neurotransmitter acetylcholine, which are comparable to those during wakefulness. This thesis aims to explore and summarise current findings on cholinergic signalling in REM sleep regulation and REM-associated memory consolidation. It draws on studies using animal models, cell cultures, and human data, including insights from pathological conditions such as depression, posttraumatic stress disorder, and Alzheimer's disease that are associated with disturbances of this phase of sleep. Keywords Acetylcholine, cholinergic receptor, REM sleep, memory, synaptic plasticity