Sleep loss and aging impair hippocampus-dependent Spatial Learning in mammalian systems. Here we use the fly Drosophila melanogaster to investigate the relationship between sleep and Spatial Learning in healthy and impaired flies. The Spatial Learning assay is modeled after the Morris Water Maze. The assay uses a 'thermal maze' consisting of a 5X5 grid of Peltier plates maintained at 36-37°C and a visual panorama. The first trial begins when a single tile that is associated with a specific visual cue is cooled to 25°C. For subsequent trials, the cold tile is heated, the visual panorama is rotated and the flies must find the new cold-tile by remembering its association with the visual cue. Significant learning was observed with two different wild-type strains - Cs and 2U, validating our design. Sleep deprivation prior to training impaired Spatial Learning. Learning was also impaired in the classic learning mutant rutabaga (rut); enhancing sleep restored learning to rut mutants. Further, we found that flies exhibited dramatic age-dependent cognitive decline in Spatial Learning starting at 20-24 days of age. These impairments could be reversed by enhancing sleep. Finally, we find that Spatial Learning requires dopaminergic signaling and that enhancing dopaminergic signaling in aged flies restored learning. Our results are consistent with the impairments seen in rodents and humans. These results thus demonstrate a critical conserved role for sleep in supporting Spatial Learning, and suggest potential avenues for therapeutic intervention during aging.

中文翻译：

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睡眠在支持果蝇空间学习中的保守作用

哺乳动物系统中睡眠不足和衰老奇怪的海马体依赖性空间学习。在这里，我们使用果蝇果蝇来研究健康和受损果蝇的睡眠与空间学习之间的关系。空间学习分析以莫里斯水迷宫为模型。该测定使用由保持在 36-37°C 的 5X5 帕尔帖板网格和视觉全景组成的“热迷宫”。当与特定视觉线索相关的单个磁贴被冷却到 25°C 时，第一次试验开始。对于随后的试验，冷瓷砖被加热，视觉全景被旋转，苍蝇必须通过记住它与视觉线索的关联来找到新的冷瓷砖。使用两种不同的野生型菌株 - Cs 和 2U 观察到显着学习，验证了我们的设计。训练前的睡眠剥夺会损害空间学习。经典学习突变体大头菜（rut）的学习也受到损害；增强睡眠恢复了对车辙突变体的学习。此外，我们发现果蝇在 20-24 天大时在空间学习中表现出显着的年龄依赖性认知能力下降。这些损害可以通过改善睡眠来逆转。最后，我们发现空间学习需要多巴胺能信号，而增强老年果蝇的多巴胺能信号可以恢复学习。我们的结果与啮齿动物和人类的损伤一致。因此，这些结果证明了睡眠在支持空间学习方面的关键保守作用，并提出了在衰老过程中进行治疗干预的潜在途径。增强睡眠恢复了对车辙突变体的学习。此外，我们发现果蝇在 20-24 天大时在空间学习中表现出显着的年龄依赖性认知能力下降。这些损害可以通过改善睡眠来逆转。最后，我们发现空间学习需要多巴胺能信号，而增强老年果蝇的多巴胺能信号可以恢复学习。我们的结果与啮齿动物和人类的损伤一致。因此，这些结果证明了睡眠在支持空间学习方面的关键保守作用，并提出了在衰老过程中进行治疗干预的潜在途径。增强睡眠恢复了对车辙突变体的学习。此外，我们发现果蝇在 20-24 天大时在空间学习中表现出显着的年龄依赖性认知能力下降。这些损害可以通过改善睡眠来逆转。最后，我们发现空间学习需要多巴胺能信号，而增强老年果蝇的多巴胺能信号可以恢复学习。我们的结果与啮齿动物和人类的损伤一致。因此，这些结果证明了睡眠在支持空间学习方面的关键保守作用，并提出了在衰老过程中进行治疗干预的潜在途径。这些损害可以通过改善睡眠来逆转。最后，我们发现空间学习需要多巴胺能信号，而增强老年果蝇的多巴胺能信号可以恢复学习。我们的结果与啮齿动物和人类的损伤一致。因此，这些结果证明了睡眠在支持空间学习方面的关键保守作用，并提出了在衰老过程中进行治疗干预的潜在途径。这些损害可以通过改善睡眠来逆转。最后，我们发现空间学习需要多巴胺能信号，而增强老年果蝇的多巴胺能信号可以恢复学习。我们的结果与啮齿动物和人类的损伤一致。因此，这些结果证明了睡眠在支持空间学习方面的关键保守作用，并提出了在衰老过程中进行治疗干预的潜在途径。