резюме: Дослідники виявили, що нейромедіатор орексин, а не гормон стресу норадреналін, регулює розмір зіниці, що кидає виклик попередньому розумінню. Нейрони орексину впливають на розмір зіниці у відповідь на емоційний стан і психічний стрес, а не лише на вплив світла.
Отримані дані пов’язують активність орексину з декількома неврологічними захворюваннями, включаючи нарколепсію та хворобу Альцгеймера, відкриваючи нові діагностичні шляхи. Це дослідження також може пролити світло на наше розуміння регуляції свідомості та уваги.
Ключові факти:
- Нейрони орексину, а не норадреналіну, головним чином відповідають за регулювання розміру зіниці, що суперечить давній науковій думці.
- Дослідники виявили дозозалежний зв’язок між активністю нейронів орексину та діаметром зіниці, забезпечуючи прямий спосіб вимірювання активності орексину.
- Ці висновки пов’язують орексин з декількома неврологічними захворюваннями, такими як хвороба Альцгеймера, нарколепсія, інсульт і синдром Прадера-Віллі, потенційно спрощуючи та покращуючи методи діагностики.
джерело: ETH Цюріх
Спосіб, яким мозок регулює розмір зіниці, відрізняється від того, що вважалося раніше: як показали дослідники з ETH Zurich, головним чином відповідальний нейромедіатор орексин.
Це відкриття може змінити наше розуміння свідомості та таких захворювань, як нарколепсія та хвороба Альцгеймера.
«Ефект був настільки потужним, що ми відразу зрозуміли, що задумали щось важливе», — згадує Нікола Ґроч, докторант Лабораторії нейроповедінкової динаміки ETH Zurich.
Провівши серію попередніх експериментів на мишах, він вивчав так звані нейрони орексину, що є однією з основних областей досліджень лабораторії. Він помітив, що стимуляція нейронів призвела до значного розширення зіниць мишей.
“Часто ефекти нейростимуляції губляться в шумі даних вимірювань, які потім нам доводиться ретельно фільтрувати, щоб знайти. Цього разу все було по-іншому. Ефект був чітко помітний”, – говорить він.
Вперше описані в 1998 році нейрони орексину простягаються від гіпоталамуса до всіх інших областей мозку, включаючи ті, які контролюють свідомість і вегетативні функції. Ці нейрони беруть участь у регулюванні перемикання між сном і неспанням, концентрацією уваги, системою винагород, апетитом і витратами енергії, серед іншого.
Необхідний для нормального стану вихованця
Як показали вимірювання Груїча, нейрони орексину безпосередньо впливають на центральну властивість емоційного стану індивіда: не тільки світлові подразники викликають зміну розміру зіниць, але також психічний стрес і емоційні враження.
Зіниці, які в розмовній мові називають «вікнами до душі», зазвичай використовуються як під час медичних, так і психологічних обстежень: розмір зіниць може забезпечувати міру уваги та інших підсвідомо контрольованих функцій організму.
Досі основним фактором, що визначає розмір зіниці разом із світлом, був норадреналін, більш відомий як гормон стресу, та його рецепторна система.
Але тепер дослідники ETH показали, що натомість цю роль слід віднести до нейромедіатора орексину та його рецепторної системи.
Насправді нейрони норадреналіну не можуть підтримувати нормальний стан зіниці без нейронів орексину. Якщо систему орексину вимкнути, зіниці залишаються дуже звуженими.
«По суті, нейрони норадреналіну є рабами нейронів орексину», — каже професор ETH Денис Бурдаков, чудово описуючи цей зв’язок залежності.
Асоціація нарколепсії
У своїх експериментах дослідники також встановили дозозалежний зв’язок між активністю нейронів і діаметром зіниці. «Учні показують нам, наскільки активними є нейрони орексину в гіпоталамусі», — каже Бурдаков.
Окрім надання дослідникам мозку нового способу вимірювання активності орексину, це відкриває нові шляхи для лікування. Існує давній зв’язок між розладом регуляції орексину та нарколепсією.
Однак нещодавно було зазначено, що він пов’язаний з іншими неврологічними захворюваннями, такими як хвороба Альцгеймера, інсульт і генетичний розлад синдрому Прадера-Віллі.
У цьому останньому стані збій у роботі проміжного мозку, або внутрішнього мозку, де розташований гіпоталамус, призводить до серйозних фізичних, когнітивних і метаболічних симптомів.
Усі ці чотири стани мають компонент порушення сну. Бурдаков каже, що в майбутньому дослідження розміру зіниці може допомогти точніше визначити вплив орексину на ці стани — і, можливо, навіть спростити та покращити діагностику. В даний час для діагностики нарколепсії все ще потрібна люмбальна пункція, яка є інвазивною процедурою.
Відкрите регулювання обізнаності
Як нейробіолог Гротш вважає своє відкриття ключем до кращого розуміння того, як регулюються основні функції нашої свідомості.
«Збалансована зосередженість на звичних речах, можливість блукати думкам і досліджувати навколишній світ є ключовою частиною нашої здатності адаптуватися до нових ситуацій», — каже він.
Поширеність і діапазон розладів дефіциту уваги, які діагностуються сьогодні, показують, наскільки важко може бути підтримувати цей баланс, каже Гротіч.
Орексин є однією з кількох нейрорегуляторних систем (інші включають норадреналін і серотонін), які регулюють цей баланс. Ці системи так чи інакше змінюють баланс залежно від потреб організму.
Наприклад, на початку еволюції людини голодним мисливцям-збирачам доводилося блукати навколо в пошуках джерела їжі. Якщо вони отримують винагороду, помітивши щось, що вони їдять, вони повинні переключити свою увагу на оточення, щоб вони могли підглядати за більшою кількістю їжі.
І коли перші люди нарешті були задоволені, вони могли звернути увагу на задоволення інших своїх потреб.
Кілька підмножин нейронів для певних функцій
У своєму дослідженні нейронів орексину дослідницька група Бурдакова змогла ідентифікувати підгрупи, задіяні в різноманітних функціях нейронів і, таким чином, у різних компонентах цього гомеостазу.
За допомогою спеціального типу флуоресцентної мікроскопії вчені спостерігали реакцію окремих нейронів на орексин у мишей і порівнювали це з коливаннями розміру зіниці. Вони використовували двофотонний мікроскоп, який дає можливість стежити за діяльністю окремих клітин мозку.
Дослідники виявили нейрони, активність яких позитивно корелювала з розміром зіниць ока — і, отже, рівнем збудження миші — і чия активність негативно корелювала.
Вони також виявили деякі клітини, які впливали на розмір зіниць і реагували на винагороди, а також інші, які були пов’язані лише з одним із двох факторів.
Кандидат на вищий рівень організації
Ідентифікація цих спеціалізованих підмножин в нейронах орексину дає початкове уявлення про те, як вони підключені для підтримки центральних функцій нашої свідомості.
Більше того, Груїч каже, що вплив орексину на низку різних поведінкових станів — від уваги, сну, перемикання, неспання та пошуку винагороди до апетиту та витрат енергії — робить його головним кандидатом для регуляції вищого рівня.
Висновки дослідників ETH відкривають двері для багатьох шляхів наукових досліджень, пов’язаних з ідентифікацією додаткових підмножин нейронів і того, як вони взаємодіють між собою та з системами серотоніну та норадреналіну.
Дослідники припускають, що відповіді на такі запитання не лише призведуть до більш детального розуміння того, як регулюються наші життєво важливі функції.
Вони також очікують переваг у діагностиці та лікуванні розладів уваги та сну та пов’язаних із ними станів. І як показують приклади хвороби Альцгеймера та інсульту, ці переваги можуть бути більшими, ніж здається на перший погляд.
Про це дослідження в Neuroscience News
автор: Даніель Мерханс
джерело: ETH Цюріх
спілкування: Даніель Меєрханс – ETH Zurich
картина: Зображення надано Neuroscience News
Оригінальний пошук: відкритий доступ.
“Контроль розміру зіниці та його кодування нейронами орексину гіпоталамусаАвтор Grujic N та ін. Природнича нейронаука
підсумок
Контроль розміру зіниці та його кодування нейронами орексину гіпоталамуса
Нейрони орексину (гіпокретину) головного мозку беруть участь у перемиканні сну та неспання та пошуку винагороди, але їх роль у динаміці швидкого пробудження та сприйнятті винагороди неясна.
Тут клітинно-специфічна стимуляція, делеція та записи in vivo виявили сильні кореляційні та причинно-наслідкові зв’язки між розширенням зіниці — маркером квантового збудження — та активністю клітин орексину.
Кодування для збудження та винагороди було розподілено між клітинами орексину, що свідчить про те, що вони спеціалізовані для швидкого, багаторазового підключення до миттєвих станів збудження та винагороди.
“Професійний вирішувач проблем. Тонко чарівний любитель бекону. Геймер. Завзятий алкогольний ботанік. Музичний трейлер”
