Как мозг сам себя будит

Исследователи описали систему из двух антагонистичных типов мозговых нейронов, одни из которых служат для мозга утренними будильниками, а другие — вечерним снотворным.

Самый явный пример работы биологических часов — это чередование сна и бодрствования. Считается, что этим заправляют гены циркадных ритмов, активность которых зависит от времени суток. Только в случае чередования сна и бодрствования нужно говорить ещё и о циркадных нейронах — особых нервных клетках, которые управляют суточной активностью мозга и как раз непосредственно подчиняются генам суточного ритма.



Схема молекулы глутаминовой кислоты — нейромедиатора, усыпляющего нейроны циркадного ритма; отдельно стоящий фиолетовый шарик обозначает атом натрия, ионного партнёра глутаминовой кислоты. (Рисунок Laguna Design).

Известно, однако, что есть два рода циркадных нейронов. Одни называются главными; считается, что именно они задают ритм, которому подчиняются остальные, более «частные» циркадные системы. И есть другой тип клеток, не столь всемогущих, но тем не менее всё равно как-то участвующих в общей регуляции биологических часов.

В чём состоит связь между этими двумя типами нервных клеток, учёные долго не могли понять. И чтобы наконец-то выяснить это, группа нейрофизиологов из Нью-Йоркского университета (США) вместе с израильскими коллегами предприняла серию экспериментов на мухах дрозофилах. Выбор объекта для экспериментов в данном случае традиционен: считается, что некоторые базовые особенности нервной системы, в том числе механизмы суточного ритма, весьма консервативны среди разных групп животных.

Учёные сравнили насекомых с нормально работающими циркадными нейронами с теми мухами, у которых активность этих клеток была повышена или понижена с помощью мутаций. Это позволило прояснить роль побочных нейронов биологического ритма.

Как пишут авторы работы в журнале в Neuron, этот тип клеток использует нейромедиатор глутамат, чтобы подавить сигнал от главных суточных нейронов.

Деятельность побочных нейронов особенно активизировалась вечером, то есть они способствуют погружению мозга в сон. Если у них искусственно повышали активность и продлевали её до утра, то таким дрозофилам было гораздо труднее проснуться.

В норме же побочные циркадные нейроны на рассвете как бы отступают в сторону, разрешая главным циркадным нейронам разбудить нервную систему. Исследователи делают вывод, что засыпание и пробуждение зависят от баланса этой системы из нейронов-антагонистов. Если чрезмерно активны одни, организм не будет успевать отдохнуть, если другие — даже днём будет клонить в сон.

Хотя работа оставляет многие вопросы непрояснёнными, она примечательна тем, что авторам удалось совершить переход от сугубо молекулярно-генетического анализа циркадных ритмов на уровень межклеточного взаимодействия.

Источник