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

«Между прочим, религиозный студент может придти в замешательство, недоумевая зачем бог создаёт проблемы, снабжая хищников красивой адаптацией для ловли добычи, при этом другой рукой снабжая добычу красивой адаптацией, препятствующей этому. Видимо он наслаждается этим спортом как зритель»

Ричард Докинз

Файлы

Профилактика старения для всех

Сумма технологии

Физика будущего

Вычислительная машина и мозг