Нейронауки в Science и Nature. Выпуск 133: нейронный Оле-Лукойе

Несколько лет назад выяснили, что заставляет наш мозг погружаться в сон и просыпаться. Исследование, проведённое командой из Оксфорда и опубликованное в Nature в 2016 году, сделало нас немного ближе к пониманию того таинственного состояния, в котором человек проводит треть своей жизни.

Credit: Hans Tegner

Процесс сна главным образом регулируется двумя системами: «внутренними часами» и тем, что называется гомеостазом сна. И если циркадные ритмы (часы) сейчас изучены достаточно хорошо (за них даже Нобелевскую премию вручили), то насчёт гомеостаза у сомнологов есть ещё очень много вопросов до сих пор.

«Циркадные ритмы позволяют нам предвидеть прогнозируемые изменения в окружающей среде, вызванные вращением Земли. Они как бы рекомендуют нам погрузиться в сон, но не объясняют причину,по которой мы должны спать в первую очередь. Это объясняет, вероятно, второй контроллер — «сонный» гомеостаз. Это то, что происходит в нашем мозге, когда мы бодрствуем, и, достигая определённого потолка, заставляет нас ложиться спать. Во сне происходит своеобразный «сброс», и цикл начинается заново, когда мы просыпаемся», — поясняет профессор Геро Майзенбох (Gero Miesenb?ck), в лаборатории которого проводилось это исследование.

Команда изучала гомеостаз сна в мозге дрозофил – тех животных, на которых впервые 45 лет назад начали изучать суточный хронометраж. У каждой мухи есть около двух десятков контролирующих сон нейронов (подобные клетки мозга  есть даже у людей). Эти нейроны как раз контролируют гомеостаз: если они активируются, муха спит, и когда они «замолкают», муха просыпается.

Для переключения нейронов исследователи использовали метод оптогенетики, который позволяет активизировать определённые группы нейронов при помощи световых импульсов. Здесь оптогенетика применялась для того, чтобы простимулировать синтез предшественника дофамина.

Препараты, которые на людей действуют в качестве психостимуляторов (такие как кокаин), как раз увеличивают уровень дофамина в головном мозге. Такой же эффект замечался у мух. Когда «включалась» дофаминергическая система, нейроны-контроллеры сна «замолкали», и муха просыпалась. Если команда отключала дофаминовую систему и выжидала некоторое время, то «сонные» нейроны возвращались в активное состояние, и муха «шла» обратно спать.

Переключатель сна достаточно жесткий, он подчинается известному принципу «всё или ничего»: он либо включен, либо выключен.

«В этом есть смысл. Вы можете быть либо спящим, либо бодрствующим, но не испытываете всяческих сумеречных состояний», — говорит Майзенбох.

Когда нейроны сна входят в электрически активное состояние,  особые ионные каналы, которые обнаружили исследователи и назвали Sandman — «песочным человеком», Дрёмой (в англоязычной культуре именно  таков сказочный человечек, насылающий сон. Этот персонаж нам лучше знаком по датскому варианту, Оле Лукойе), «хранятся» внутри. Они контролируют электрические импульсы, посредством которых клетки мозга общаются между собой. Когда появляется дофамин, эти каналы движутся к внешней стороне клетки. Затем они эффективно «отключают» свои нейроны, что ведёт к бодрствованию.

«В принципе, такое устройство похоже на термосистему, которые устанавливаются в домах. По аналогии с тем, как она измеряет температуру и включает обогреватель, когда слишком холодно, гомеостаз сна включается тогда, когда нужно спать, и показатели жизнедеятельности превышают заданное значение», — объясняет ведущий автор исследования доктор Джефф Донлея (Jeff Donlea).

Теперь возникают следующие вопросы: а что же соответствует температуре в этой системе? Другими словами, что измеряет этот гомеостаз?

«Если мы узнаем ответ, мы сделаем гигантский шаг к разгадке тайн сновидений», — говорит Майзенбох.

Текст: Анна Хоружая

Operation of a homeostatic sleep switch

Diogo Pimentel, Jeffrey M. Donlea, Clifford B. Talbot, Seoho M. Song, Alexander J. F. Thurston & Gero Miesenb?ck

Nature (2016) doi:10.1038/nature19055

Источник: neuronovosti.ru

Комментарии: