streszczenie: Naukowcy odkryli, że neuroprzekaźnik Oreksyna, a nie hormon stresu noradrenalina, reguluje rozmiar źrenicy, co stanowi wyzwanie dla wcześniejszego zrozumienia. Neurony oreksyny wpływają na rozmiar źrenicy w odpowiedzi na stany emocjonalne i stres psychiczny, a nie tylko ekspozycję na światło.
Odkrycia łączą aktywność oreksyny z kilkoma stanami neurologicznymi, w tym narkolepsją i chorobą Alzheimera, zapewniając nowe możliwości diagnostyczne. Badania te mogą również rzucić światło na nasze rozumienie regulacji świadomości i uwagi.
Kluczowe fakty:
- Neurony oreksynowe, a nie noradrenalina, są przede wszystkim odpowiedzialne za regulację wielkości źrenic, wbrew długo utrzymywanym naukowym przekonaniom.
- Naukowcy odkryli zależną od dawki zależność między aktywnością neuronów oreksyny a średnicą źrenicy, zapewniając bezpośredni sposób pomiaru aktywności oreksyny.
- Odkrycia te łączą oreksynę z kilkoma schorzeniami neurologicznymi, takimi jak choroba Alzheimera, narkolepsja, udar mózgu i zespół Pradera-Williego, potencjalnie upraszczając i ulepszając metody diagnostyczne.
źródło: ETH Zurych
Sposób, w jaki mózg reguluje rozmiar źrenicy, jest inny niż wcześniej sądzono: neuroprzekaźnik Oreksyna jest przede wszystkim odpowiedzialny, wyjaśnili teraz naukowcy z ETH Zurich.
To odkrycie może zmienić nasze rozumienie świadomości i chorób, takich jak narkolepsja i choroba Alzheimera.
„Efekt był tak potężny, że od razu wiedzieliśmy, że mamy do czynienia z czymś ważnym” – wspomina Nicola Groetsch, doktor habilitowany w Laboratorium Dynamiki Neurobehawioralnej na ETH Zurich.
Poprzez serię wstępnych eksperymentów na myszach badał tak zwane neurony oreksyny, jeden z głównych obszarów badań laboratorium. Zauważył, że stymulowanie neuronów powodowało znaczne rozszerzenie źrenic myszy.
„Często efekty neurostymulacji gubią się w szumie danych pomiarowych, które następnie musimy mozolnie filtrować, aby je odnaleźć. Tym razem było inaczej. Efekt był wyraźnie widoczny” – mówi.
Opisane po raz pierwszy w 1998 roku neurony oreksynowe rozciągają się od podwzgórza do wszystkich innych obszarów mózgu, w tym tych, które kontrolują świadomość i funkcje autonomiczne. Neurony te są zaangażowane między innymi w regulację przełączania między snem a czuwaniem, rozpiętością uwagi, systemem nagrody, apetytem i wydatkami energetycznymi.
Niezbędny do prawidłowego stanu źrenicy
Jak wykazały pomiary Grujicia, neurony oreksyny bezpośrednio wpływają na centralną właściwość stanu emocjonalnego jednostki: nie tylko bodźce świetlne powodują zmianę wielkości źrenic, ale także stres psychiczny i wrażenia emocjonalne.
Odpowiednio określane w języku potocznym jako zwierciadła duszy, źrenice są rutynowo wykorzystywane zarówno w badaniach lekarskich, jak i psychologicznych: rozmiar źrenicy może być miarą uwagi i innych podświadomie kontrolowanych funkcji organizmu.
Do tej pory głównym wyznacznikiem wielkości źrenicy, obok światła, była noradrenalina – lepiej znana jako hormon stresu – i jej system receptorów.
Ale teraz badacze ETH wykazali, że zamiast tego rolę tę należy przypisać neuroprzekaźnikowi Oreksynie i jego układowi receptorowemu.
W rzeczywistości neurony noradrenaliny nie mogą utrzymać normalnego stanu źrenic bez neuronów oreksyny. Jeśli system oreksyny jest wyłączony, źrenice pozostają bardzo zwężone.
„Zasadniczo neurony noradrenalinowe są niewolnikami neuronów oreksynowych” – mówi profesor ETH Denis Burdakov w zachwycającym opisie tej zależności.
Stowarzyszenie narkolepsji
W swoich eksperymentach naukowcy ustalili również zależny od dawki związek między aktywnością neuronów a średnicą źrenicy. „Uczniowie pokazują nam konkretnie, jak aktywne są neurony oreksyny w podwzgórzu” – mówi Burdakov.
Oprócz zapewnienia badaczom mózgu nowego sposobu pomiaru aktywności oreksyny, otwiera to nowe możliwości leczenia. Istnieje długotrwały związek między zaburzeniem regulacji oreksyny a narkolepsją.
Jednak ostatnio zaobserwowano, że wiąże się to z innymi stanami neurologicznymi, takimi jak choroba Alzheimera, udar mózgu i zaburzenie genetyczne, zespół Pradera-Williego.
W tym drugim stanie nieprawidłowe działanie międzymózgowia lub wewnętrznego mózgu – gdzie znajduje się podwzgórze – prowadzi do poważnych objawów fizycznych, poznawczych i metabolicznych.
Wszystkie cztery z tych stanów mają komponent zaburzeń snu. Burdakov mówi, że w przyszłości badanie rozmiaru źrenicy mogłoby pomóc w dokładniejszym zbadaniu wpływu oreksyny na te schorzenia – a być może nawet uprościć i poprawić diagnozę. Obecnie rozpoznanie narkolepsji nadal wymaga wykonania nakłucia lędźwiowego, które jest zabiegiem inwazyjnym.
Otwarta regulacja świadomości
Jako neurobiolog Grotsch uważa swoje odkrycie za klucz do lepszego zrozumienia, w jaki sposób regulowane są podstawowe funkcje naszej świadomości.
„Równoważenie skupienia się na znanych rzeczach, pozwolenie naszym myślom na błądzenie i odkrywanie otaczającego nas świata to kluczowy element naszej zdolności przystosowania się do nowych sytuacji” – mówi.
Częstość występowania i zakres diagnozowanych dzisiaj zaburzeń koncentracji uwagi pokazuje, jak trudne może być utrzymanie tej równowagi, mówi Grotich.
Oreksyna jest jednym z kilku układów neuroregulacyjnych (inne obejmują noradrenalinę i serotoninę), które regulują tę równowagę. Systemy te przechylają szalę w jedną lub drugą stronę w zależności od potrzeb organizmu.
Na przykład we wczesnych dniach ewolucji człowieka głodni łowcy-zbieracze musieli wędrować po okolicy w poszukiwaniu źródła pożywienia. Jeśli zostaną nagrodzeni zauważeniem czegoś, co jedzą, muszą wtedy skupić się na otoczeniu, aby móc szpiegować więcej jedzenia.
A kiedy pierwsi ludzie byli w końcu usatysfakcjonowani, mogli skupić się na zaspokajaniu innych potrzeb.
Wiele podzbiorów neuronów dla określonych funkcji
W swoich badaniach neuronów oreksynowych, grupa badawcza Burdakova była w stanie zidentyfikować podgrupy zaangażowane w różne funkcje neuronalne, a tym samym w różne składniki tej homeostazy.
Za pomocą specjalnego rodzaju mikroskopii fluorescencyjnej naukowcy obserwowali reakcję poszczególnych neuronów na oreksynę u myszy i porównywali ją do fluktuacji wielkości źrenic. Użyli mikroskopu dwufotonowego, który umożliwia monitorowanie aktywności poszczególnych komórek w mózgu.
Naukowcy odkryli neurony, których aktywność dodatnio korelowała z wielkością źrenic oka – a tym samym poziomem pobudzenia myszy – i których aktywność korelowała ujemnie.
Napotkali również niektóre komórki, które wpłynęły na rozmiar źrenicy i reagowały na nagrody, a także inne, które były związane tylko z jednym z dwóch czynników.
Kandydat na wyższy poziom organizacji
Identyfikacja tych wyspecjalizowanych podzbiorów w neuronach oreksynowych zapewnia wstępny wgląd w sposoby, w jakie są one połączone, aby wspierać centralne funkcje naszej świadomości.
Co więcej, Grujic mówi, że wpływ oreksyny na szereg różnych stanów behawioralnych – od uwagi, snu, przełączania, czuwania i poszukiwania nagrody po apetyt i wydatek energetyczny – czyni ją głównym kandydatem do regulacji na wyższym poziomie.
Odkrycia naukowców z ETH otwierają drzwi do wielu ścieżek badań naukowych związanych z identyfikacją dodatkowych podzbiorów neuronów i ich interakcji – między sobą oraz z systemami serotoniny i noradrenaliny.
Naukowcy stawiają hipotezę, że udzielenie odpowiedzi na takie pytania nie tylko doprowadzi do bardziej szczegółowego zrozumienia, w jaki sposób regulowane są nasze funkcje życiowe.
Przewidują również korzyści w diagnostyce i leczeniu zaburzeń uwagi i snu oraz związanych z nimi schorzeń. A jak sugerują przykłady choroby Alzheimera i udaru mózgu, korzyści te mogą być większe, niż się początkowo wydaje.
O tych badaniach w Neuroscience News
autor: Daniela Merhansa
źródło: ETH Zurych
Komunikacja: Daniel Meierhans – ETH Zurych
zdjęcie: Zdjęcie przypisane do Neuroscience News
Oryginalne wyszukiwanie: otwarty dostęp.
„Kontrola wielkości źrenicy i jej kodowanie przez neurony oreksyny podwzgórzaNapisane przez Grujic N i in. Naturalna neuronauka
podsumowanie
Kontrola wielkości źrenicy i jej kodowanie przez neurony oreksyny podwzgórza
Mózgowe neurony oreksyny (hipokretyny) są zaangażowane w przełączanie snu i czuwania oraz poszukiwanie nagrody, ale ich rola w dynamice szybkiego przebudzenia i postrzegania nagrody jest niejasna.
W tym przypadku specyficzna dla komórek stymulacja, delecja i zapisy in vivo ujawniły silne korelacyjne i przyczynowe powiązania między rozszerzeniem źrenic – markerem wzbudzenia kwantowego – a aktywnością komórek oreksyny.
Kodowanie pobudzenia i nagrody zostało rozłożone w komórkach oreksyny, co sugeruje, że są one wyspecjalizowane w szybkich, wielokrotnych połączeniach z chwilowymi stanami pobudzenia i nagrody.
„Introwertyk. Myśliciel. Rozwiązuje problemy. Specjalista od złego piwa. Skłonny do apatii. Ekspert od mediów społecznościowych. Wielokrotnie nagradzany fanatyk jedzenia.”
