Размерът на зеницата се регулира от орексин, а не от хормоните на стреса

резюме: Изследователите откриха, че невротрансмитерът орексин, а не само хормонът на стреса норадреналин, регулира размера на зеницата, предизвиквайки предишното разбиране. Орексин невроните влияят върху размера на зеницата в отговор на емоционални състояния и психически стрес, а не само на излагане на светлина.

Констатациите свързват активността на орексин с няколко неврологични състояния, включително нарколепсия и болестта на Алцхаймер, предоставяйки нови диагностични пътища. Това изследване може също да хвърли светлина върху нашето разбиране за регулирането на съзнанието и вниманието.

Ключови факти:

1. Орексинови неврони, а не норадреналин, са основно отговорни за регулирането на размера на зеницата, което противоречи на дългогодишното научно вярване.
2. Изследователите откриха зависима от дозата връзка между невронната активност на орексин и диаметъра на зеницата, осигурявайки директен начин за измерване на активността на орексин.
3. Тези открития свързват орексина с няколко неврологични състояния като Алцхаймер, нарколепсия, инсулт и синдром на Прадер-Уили, като потенциално опростяват и подобряват диагностичните методи.

източник: ETH Цюрих

Начинът, по който мозъкът регулира размера на зеницата, е различен от смятания досега: Невротрансмитерът орексин е основно отговорен, обясниха сега изследователи от ETH Zurich.

Това откритие може да промени нашето разбиране за съзнанието и болести като нарколепсията и болестта на Алцхаймер.

„Ефектът беше толкова силен, че веднага разбрахме, че сме намислили нещо важно“, спомня си Никола Гроетш, постдокторант в Лабораторията по невроповеденческа динамика в ETH Zurich.

Чрез поредица от предварителни експерименти с мишки, той изучава това, което е известно като орексин неврони, една от основните области на изследване на лабораторията. Той забеляза, че стимулирането на невроните кара зениците на мишките да се разширяват значително.

„Често ефектите от невростимулацията се губят в шума на данните от измерванията, които след това трябва старателно да филтрираме, за да открием. Този път беше различно. Ефектът беше ясно видим“, казва той.

Описани за първи път през 1998 г., орексиновите неврони се простират от хипоталамуса до всички други области на мозъка, включително тези, които контролират съзнанието и автономните функции. Тези неврони участват в регулирането на превключването между сън и бодърстване, продължителността на вниманието, системата за възнаграждение, апетита и разхода на енергия, наред с други.

Необходим за нормалното състояние на зеницата

Както показват измерванията на Grujic, орексиновите неврони влияят пряко върху централно свойство на емоционалното състояние на индивида: не само светлинните стимули карат зениците да променят размера си, но също и умствен стрес и емоционални впечатления.

Уместно наричани в разговорния език прозорци към душата, зениците се използват рутинно както при медицински, така и при психологически прегледи: размерът на зеницата може да осигури мярка за внимание и други подсъзнателно контролирани функции на организма.

Досега основният определящ фактор за размера на зеницата заедно със светлината беше норадреналинът – по-известен като хормона на стреса – и неговата рецепторна система.

Но сега изследователите на ETH показаха, че вместо това тази роля трябва да се припише на невротрансмитера орексин и неговата рецепторна система.

Всъщност норадреналиновите неврони не могат да поддържат нормално състояние на зеницата без орексин неврони. Ако орексиновата система е изключена, зениците остават силно свити.

„По същество норадреналиновите неврони са роби на орексинови неврони“, казва професорът от ETH Денис Бурдаков, в прекрасно описание на тази връзка на зависимост.

Асоциация с нарколепсия

В своите експерименти изследователите също установиха зависима от дозата връзка между невронната активност и диаметъра на зеницата. „Учениците ни показват конкретно колко активни са орексиновите неврони в хипоталамуса“, ​​казва Бурдаков.

В допълнение към предоставянето на изследователите на мозъка с нов начин за измерване на активността на орексин, това отваря нови пътища за медицинско лечение. Съществува дългогодишна връзка между нарушението в регулирането на орексина и нарколепсията.

Въпреки това, наскоро беше отбелязано, че се свързва с други неврологични състояния като болестта на Алцхаймер, инсулт и генетичното разстройство синдром на Прадер-Уили.

В това последно състояние неизправност на диенцефалона или вътрешния мозък – където се намира хипоталамусът – води до тежки физически, когнитивни и метаболитни симптоми.

И четирите от тези състояния имат компонент на нарушение на съня. В бъдеще, казва Бурдаков, изследването на размера на зеницата може да помогне за по-точното търсене на ефекта на орексина върху тези състояния – и може би дори да опрости и подобри диагнозата. В момента диагнозата нарколепсия все още изисква лумбална пункция, която е инвазивна процедура.

Отворено регулиране на информираността

Като невролог, Grotsch вижда своето откритие като ключ към по-доброто разбиране на това как се регулират основните функции на нашето съзнание.

„Балансирането на фокуса върху познатите неща, позволяването на мислите ни да блуждаят и изследването на света около нас е ключова част от способността ни да се адаптираме към нови ситуации“, казва той.

Разпространението и обхватът на разстройствата с дефицит на вниманието, които се диагностицират днес, показва колко трудно може да бъде поддържането на този баланс, казва Гротич.

Орексинът е една от няколкото неврорегулаторни системи (други включват норадреналин и серотонин), които регулират този баланс. Тези системи променят баланса по един или друг начин в зависимост от нуждите на организма.

В ранните дни на човешката еволюция, например, гладни ловци-събирачи е трябвало да обикалят наоколо в търсене на източник на храна. Ако бъдат възнаградени, като забележат нещо, което ядат, тогава трябва да преместят фокуса си към заобикалящата ги среда, за да могат да шпионират повече храна.

И когато първите хора най-накрая бяха задоволени, те можеха да насочат вниманието си към задоволяване на другите си нужди.

Множество подгрупи от неврони за специфични функции

В тяхното изследване на орексинови неврони, изследователската група на Бурдаков успя да идентифицира подгрупи, участващи в различни невронни функции и по този начин в различни компоненти на тази хомеостаза.

Използвайки специален тип флуоресцентна микроскопия, учените наблюдават отговора на отделните неврони към орексин при мишки и го сравняват с колебанията в размера на зеницата. Те са използвали двуфотонен микроскоп, който дава възможност да се наблюдава дейността на отделните клетки в мозъка.

Изследователите откриха неврони, чиято активност корелира положително с размера на зениците на окото – и по този начин нивото на възбуда на мишката – и чиято активност корелира отрицателно.

Те също се натъкнаха на някои клетки, които повлияха на размера на зеницата и реагираха на награди, както и други, които бяха свързани само с един от двата фактора.

Кандидат за по-високо ниво на организация

Идентифицирането на тези специализирани подгрупи в невроните на орексин дава първоначална представа за начините, по които те са свързани да поддържат централните функции на нашето съзнание.

Нещо повече, Grujic казва, че ефектът на орексина върху набор от различни поведенчески състояния – от внимание, сън, превключване, будност и търсене на награда до апетит и разход на енергия – го прави основен кандидат за регулиране на по-високо ниво.

Констатациите на изследователите от ETH отварят вратата към много пътища за научни изследвания, свързани с идентифицирането на допълнителни подгрупи от неврони и как те взаимодействат – помежду си и със системите на серотонин и норепинефрин.

Изследователите предполагат, че отговарянето на подобни въпроси не само ще доведе до по-подробно разбиране на това как се регулират жизнените ни функции.

Те също така предвиждат ползи при диагностицирането и лечението на нарушения на вниманието и съня и свързаните с тях състояния. И както показват примерите с болестта на Алцхаймер и инсулт, тези ползи могат да бъдат по-големи, отколкото изглеждат на пръв поглед.

Относно тези новини за изследване на невронауките

автор: Даниел Мерханс
източник: ETH Цюрих
комуникация: Даниел Майерханс – ETH Цюрих
снимка: Изображението е кредитирано на Neuroscience News

Оригинално търсене: свободен достъп.
„Контролът на размера на зеницата и нейното кодиране от хипоталамусни орексин неврониНаписано от Grujic N et al. Естествена невронаука

резюме

Контролът на размера на зеницата и нейното кодиране от хипоталамусни орексин неврони

Невроните на мозъчния орексин (хипокретин) участват в превключването на сън-събуждане и търсенето на награда, но тяхната роля в динамиката на бързото събуждане и възприятието за награда е неясна.

Тук клетъчно-специфичната стимулация, делеция и in vivo записи разкриха силни корелационни и причинно-следствени връзки между разширяването на зеницата – маркер за квантово възбуждане – и активността на орексиновата клетка.

Кодирането за възбуда и възнаграждение е разпределено в орексинови клетки, което предполага, че те са специализирани за бързи, множество връзки към моментни състояния на възбуда и възнаграждение.