Сколько нейронов управляют суточными ритмами?

В мозговом центре управления суточными ритмами нашли главных управляющих.

Если вы когда-нибудь совершали путешествие через несколько часовых поясов, то, скорее всего, на новом месте вы некоторое время чувствовали себя усталым и вообще не в своей тарелке. Это сонное состояние так и называется – синдром смены часовых поясов, или десинхроноз, или джетлаг (от английского «jet lag» – «реактивное запаздывание», происходящее при трансконтинентальных перелетах).

Все физиологические процессы, все системы нашего тела, от пищеварения до иммунитета, от температуры тела до высших когнитивных функций в той или иной мере подчинены суточным ритмам. (К слову, они есть не только у нас, но вообще у большинства живых организмов, вплоть до крошечных микробов.) Механизм же суточных ритмов во многом зависит и от внешних условий. Поездки в разные часовые или климатические зоны (а также работа в разные смены – ночные и дневные) влияют на биологические часы, ввергая их в хаос.

Сотрудники Вашингтонского университета в Сент-Луисе нашли, как с этим справиться – достаточно активировать часть нейронов супрахиазматического ядра. Так называют область гипоталамуса, которая управляет биологическими часами, определяя время суток по солнцу (или другому источнику света). Супрахиазматическое ядро, включающее в себя около 20 000 нервных клеток, контролирует выделение мелатонина – гормона, регулирующего биологические ритмы. Именно из-за мелатонина, который начинает накапливаться в организме вечером, нас клонит в сон. Регулируя синтез мелатонина, супрахиазматическое ядро напоминает нам, когда пора ложиться спать, и будит нас по утрам.

Логично было бы предположить, что для того, чтобы вернуть организму правильные ритмы, нужно подействовать на нейроны ядра. Однако, как пишут авторы работы в журнале Neuron, действовать нужно не на все двадцать тысяч клеток, а лишь на те из них, которые синтезируют вазоактивный интестинальный пептид, или ВИП. Их тут всего 10% – по меркам головного мозга, почти ничего. Судя по названию, вазоактивный интестинальный пептид работает с кишечником, однако это его не единственная функция: нейроны супрахиазматического ядра с помощью ВИП общаются друг с другом и синхронизируют друг с другом свою активность.

То есть клетки, синтезирующие вазоактивный интестинальный пептид, оказываются для всех остальных как бы старше по должности – они служат для них регуляторами. Притом сами ВИП-нейроны делятся на два сорта, в зависимости от того, как они активируются: тонические ВИПы срабатывают однократно, и эти включения происходят через равные промежутки времени; другие, нерегулярные ВИПы, срабатывают два–три раза подряд, но такие дву-трехкратные активации тоже происходят через равные временные отрезки.

Чтобы понять, как нейроны ядра влияют на ритмы, исследователи использовали оптогенетические методы: в нейроны мышам вводили ген, кодирующий световозбудимый белок, а в мозг имплантировали светодиод, который подавал световой импульс к нужным нейронам и активировал их. Чтобы сбить с толку мышиные биологические часы, животных держали в полной темноте, так, чтобы никак нельзя было понять, какое сейчас время суток. Нейроны активировали в разное время, имитируя переключение меду разными часовыми поясами. Действительно, с помощью ВИП-нейронов можно было настроить биологические ритмы на нужное время, и это происходило быстрее, если активация была нерегулярной, то есть если нейроны стимулировали двумя-тремя импульсами подряд.

Хотя мы и сказали выше, что исследователи нашли способ справиться с джетлагом, это все же преувеличение: способ, в котором нейроны генетически модифицируют, да еще вводят в мозг оптоволокно, можно использовать только с лабораторными мышами. Впрочем, не исключено, что в ближайшем будущем удастся создать метод, вроде транскраниальной магнитной стимуляции, в котором нужные нейроны можно будет целенаправленно активировать без всяких хирургических процедур. Ну а пока это будущее не настало, нам самим стоит следить за исправностью собственных биологических часов, благо ничего сложного тут нет: нужно лишь при перелетах в другие часовые пояса избегать тяжелой пищи, алкоголя и кофеина, а по прибытии лучше провести некоторое время на солнце, чтобы наш часовой механизм быстрее понял, где мы находимся.