Путешествие на самолете открыло возможность познакомиться с разными культурами и исследовать чудеса природы. То есть, если вы можете преодолеть смену часовых поясов.
Но что, если бы вы могли контролировать ежедневную систему хронометража мозга?? Биологи из Вашингтонского университета в Сент-Луисе открыли лекарство от смены часовых поясов у мышей, активировав небольшое подмножество нейронов, участвующих в установлении суточных ритмов, о чем будет сообщено в предварительной онлайн-публикации Neuron от 12 июля.
Все основные функции организма синхронизированы с местным временем суточными или суточными часами организма. Небольшое пятно в самом низу мозга, недалеко от нёба, напоминает нам, что нужно просыпаться и ложиться спать в определенное время каждый день. Эти главные часы называются супрахиазматическим ядром, или SCN.
Когда эта система нарушена – например, при сменной работе или пересечении часовых поясов – 20 000 нейронов в SCN пытаются приспособить тело к новому расписанию. Исследователи обнаружили, что стимуляция только 10 процентов этих нейронов для активации правильного паттерна электрической активности заставила мышей быстро перейти на новый распорядок дня.
"Точно так же, как ваши часы хорошо отсчитывают время, но бесполезны, если вы не можете установить их на местное время," сказал Эрик Херцог, профессор биологии в искусстве & Наук, "мы задавались вопросом, как биологические часы приспосабливаются к местному времени."
Херцог и его лаборатория заподозрили в этом участие небольшого подмножества нейронов SCN, потому что оно продуцирует вазоактивный кишечный полипептид или VIP, важное соединение, которое нейроны используют для связи и синхронизации своих суточных ритмов друг с другом.
"Мы выдвинули гипотезу, что VIP-нейроны похожи на бабушек, которые несут ответственность за то, чтобы всем указывать, что делать," Герцог сказал. В SCN людей и мышей всего около 2000 VIP-нейронов.
Чтобы проверить эту идею, Кристина Мазуски, аспирантка лаборатории Герцога, впервые разработала способ охарактеризовать нормальные ежедневные паттерны возбуждения VIP-нейронов.
Записав миллисекундные потенциалы действия от набора нейронов, они смогли идентифицировать два класса VIP-нейронов. Тонические VIP-нейроны срабатывают с постоянной скоростью с одинаковыми интервалами между каждым эпизодом срабатывания, а нерегулярные VIP-нейроны запускаются дублетами или тройками с одинаковыми интервалами после каждого дублета или тройки.
Затем исследователи проверили, изменит ли активация VIP-нейронов суточный график SCN и мышей.
Для проведения эксперимента исследователи держали мышей в полной темноте весь день и всю ночь без каких-либо подсказок окружающей среды о том, сколько сейчас времени. Используя инструмент под названием оптогенетика, они активировали только VIP-нейроны в одно и то же время каждый день, процедура, имитирующая полет в новый часовой пояс.
"Это был важный шаг к пониманию того, как SCN поддерживает синхронизацию организмов с их локальным графиком освещения," Мазуски сказал.
Тестируя различные паттерны активации VIP-нейронов, исследователи обнаружили, что мыши быстрее преодолевали смену часовых поясов, когда VIP-нейроны активировались для нерегулярной активации. Мыши медленнее приспосабливались к новому местному времени, когда их VIP-нейроны были возбуждены тоническими паттернами.
"Мы обнаружили, что нерегулярный паттерн заставляет VIP-нейроны высвобождать VIP," Герцог сказал. "Мы думаем, что VIP – это сок, который может быстрее переключить время."
"Мы действительно начинаем понимать, как система синхронизации в мозгу связана друг с другом, и обнаружили, что код, используемый VIP-нейронами, действительно является ключом к настройке нашего ежедневного расписания," Герцог сказал.
В будущем исследователи надеются узнать, как побудить VIP-нейроны отпустить свои VIP, чтобы взломать замок часов и уменьшить смену часовых поясов для путешественников и сменных рабочих.