Günün Uzunluğundaki Değişiklikler Beyni ve Sonraki Davranışları Nasıl Değiştirir?

Özet: Suprakiazmatik çekirdekteki nöronlar, hücresel ve ağ seviyelerinde değişen farklı gün ışığı uzunluklarına uyum sağlamak için koordine olurlar. Nöronlar, dopamin karışımında ve ifadesinde, beyin aktivitesini ve ardından günlük rutin davranışları değiştirerek değişti.

Kaynak: UCSD

Işıktaki mevsimsel değişiklikler – yazın daha uzun, kışın daha kısa günler – uzun zamandır insan davranışlarıyla ilişkilendiriliyor ve uyku ve yeme düzenlerinden beyin ve hormonal aktiviteye kadar her şeyi etkiliyor.

Mevsimsel duygudurum bozukluğu (SAD) en önemli örnektir: Tipik olarak kış aylarında ve daha sıklıkla gündüz saatlerinin en kısa olduğu daha yüksek enlemlerde ortaya çıkan, doğal güneş ışığına daha az maruz kalmayla ilgili bir depresyon türü.

Parlak ışık terapisi, SAD’nin yanı sıra mevsimsel olmayan majör depresyon, doğum sonrası depresyon ve bipolar bozukluk gibi hastalıkların tedavisinde etkili bir çare olduğunu kanıtlamıştır, ancak gün uzunluğu ve ışığa maruz kalmadaki mevsimsel değişikliklerin beyni hücresel ve devre düzeylerinde nasıl etkilediği ve değiştirdiği kanıtlanmıştır. bilim adamlarını büyük ölçüde karanlıkta tuttu.

2 Eylül 2022’de yayınlanan yeni bir çalışmada, Bilim GelişmeleriKaliforniya Üniversitesi San Diego Tıp Fakültesi’ndeki araştırmacılar, etkilenen nöronların gün boyu uyaranlara yanıt olarak nörotransmiterlerin ifadesini değiştirdiği ve ilgili davranış değişikliklerini tetiklediği bir süreci aydınlatmak için bir fare modeli kullandılar.

Çalışma, kıdemli çalışma yazarı Davide Dulcis, Ph.D., UC San Diego Tıp Fakültesi Psikiyatri Bölümü’nde doçent ve UC San Diego’da Sirkadiyen Biyoloji Merkezi üyesi tarafından yönetildi.

İnsan beyninin hipotalamusunun içinde, her biri yaklaşık 20.000 nörondan oluşan, suprakiazmatik çekirdek (SCN) adı verilen küçük bir yapı bulunur. (Ortalama bir insan beyni, kabaca 86 milyar nöron ve 85 milyar nöronal olmayan hücre daha içerir.)

SCN, 24 saatlik bir döngüyü takip eden ve metabolizma ve vücut sıcaklığından hormonların salındığı zamana kadar her şeyi etkileyen fiziksel, zihinsel ve davranışsal değişiklikler gibi çoğu sirkadiyen ritmi düzenleyen vücudun zaman tutucusudur.

SCN, retinadaki ışık ve gün uzunluğundaki değişiklikleri vücudumuza ileten özel ışığa duyarlı hücrelerden gelen girdilere dayanarak çalışır.

Yeni çalışmada, Dulcis ve meslektaşları, SCN nöronlarının hücresel ve ağ seviyelerinde değişen farklı gün ışığı uzunluklarına uyum sağlamak için birbirleriyle nasıl koordine olduğunu açıklıyor. Spesifik olarak, beyinleri insanlara benzer şekilde çalışan farelerde, nöronların karışımında ve anahtar nörotransmitterlerin ifadesinde değiştiğini ve bunun da beyin aktivitesini ve sonraki günlük davranışları değiştirdiğini buldular.

Işığa maruz kalmadaki mevsimsel değişikliklerin, beynin stres, metabolizma, büyüme, üreme, bağışıklık ve diğer otonomik işlevleri kontrol etmede önemli roller oynayan bir bölgesi olan paraventriküler çekirdekteki (PVN) nörotransmitter eksprese eden nöronların sayısını da değiştirdiği gösterilmiştir. .

Dulcis, “Bu çalışmadaki en etkileyici yeni bulgu, belirli SCN nöronlarının aktivitesini yapay olarak nasıl manipüle edeceğimizi ve hipotalamik PVN ağı içinde dopamin ekspresyonunu başarılı bir şekilde indükleyebileceğimizi keşfetmemizdir” dedi.

Dulcis’in laboratuvarının bir üyesi olan birinci yazar Alexandra Porca, “Hipotalamik fonksiyonu ve günlük davranışı ayarlamada gün uzunluğuna yanıt olarak SCN-PVN ağının yeni moleküler uyarlamalarını ortaya çıkardık” diye ekledi.

“Bu çalışmada gösterdiğimiz çoklu sinaptik nörotransmitter değişimi, ruh halindeki mevsimsel değişikliklere ve ışık tedavisinin etkilerine aracılık eden anatomik/işlevsel bağlantıyı sağlayabilir.”

Yazarlar, bulgularının, beynin ışığa maruz kalmadaki mevsimsel değişikliklere nasıl uyum sağladığını açıklayan yeni bir mekanizma sağladığını öne sürüyorlar. Ve adaptasyon, yalnızca SCN’de bulunan nöronlarda gerçekleştiğinden, ikincisi, ışığa maruz kalmadaki mevsimsel değişikliklerle ilişkili bozukluklar için yeni tedaviler için umut verici bir hedefi temsil eder.

Bu sinirbilim araştırma haberleri hakkında

Soyut

Gün uzunluğundaki mevsimsel değişiklikler, hipotalamik ağ aktivitesini ve davranışını düzenlemek için multisinaptik nörotransmitter geçişine neden olur

Gün uzunluğundaki (fotoperiyot) mevsimsel değişimler birçok fizyolojik fonksiyonu etkiler. Suprakiazmatik çekirdek (SCN)-paraventriküler çekirdek (PVN) ekseni, fotoperiyotla ilgili bilgilerin işlenmesinde önemli bir rol oynar.

İnsanlarda ve hayvan modellerinde SCN ve PVN nörotransmitter ekspresyonunda mevsimsel farklılıklar gözlenmiştir. Bununla birlikte, SCN-PVN ağının değişen fotoperiyoda yanıt verdiği moleküler mekanizmalar bilinmemektedir.

Burada, farelerde, SCN’deki nöromedin S (NMS) ve vazoaktif bağırsak polipeptit (VIP) nöronlarının fotoperiyot kaynaklı nörotransmiter plastisitesini gösterdiğini gösteriyoruz.

Kalsiyum dinamiklerinin in vivo kaydı, NMS nöronlarının, kış benzeri fotoperiyoda yanıt olarak PVN ağ aktivitesini değiştirdiğini ortaya koydu. NMS nöronlarının kronik manipülasyonu, PVN nöronlarında nörotransmitter geçişini indüklemek için yeterlidir ve lokomotor aktivitesini etkiler.

Bulgularımız, mevsimselliğe yanıt olarak SCN-PVN ağının önceden tanımlanmamış moleküler adaptasyonlarını ve NMS nöronlarının, davranışı etkileyen koordineli bir multisinaptik nörotransmitter değişimi yoluyla hipotalamik fonksiyonu gün uzunluğuna ayarlamadaki rolünü ortaya koymaktadır.