Veľkosť zrenice je riadená orexínom, nie stresovými hormónmi

Zhrnutie: Výskumníci zistili, že neurotransmiter orexín, nie samotný stresový hormón noradrenalín, reguluje veľkosť zreníc, čo spochybňuje predchádzajúce pochopenie. Neuróny orexínu ovplyvňujú veľkosť zrenice v reakcii na emocionálny stav a duševný stres, nielen na vystavenie svetlu.

Zistenia spájajú aktivitu orexínu s niekoľkými neurologickými stavmi, vrátane narkolepsie a Alzheimerovej choroby, čo ponúka nové diagnostické možnosti. Tento výskum môže tiež objasniť naše chápanie vedomia a regulácie pozornosti.

Dôležité fakty:

1. Spochybňujúce dlhoročné vedecké presvedčenie, že za reguláciu veľkosti zreníc sú primárne zodpovedné orexínové neuróny, nie noradrenalín.
2. Výskumníci našli vzťah závislý od dávky medzi aktivitou neurónov orexínu a priemerom zrenice, čo poskytuje priamy spôsob merania aktivity orexínu.
3. Tieto zistenia spájajú orexín s množstvom neurologických stavov, ako je Alzheimerova choroba, narkolepsia, mŕtvica a Prader-Williho syndróm, čo potenciálne zjednodušuje a zlepšuje diagnostické metódy.

Zdroj: ETH Zürich

Spôsob, akým mozog riadi veľkosť zreníc, je iný, ako sa doteraz predpokladalo: v podstate je zodpovedný neurotransmiter orexín, ako teraz ukázali výskumníci z ETH Zurich.

Tento objav by mohol zmeniť naše chápanie vedomia a chorôb, ako je narkolepsia a Alzheimerova choroba.

„Účinok bol taký silný, že sme okamžite vedeli, že robíme niečo dôležité,“ spomína Nikola Grujic, postdoktorand z Neurobehavioral Dynamics Laboratory na ETH Zurich.

Prostredníctvom série predbežných experimentov na potkanoch študovali to, čo sa stalo známym ako orexínové neuróny, jednu z hlavných oblastí výskumu laboratória. Pozorovali, že stimulácia nervových buniek spôsobila výrazné rozšírenie zreníc myší.

„Efekty neurostimulácie sa príliš často strácajú v šume nameraných údajov, ktoré musíme ťažko nájsť. Tentoraz to bolo iné. Účinok bolo jasne vidieť,“hovorí.

Prvýkrát popísané v roku 1998, neuróny orexínu siahajú z hypotalamu do všetkých ostatných oblastí mozgu, vrátane oblastí ovládajúcich vedomie a autonómne funkcie. Tieto neuróny sa podieľajú na regulácii prepínania spánku a bdenia, rozsahu pozornosti, systému odmeňovania, chuti do jedla a spotreby energie atď.

nevyhnutné pre normálnu polohu zrenice

Ako ukázali Grujicove merania, neuróny orexínu priamo ovplyvňujú ústrednú črtu emocionálneho stavu človeka: nie sú to len svetelné podnety, ktoré spôsobujú zmenu veľkosti zreníc, ale aj mentálny stres a emocionálny vplyv.

Zreničky, ktoré sa miestne nazývajú okná duše, sa bežne používajú pri lekárskych aj psychologických vyšetreniach: veľkosť zreníc môže poskytnúť metriku pozornosti a iných nevedome riadených funkcií organizmu.

Doteraz sa za hlavný determinant veľkosti zreníc spolu so svetlom považoval noradrenalín – známejší ako stresový hormón – a jeho receptorový systém.

Teraz však výskumníci ETH ukázali, že namiesto toho by sa táto úloha mala pripísať neurotransmiteru orexínu a jeho systému receptorov.

Noradrenalínové neuróny v skutočnosti nie sú schopné udržať normálnu polohu zrenice bez orexínových neurónov. Ak je orexínový systém vypnutý, zreničky zostávajú extrémne stiahnuté.

„Noradrenalínové neuróny sú v podstate otrokmi orexínových neurónov,“ hovorí profesor ETH Denis Burdakov, ktorý farbisto opisuje tento závislý vzťah.

odkaz na narkolepsiu

Vo svojich experimentoch vedci tiež stanovili súvislosť medzi aktivitou nervových buniek a priemerom zrenice v závislosti od dávky. „Zreničky nám presne ukazujú, aké aktívne sú orexínové neuróny v hypotalame,“ hovorí Burdakov.

Okrem toho, že výskumníkom mozgu poskytuje nový spôsob merania aktivity orexínu, otvára nové možnosti liečby. Medzi poruchami v regulácii orexínu a poruchou spánku narkolepsiou existuje dlhotrvajúca súvislosť.

Nedávno sa však pozorovali súvislosti aj s inými neurologickými stavmi, ako je Alzheimerova choroba, mŕtvica a genetická porucha Prader-Williho syndróm.

V tomto poslednom stave vedie porucha v diencefalóne alebo medzimozgu – kde sa nachádza hypotalamus – k závažným fyzickým, kognitívnym a metabolickým symptómom.

Všetky štyri tieto stavy majú zložku poruchy spánku. Burdakov hovorí, že v budúcnosti by skúmanie veľkosti zreníc mohlo pomôcť viesť k presnejšiemu výskumu účinkov orexínu na tieto stavy – a možno dokonca zjednodušiť a zlepšiť diagnostiku. V súčasnosti si diagnostika narkolepsie stále vyžaduje lumbálnu punkciu, čo je invazívny zákrok.

Odblokovanie vedomej regulácie

Ako neurovedec vidí Grujic svoj objav predovšetkým ako kľúč k lepšiemu pochopeniu toho, ako sú regulované základné funkcie nášho vedomia.

„Dosiahnutie rovnováhy medzi zameraním sa na známe veci a umožnením našich myšlienok blúdiť a skúmať svet okolo nás je nevyhnutnou súčasťou našej schopnosti prispôsobiť sa novým situáciám,“ hovorí.

Grujic hovorí, že prevalencia a prevalencia porúch pozornosti, ktoré sa dnes diagnostikujú, ukazuje, aké ťažké môže byť udržať túto rovnováhu.

Orexin je jedným z niekoľkých neuromodulačných systémov (iné zahŕňajú noradrenalín a serotonín), ktoré regulujú túto rovnováhu. Tieto systémy vytvárajú rovnováhu tak či onak v závislosti od potrieb organizmu.

Napríklad v prvých dňoch evolúcie ľudstva sa hladní lovci-zberači museli presúvať pri hľadaní zdrojov potravy. Ak sú odmenení objavením niečoho na jedenie, budú musieť zamerať svoju pozornosť na svoje okolie, aby mohli špehovať viac jedla.

A keď boli raní ľudia konečne spokojní, mohli obrátiť svoju pozornosť na uspokojovanie svojich ďalších potrieb.

Viacnásobné podmnožiny neurónov pre špecifické funkcie

Burdakovovej výskumnej skupine sa pri ich štúdiu orexínových neurónov podarilo identifikovať podskupiny, ktoré sa podieľajú na rôznych typoch nervových funkcií a tým aj na rôznych zložkách tejto rovnováhy.

Pomocou špeciálneho typu fluorescenčnej mikroskopie vedci pozorovali reakciu jednotlivých orexínových neurónov u myší a porovnávali to s kolísaním veľkosti zreníc. Použili na to dvojfotónovú mikroskopiu, ktorá umožnila pozorovať aktivity jednotlivých buniek v mozgu.

Vedci objavili neuróny, ktorých aktivita pozitívne korelovala s veľkosťou zreníc – a teda s úrovňou vzrušenia potkana – a iné, ktorých aktivita korelovala negatívne.

Stretli sa aj s niektorými bunkami, ktoré ovplyvnili veľkosť zreníc a reakciu na odmeny, ako aj s inými, ktoré súviseli len s jedným z dvoch faktorov.

Kandidát na reguláciu na vysokej úrovni

Identifikácia týchto konkrétnych podskupín v orexínových neurónoch poskytuje predbežný pohľad na spôsoby, akými sú tieto prepojené na podporu centrálnych funkcií nášho vedomia.

Okrem toho Grujic hovorí, že vplyv orexínu na rôzne stavy správania – od pozornosti, prepínania spánku a bdenia a hľadania odmeny až po chuť do jedla a spotrebu energie – z neho robí hlavného kandidáta na ich reguláciu na vysokej úrovni.

Zistenia výskumníkov ETH otvárajú oveľa viac možností vedeckého skúmania, pokiaľ ide o identitu ďalších podskupín neurónov a ich vzájomné pôsobenie a interakciu so serotonínovým aj noradrenalínovým systémom.

Vedci veria, že zodpovedanie takýchto otázok povedie nielen k podrobnejšiemu pochopeniu toho, ako sú regulované naše životné funkcie.

Očakáva sa, že budú prínosom aj pri diagnostike a liečbe porúch pozornosti a spánku a súvisiacich stavov. A ako ukazujú príklady Alzheimerovej choroby a mozgovej príhody, tieto výhody môžu byť väčšie, ako sa na prvý pohľad zdá.

O týchto novinkách z neurovedeckého výskumu

autor: daniel meyerhans
Zdroj: ETH Zürich
kontakt: Daniel Meyerhans – ETH Zürich
obrázok: Obrázok pripísaný Neuroscience News

Základný výskum: otvorený prístup.
,Kontrola veľkosti zrenice a kódovanie hypotalamickými orexínovými neurónmi.Grujic N a kol. prírodná neuroveda

abstraktné

Kontrola veľkosti zrenice a kódovanie hypotalamickými orexínovými neurónmi.

Mozgové orexínové (hypokretínové) neuróny sa podieľajú na spánku a bdení a hľadaní odmeny, ale ich úloha v rýchlej dynamike vzrušenia a vnímaní odmeny je nejasná.

Tu bunkovo ​​špecifická stimulácia, zánik a záznamy in vivo odhalili silnú koreláciu a kauzálne vzťahy medzi rozšírením zrenice – kvantitatívnym markerom vzrušenia – a aktivitou orexínových buniek.

Kódovanie vzrušenia a odmeny bolo distribuované v orexínových bunkách, čo naznačuje, že sa špecializujú na rýchlu, multiplexnú komunikáciu prechodných stavov vzrušenia a odmeny.