В продолжение тем:
Сон и бодрствование.
Зачем нужен сон.
Важность сна.
Как мозг решает, когда нам спать, а когда — просыпаться и заниматься ежедневными заботами?
Кто этот таинственный часовщик, ежедневно переводящий наши внутренние часы в различные состояния?
Исследование, опубликованное в Nature Communications — первое, которое объясняет этот процесс в настолько подробных биофизических деталях. Открытие впоследствии может привести (и приведёт) к созданию более эффективных методов лечения бессонницы и последствий смены часовых поясов.
Мыши спят днём, и BК-каналы заторможены. Их дневная инактивация определяет высокую активность нейронов СХЯ, что заставляет мышей погружаться в сон. Ночью BК-каналы становятся активными, запуская ток ионов калия (K+), что нейрональную активность снижает. А это, в свою очередь, приводит к тому, что мыши просыпаются и, например, бегают в колесе. Эта связь между нейрональной активностью и циклами сна/бодрствования напоминает таковую у людей, только смена происходит наоборот.
Сон и бодрствование — это основные два состояния, в которых поочерёдно пребывает человек всю свою жизнь.
Андреа Мередит (Andrea Meredith), доцент кафедры физиологии UM SOM, сфокусировала своё внимание на определенной области мозга — супрахиазматических ядрах гипоталамуса. Этот регион выступает в качестве внутренних часов, определяющих то, когда нам пора спать, как долго организму необходим сон и когда приходит время просыпаться. В супрахиазматическом ядре, которое специалисты сокращённо называют СХЯ, исследовательница сосредоточилась на ионных каналах, которые проводят электрический ток, передавая информацию от одного нейрона к другому. Таким образом, нашлась группа структур, известных как BК-каналы (Big K-channels, род калиевых канальных белков), которые оказались наиболее активными именно в СХЯ.
Новые результаты в некотором роде удивительны по нескольким причинам. Исследователи до этого не знали, что любой физиологический процесс в организме, который опирается на инактивацию BК-каналов, можно воспринять как определённый механизм.
Учёные знали, каким образом функционируют эти каналы, но не понимали, как именно нейроны используют этот механизм для того, чтобы регулировать кодировку информации в мозге. Это первое исследование, которое явно продемонстрировало, что обнаруженный процесс определяет циркадный ритм.
Немногим ранее считалось, что смена «день/ночь» во многом обусловлена иным механизмом — количеством ионных каналов, которые располагаются на поверхности нейронов СХЯ. Но оказалось, что эта модель слишком упрощенная: главную роль играет не количество каналов, а то, что они активизируются и «замолкают» в определённое время суток.
/BK channel inactivation gates daytime excitability in the circadian clock
Joshua P. Whitt, Jenna R. Montgomery & Andrea L. Meredith/
Journal information