Команда, возглавляемая Цюнь-Юном Чжоу, профессором фармакологии Калифорнийского университета, изучила режимы день / ночь у обезьян (дневной образ жизни) и мышей (ночной образ жизни) и обнаружила, что, хотя оба обрабатывают свет, проходящий через глаза, одинаковым образом, сигналы, определяющие сон Режимы / бодрствования отправляются в мозг по разным маршрутам и производят совершенно противоположные паттерны сна / бодрствования.
«Поскольку люди ведут дневной образ жизни, это имеет очевидные последствия для потенциального нового лечения определенных расстройств сна или настроения», — сказал Чжоу, ведущий автор исследования. Результаты отображаются онлайн в молекулярном мозге.
Паттерны сна / бодрствования входят в число основных физиологических функций практически всех организмов, которые регулируются циркадными ритмами.
Эти фундаментальные системы учета рабочего времени предвидят изменения окружающей среды и адаптируются к соответствующему времени суток.
Чжоу и его коллеги обнаружили, что переключатель сна / бодрствования существует в глазах внутри светочувствительных ганглиозных клеток сетчатки, или ipRGC.
Раньше считалось, что в области мозга, называемой супрахиазматическим ядром, или SCN, находятся главные часы, которые поддерживают организм примерно в 24-часовом режиме.
Текущие результаты отводят глазам более важную роль в контроле цикла сна / бодрствования. У ночных мышей ipRGC и SCN, по-видимому, действуют одинаково, и каждый из них может служить в качестве хронометриста.
Но у обезьян, ведущих дневной образ жизни, ipRGC глаз кажется доминирующим.
«Учитывая давнее представление о SCN как о главных часах для наших циркадных ритмов, идея о том, что глаза — или особенно ipRGC — являются главнокомандующим, несколько удивительна», — сказал Чжоу. "Но это имеет логический смысл, поскольку дневные млекопитающие визуально управляются. Глаза не только направляют нас во время бодрствования, но и определяют, когда мы ложимся спать."
Считалось, что отдельные переключатели, срабатывающие после передачи сигнала в SCN, генерируют совершенно противоположные паттерны сна / бодрствования в течение дня и ночи для дневных и ночных существ. Но таких разных переключателей не обнаружено.
Вместо этого Чжоу и его коллеги-исследователи обнаружили, что механизм контроля сна / бодрствования отличается у обезьян и мышей до передачи сигнала в SCN в нейронных цепях, контролирующих сон и бодрствование. Новое, но элегантно спроектированное бифуркация ipRGC в мозговые центры создает обратные паттерны сна / бодрствования для обезьян и мышей.
У мышей ipRGC через подключение к SCN сигнализирует животным спать в дневное время. У обезьян это постоянное сообщение от пути ipRGC-SCN подавляется сигналами от более доминирующего часового пути ipRGC к структуре среднего мозга, называемой верхним бугорком, которые говорят животным бодрствовать в дневное время.
Эти результаты ставят под сомнение долгое время предполагавшуюся главную роль супрахиазматических часов у всех млекопитающих. По крайней мере, у обезьян — и, возможно, у людей и других дневных видов — ipRGC может быть более важным, чем супрахиазматические часы в определении того, когда быть активным, а когда спать.
«Наше мышление также имеет эволюционный смысл», — сказал Чжоу. "Считается, что первые млекопитающие в эпоху динозавров вели ночной образ жизни, а дневные виды появились позже. Совершенно логично, что эта суточная жизнь развивалась совместно с доминированием зрения у дневных млекопитающих за счет расширения пути ipRGC-superior colliculus, способствующего бодрствованию, и одновременного уменьшения пути ipRGC-SCN, способствующего сну. Таким образом, свет усыпляет мышей, но будит обезьян и других дневных млекопитающих."