Obvod mozku implikovaný v ospalosti, „zónování“
Rozvíjející se výzkum přináší nový pohled na koncept spánku. Tradiční myšlenka tvrdila, že mozek je zcela vzhůru nebo spí - což je problém všeho nebo nic.
Nyní vědci z Massachusetts Institute of Technology (MIT) objevili mozkový okruh, který může způsobit, že malé oblasti mozku usnou nebo budou méně ostražité, zatímco zbytek mozku zůstane vzhůru.
Vědci zjistili, že tento obvod pochází ze struktury mozku známé jako thalamické retikulární jádro (TRN). TRN přenáší signály do thalamu a poté do mozkové kůry, vyvolává kapsy pomalých, oscilačních mozkových vln charakteristických pro hluboký spánek.
Pomalé oscilace se vyskytují také během kómatu a celkové anestézie a jsou spojeny se sníženým vzrušením. S dostatečnou aktivitou TRN mohou tyto vlny ovládnout celý mozek.
Vědci se domnívají, že TRN může pomoci mozku konsolidovat nové vzpomínky tím, že koordinuje pomalé vlny mezi různými částmi mozku, což jim umožňuje snadnější sdílení informací.
"Během spánku mohou mít určité oblasti mozku současně pomalé vlny, protože si navzájem potřebují vyměňovat informace, zatímco jiné ne," řekla Dr. Laura Lewis, výzkumná pobočka a jeden z hlavních autorů nová studie.
TRN může být také zodpovědná za to, co se děje v mozku, když lidé s nedostatkem spánku zažívají krátké pocity „zonace“, zatímco se snaží zůstat vzhůru, říkají vědci.
Nálezy studie se objevují v časopise eLife.
Dalším prvním autorem příspěvku je Jakob Voigts, hlavními autory jsou Emery Brown a Michael Halassa. Dalšími autory jsou výzkumný pracovník MIT Francisco Flores a Matthew Wilson.
Doposud se většina výzkumů spánku zaměřovala na globální kontrolu spánku, ke které dochází, když se celý mozek probouzí v pomalých vlnách - oscilace mozkové aktivity vznikají, když jsou sady neuronů na krátkou dobu utišeny.
Nedávné studie však ukázaly, že zvířata s nedostatkem spánku mohou vykazovat pomalé vlny v částech mozku, když jsou stále vzhůru, což naznačuje, že mozek může také kontrolovat bdělost na místní úrovni.
Tým MIT zahájil vyšetřování místní kontroly bdělosti nebo ospalosti pomocí TRN, protože jeho fyzické umístění umožňuje dokonalou pozici pro hraní role ve spánku, říká Lewis.
TRN obklopuje thalamus jako skořápku a může působit jako strážce senzorických informací vstupujících do thalamu, který poté odesílá informace do kůry k dalšímu zpracování.
Pomocí optogenetiky, techniky, která umožňuje vědcům stimulovat nebo umlčovat neurony světlem, vědci zjistili, že pokud slabě stimulovali TRN u probuzených myší, objevily se v malé části kůry pomalé vlny. S větší stimulací vykazovala celá kůra pomalé vlny.
"Také jsme zjistili, že když vyvoláte tyto pomalé vlny přes kůru, zvířata se začnou chovat jako ospalá." Přestanou se pohybovat, jejich svalový tonus poklesne, “řekl Lewis.
Vědci se domnívají, že TRN dolaďuje kontrolu mozku nad místními oblastmi mozku, zvyšuje nebo snižuje pomalé vlny v určitých oblastech, aby tyto oblasti mohly navzájem komunikovat, nebo přimějí některé oblasti, aby byly méně ostražité, když je mozek velmi ospalý.
To může vysvětlovat, co se děje u lidí, když jsou nevyspaní a na okamžik se vynoří, aniž by skutečně usnuli.
"Mám sklon si myslet, že se to stane, protože mozek začíná přecházet do spánku a některé místní oblasti mozku ospalé, i když se přinutíte zůstat vzhůru," řekl Lewis.
Pochopení toho, jak mozek ovládá vzrušení, by vědcům mohlo pomoci navrhnout nové léky na spánek a anestetika, které vytvoří stav podobný přirozenému spánku. Stimulace TRN může vyvolat hluboké spánkové stavy, které nejsou podobné REM, a předchozí výzkum Browna a kolegů odhalil obvod, který zapíná REM spánek.
Brown dodal: „TRN je bohatý na synapsie - spojení v mozku - která uvolňují inhibiční neurotransmiter GABA. Proto je TRN téměř jistě místem působení mnoha anestetik, vzhledem k tomu, že velké skupiny z nich působí v těchto synapsích a vytvářejí pomalé vlny jako jeden ze svých charakteristických rysů. “
Předchozí práce Lewise a kolegů ukázaly, že na rozdíl od pomalých vln spánku nejsou pomalé vlny v celkové anestezii koordinovány, což naznačuje mechanismus, proč tyto léky narušují výměnu informací v mozku a způsobují bezvědomí.
Zdroj: Massachusetts Institute of Technology / EurekAlert
