Ключ к пониманию того, почему так трудно проснуться холодным зимним утром
Зима может быть позади, но вы помните, как проснулись в эти холодные, темные дни? Температура влияет на поведение почти всех живых существ, но многое еще предстоит узнать о связи между сенсорными нейронами и нейронами, контролирующими цикл сна-бодрствования.
Нейробиологи Северо-Западного университета обнаружили ключ к пониманию того, что стоит за этим поведением. В исследовании плодовой мухи исследователи определили схему «термометра», которая передает информацию о внешней холодной температуре от антенны мухи до более высокого мозга. Они показывают, как благодаря этой схеме сезонно холодные и темные условия могут ингибировать нейроны в мозге мухи, которые способствуют активности и бодрствованию, особенно по утрам.
«Это помогает объяснить, почему — как мухам, так и людям — так трудно просыпаться утром зимой», — говорит Марко Галлио, доцент кафедры нейробиологии в Колледже искусств и наук Вайнберга. «Изучая поведение плодовой мухи, мы можем лучше понять, как и почему температура так важна для регуляции сна».
Исследование, проведенное Галлио и проведенное в Drosophila melanogaster, будет опубликовано 21 мая в журнале Current Biology .
В статье впервые описываются «абсолютные холодные» рецепторы, находящиеся в антенне мухи, которые реагируют на температуру только ниже «зоны комфорта» мухи, составляющей приблизительно 77 градусов по Фаренгейту. Выявив эти нейроны, исследователи проследили их до цели в мозге. Они обнаружили, что основными получателями этой информации являются небольшая группа нейронов мозга, которые являются частью более крупной сети, которая контролирует ритмы активности и сна. Когда холодный контур, который они обнаружили, активен, клетки-мишени, которые обычно активируются утренним светом, отключаются.
Drosophila — это классическая модель системы циркадной биологии, в которой исследователи изучают механизмы, контролирующие наш 24-часовой цикл отдыха и активности. Основная часть текущей работы сосредоточена на том, как изменения внешних сигналов, таких как свет и температура, влияют на ритмы активности и сна, и как сигналы достигают определенных контуров мозга, которые контролируют эти реакции.
Хотя определение температуры окружающей среды имеет решающее значение для небольших «хладнокровных» плодовых мушек, люди по-прежнему являются существами комфорта и постоянно ищут идеальные температуры. Частично причина, по которой люди ищут оптимальные температуры, заключается в том, что температура ядра и мозга тесно связана с индукцией и поддержанием сна. Сезонные изменения дневного света и температуры также связаны с изменениями сна.
«Температурное зондирование является одним из самых фундаментальных сенсорных методов», — сказал Галлио, чья группа является одной из немногих в мире, которая систематически изучает температурное зондирование у плодовых мушек. «Принципы, которые мы находим в мозге мухи — логика и организация — могут быть одинаковыми для всех людей. Мухи или люди, сенсорные системы должны решать одни и те же проблемы, поэтому они часто делают это одинаково «.
Галлио является соответствующим автором статьи. Майкл Х. Альперт, доктор наук в лаборатории Галлио, и Доминик Д. Франк, бывший доктор философии. студент в лаборатории Галлио, соавторы статьи.
«Последствия нарушения сна многочисленны — усталость, снижение концентрации внимания, плохое обучение и изменение множества параметров здоровья — но мы до сих пор не до конца понимаем, как сон вырабатывается и регулируется в мозге и как изменения во внешних условиях могут влиять на сон драйв и качество «, сказал Альперт.
Исследование, совместное многолетнее исследование, было проведено в лаборатории Gallio рядом ученых на разных этапах их карьеры — от студентов старших курсов до главного исследователя.
«Очень важно изучать мозг в действии», — сказал Фрэнк. «Наши результаты демонстрируют важность функциональных исследований для понимания того, как мозг управляет поведением».
В целом, исследование в значительной степени опиралось на способность изучать как активность нейронов, так и роль этих нейронов в поведении. Для этого исследователи разработали новые инструменты и использовали комбинацию функциональных и анатомических исследований, нейрогенетических и поведенческих методов мониторинга для проведения этих экспериментов как у дикого типа, так и у трансгенных мух.
Название исследования — «Схема, кодирующая абсолютную холодную температуру у дрозофилы».
