Velikost zornic reguluje Orexin, nikoli stresové hormony

souhrn: Vědci zjistili, že neurotransmiter Orexin, a nikoli stresový hormon noradrenalin, reguluje velikost zornice, což zpochybňuje předchozí porozumění. Orexinové neurony ovlivňují velikost zornice v reakci na emoční stavy a duševní stres, nejen na vystavení světlu.

Zjištění spojují aktivitu orexinu s několika neurologickými stavy, včetně narkolepsie a Alzheimerovy choroby, což poskytuje nové diagnostické cesty. Tento výzkum může také vrhnout světlo na naše chápání regulace vědomí a pozornosti.

Klíčová fakta:

1. Orexinové neurony, nikoli noradrenalin, jsou primárně zodpovědné za regulaci velikosti zornice, což je v rozporu s dlouholetým vědeckým přesvědčením.
2. Vědci našli vztah závislý na dávce mezi aktivitou orexinových neuronů a průměrem zornice, což poskytuje přímý způsob měření aktivity orexinu.
3. Tato zjištění spojují orexin s několika neurologickými stavy, jako je Alzheimerova choroba, narkolepsie, mrtvice a Prader-Williho syndrom, což potenciálně zjednodušuje a zlepšuje diagnostické metody.

zdroj: ETH Curych

Způsob, jakým mozek reguluje velikost zornice, je jiný, než se dříve myslelo: Primárně je zodpovědný neurotransmiter Orexin, jak nyní ukázali vědci z ETH Zurich.

Tento objev by mohl změnit naše chápání vědomí a nemocí, jako je narkolepsie a Alzheimerova choroba.

„Účinek byl tak silný, že jsme hned věděli, že chystáme něco důležitého,“ vzpomíná Nicola Groetsch, postdoktorandka v Laboratoři neurobehaviorální dynamiky na ETH Zurich.

Prostřednictvím série předběžných experimentů na myších studoval to, co je známé jako orexinové neurony, jednu z hlavních oblastí výzkumu laboratoře. Všiml si, že stimulace neuronů způsobila, že se myším zorničky výrazně rozšířily.

„Často se účinky neurostimulace ztratí v šumu naměřených dat, která pak musíme pracně filtrovat, abychom je našli. Tentokrát to bylo jiné. Účinek byl jasně viditelný,“ říká.

Poprvé byly popsány v roce 1998, orexinové neurony se rozprostírají z hypotalamu do všech ostatních oblastí mozku, včetně těch, které řídí vědomí a autonomní funkce. Tyto neurony se mimo jiné podílejí na regulaci přepínání mezi spánkem a bděním, rozsahu pozornosti, systému odměn, chuti k jídlu a výdeji energie.

Nezbytné pro normální stav žáka

Jak ukázala Grujicova měření, orexinové neurony přímo ovlivňují centrální vlastnost emocionálního stavu jedince: nejen světelné podněty způsobují změnu velikosti žáků, ale také duševní stres a emocionální dojmy.

Zornice, vhodně nazývané v hovorovém jazyce jako okna do duše, se běžně používají při lékařských i psychologických vyšetřeních: velikost zornic může poskytnout míru pozornosti a dalších podvědomě řízených funkcí organismu.

Až dosud byl hlavním určujícím faktorem velikosti zornice spolu se světlem noradrenalin – lépe známý jako stresový hormon – a jeho receptorový systém.

Nyní však výzkumníci ETH ukázali, že místo toho by tato role měla být připisována neurotransmiteru Orexin a jeho receptorovému systému.

Ve skutečnosti noradrenalinové neurony nemohou udržet normální stav zornice bez orexinových neuronů. Pokud je orexinový systém vypnutý, zůstávají zorničky velmi stažené.

„Noradrenalinové neurony jsou v podstatě otroky orexinových neuronů,“ říká profesor ETH Denis Burdakov v nádherném popisu tohoto vztahu závislosti.

Sdružení pro narkolepsii

Ve svých experimentech vědci také prokázali na dávce závislou vazbu mezi neuronální aktivitou a průměrem zornice. „Žáci nám konkrétně ukazují, jak aktivní jsou orexinové neurony v hypotalamu,“ říká Burdakov.

Kromě toho, že výzkumníkům mozku poskytuje nový způsob měření aktivity orexinu, otevírá to nové cesty pro lékařskou léčbu. Mezi poruchou regulace orexinu a narkolepsií existuje dlouhodobá souvislost.

Nedávno však bylo pozorováno, že souvisí s jinými neurologickými stavy, jako je Alzheimerova choroba, mrtvice a genetická porucha Prader-Williho syndrom.

V tomto posledním stavu vede porucha diencefala neboli vnitřního mozku – kde se nachází hypotalamus – k vážným fyzickým, kognitivním a metabolickým symptomům.

Všechny čtyři tyto stavy mají složku poruchy spánku. V budoucnu, říká Burdakov, by zkoumání velikosti zornice mohlo pomoci přesněji hledat účinek orexinu na tyto stavy – a možná dokonce zjednodušit a zlepšit diagnostiku. V současné době diagnóza narkolepsie stále vyžaduje lumbální punkci, což je invazivní výkon.

Regulace otevřeného povědomí

Grotsch jako neurolog považuje svůj objev za klíč k lepšímu pochopení toho, jak jsou regulovány základní funkce našeho vědomí.

„Vyvážení zaměření na známé věci, umožnění pohybu našich myšlenek a prozkoumávání světa kolem nás je klíčovou součástí naší schopnosti přizpůsobit se novým situacím,“ říká.

Prevalence a rozsah poruch pozornosti, které jsou dnes diagnostikovány, ukazuje, jak obtížné může být udržet tuto rovnováhu, říká Grotich.

Orexin je jedním z několika neuroregulačních systémů (jiné zahrnují noradrenalin a serotonin), které regulují tuto rovnováhu. Tyto systémy naklánějí rovnováhu tak či onak v závislosti na potřebách organismu.

V počátcích lidské evoluce se například hladoví lovci-sběrači museli toulat kolem a hledat zdroj potravy. Pokud jsou odměněni tím, že si všimnou něčeho, co jedí, musí přesunout svou pozornost na své okolí, aby mohli špehovat další jídlo.

A když byli první lidé konečně spokojeni, mohli obrátit svou pozornost k uspokojení svých dalších potřeb.

Více podmnožin neuronů pro specifické funkce

Při studiu orexinových neuronů byla Burdakovova výzkumná skupina schopna identifikovat podskupiny zapojené do různých neuronálních funkcí, a tedy do různých složek této homeostázy.

Pomocí speciálního typu fluorescenční mikroskopie vědci pozorovali reakci jednotlivých neuronů na orexin u myší a porovnávali to s kolísáním velikosti zornic. Použili k tomu dvoufotonový mikroskop, který umožňuje sledovat činnost jednotlivých buněk v mozku.

Vědci objevili neurony, jejichž aktivita pozitivně korelovala s velikostí zornic oka – a tím i úrovní vzrušení myši – a jejichž aktivita korelovala negativně.

Setkali se také s některými buňkami, které ovlivnily velikost zornice a reagovaly na odměny, a také s jinými, které byly spojeny pouze s jedním z těchto dvou faktorů.

Kandidát na vyšší organizační úroveň

Identifikace těchto specializovaných podmnožin v rámci orexinových neuronů poskytuje počáteční vhled do způsobů, jakými jsou zapojeny, aby podporovaly centrální funkce našeho vědomí.

A co víc, Grujic říká, že účinek orexinu na řadu různých stavů chování – od pozornosti, spánku, přepínání, bdění a hledání odměny až po chuť k jídlu a výdej energie – z něj dělá hlavního kandidáta na regulaci vyšší úrovně.

Zjištění výzkumníků ETH otevírají dveře mnoha způsobům vědeckého výzkumu souvisejícího s identifikací dalších podskupin neuronů a toho, jak interagují – mezi sebou navzájem a se serotoninovým a noradrenalinovým systémem.

Vědci předpokládají, že zodpovězení takových otázek nepovede pouze k podrobnějšímu pochopení toho, jak jsou regulovány naše životní funkce.

Předpokládají také přínosy v diagnostice a léčbě poruch pozornosti a spánku a souvisejících stavů. A jak naznačují příklady Alzheimerovy choroby a mrtvice, tyto přínosy mohou být větší, než se na první pohled zdá.

O tomto výzkumu v Neuroscience News

autor: Daniel Merhans
zdroj: ETH Curych
sdělení: Daniel Meierhans – ETH Curych
obrázek: Obrázek připsán Neuroscience News

Původní vyhledávání: otevřený přístup.
„Řízení velikosti zornice a její kódování hypotalamickými orexinovými neuronyNapsal Grujic N et al. Přírodní neurologie

shrnutí

Řízení velikosti zornice a její kódování hypotalamickými orexinovými neurony

Mozkové orexinové (hypokretinové) neurony se podílejí na přepínání spánku a bdění a hledání odměny, ale jejich role v dynamice rychlého probuzení a vnímání odměny je nejasná.

Zde buněčně specifická stimulace, delece a záznamy in vivo odhalily silné korelační a kauzální vazby mezi dilatací zornice – markerem kvantové excitace – a aktivitou orexinové buňky.

Kódování pro vzrušení a odměnu bylo distribuováno mezi orexinové buňky, což naznačuje, že se specializují na rychlé, vícenásobné spojení s momentálními stavy vzrušení a odměny.