Wie behält Ihre circadiane Uhr die Jahreszeiten im Auge?

Quelle: Elena Zajchikova / Shutterstock

Bis jetzt war die spezifische Neurobiologie, wie unsere zirkadianen Uhren die Jahreszeiten verfolgen, ein Mysterium. Vor kurzem entdeckten Forscher um Toru Takumi am RIKEN Brain Science Institut in Japan einen Schlüsselmechanismus, der erklärt, wie das Gehirn zirkadiane Rhythmen und die Länge des Tages verwendet, um sich mit den Jahreszeiten zu synchronisieren.

Die Studie vom Juni 2015, "GABA-vermittelte abstoßende Kopplung zwischen circadianen Uhrneuronen in der SCN codiert Saisonzeit", wurde in den Proceedings der National Academy of Sciences veröffentlicht .

In der neuen Studie identifizierten die Forscher einen Mechanismus, der die Länge eines Tages in das neuronale Netzwerk des Nucleus suprachiasmaticus (SCN) einbindet. Die Forscher konnten herausfinden, wie die circadiane Clock-Maschinerie im Gehirn saisonale Veränderungen basierend auf der Anzahl der Tageslichtstunden kodiert.

Der Suprachiasmatische Nucleus (SCN) ist die Master Circadian Clock

Der suprachiasmatische Kern ist unsere innere zirkadiane Uhr. Die SCN ist auch eine saisonale Uhr, die die Länge des Tageslichts misst. Das menschliche Gehirn verfolgt die Jahreszeiten mit dem gleichen Kern von Neuronen, die zirkadiane Rhythmen regieren.

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Quelle: Nationales Institut für Gesundheit / Public Domain

Das SCN enthält etwa 20.000 Nervenzellen und befindet sich im Hypothalamus. Der SCN nimmt die Information über die Länge von Tag und Nacht von der Netzhaut, interpretiert sie und gibt sie an die Zirbeldrüse weiter. Als Antwort auf diese Signale des SCN sezerniert die Zirbeldrüse das Hormon Melatonin.

Die Sekretion von Melatonin erreicht in der Nacht einen Höhepunkt und ebbt während des Tages ab, was unseren Schlaf– und Wachzyklus antreibt. Die Zerstörung des SCN resultiert in der vollständigen Abwesenheit eines vorhersagbaren Schlaf- und Wachzyklus.

Was treibt circadiane Rhythmen?

Circadiane Rhythmen werden durch natürliche Faktoren im Körper erzeugt, werden aber hauptsächlich durch die Einwirkung von Licht gesteuert. Störungen des zirkadianen Rhythmus sind direkt mit Schlafstörungen verbunden. Abnorme zirkadiane Rhythmen wurden auch mit Adipositas, Diabetes, Depression, bipolarer und saisonaler affektiver Störung (SAD) in Verbindung gebracht.

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Durch Sonneneinstrahlung werden die Gene, die die zirkadiane Uhr steuern, ein- und ausgeschaltet. Interessanterweise fanden die RIKEN-Forscher heraus, dass nicht alle Neuronen im SCN zum selben Beat marschieren. Zwei Regionen in der SCN sind etwas außerhalb der Synchronität und mit zunehmender Länge des Tages nimmt auch die Phasenlücke zwischen diesen Regionen zu.

Quelle: Mit freundlicher Genehmigung von RIKEN

In einer Pressemitteilung sagte Leitautor Jihwan Myung: "Wie bei anderen Tieren, verfolgen unsere Körper die Jahreszeiten. Plötzliche Veränderungen in der saisonalen Tageslänge können bei einigen Personen schwere Stimmungsstörungen verursachen. Zu verstehen, wie wir unsere interne saisonale Uhr anpassen können, könnte zu effektiven Methoden führen, Menschen zu helfen, deren interne Uhren gestört wurden. "

Die Forscher fanden heraus, dass der SCN die zirkadianen Uhr-Oszillationen in zwei Cluster teilt, die der Tageslänge entsprechen. Die Studie berichtet, dass die Verteilung von Chlorid über den SCN diese Veränderungen auslöst.

Genauer gesagt fanden die Forscher heraus, dass der Neurotransmitter GABA eine wichtige Rolle in diesem Prozess spielt. In den meisten Fällen hemmt GABA die Aktivität von Neuronen. Einige SCN-Neuronen werden jedoch tatsächlich von GABA angeregt.

Myung erklärt: "GABA wird erregend, wenn die Chloridkonzentrationen in den Neuronen hoch sind. Wir vermuteten, dass Veränderungen in der GABA-Funktion über das SCN die abstoßende Kraft darstellen könnten, die diese beiden Cluster von Neuronen phasenverschoben werden lässt. "Kopplungsschätzungen der Forscher ergaben, dass das SCN-Netzwerk Kopplungen aufweist, die entweder" phasenanziehend "sein können ) oder "phasenabstossend" (Desynchronisation).

Millionen leiden unter saisonaler affektiver Störung (SAD)

Die saisonale affektive Störung wird durch Veränderungen der Tagesstunden ausgelöst und kann im Winter zu depressiven Symptomen und im Sommer zu Angstzuständen führen. Leiden Sie unter SAD?

Die Behandlung von SAD umfasst häufig eine Lichttherapie, die auch als "Phototherapie" bezeichnet wird. Patienten, die eine Lichttherapie anwenden, erfahren typischerweise während der ersten Woche Vorteile. Die meisten Studien haben gezeigt, dass die Lichttherapie am effektivsten ist, wenn sie als saisonale Behandlung über mehrere Wochen angewendet wird, bis eine natürliche Belichtung möglich ist.

Neurowissenschaftler sind sich der genauen Mechanismen, die SAD verursachen, nicht sicher. Eine Theorie besagt, dass SAD durch einen Mangel an Serotonin ausgelöst wird. Eine andere Theorie ist, dass SAD das Ergebnis von übermäßigem Melatonin sein kann, das während der Wintertage produziert wird. Normalerweise steigt der Melatoninspiegel am späten Nachmittag bis zum Abend, bleibt während der Nacht hoch und fällt dann in den frühen Morgenstunden ab, bevor er aufwacht.

Schlussfolgerung: Die Optogenetik kann die zirkadiane Uhr in einem Labor zurücksetzen

Traditionell glaubten Neurowissenschaftler, dass die Feuerrate von SCN-Neuronen strikt von der Aktivität der zirkadianen Uhr gesteuert wurde. Vor kurzem waren Forscher an der Vanderbilt Universität in der Lage, die Neuronen des SCN in einer Art und Weise zu stimulieren oder zu unterdrücken, die ihre Aktivität bei Tag und Nacht emuliert. Dies ermöglichte den Forschern, die zirkadiane Uhr in Mäusen zurückzusetzen.

Die Studie vom Februar 2015, die in der Zeitschrift Nature Neuroscience veröffentlicht wurde, berichtete, dass die Manipulation der zirkadianen Uhrenzündungsrate durch Optogenetik die zirkadiane Uhr zurückstellen kann. Die Optogenetik fügt Gene, die optisch empfindliche Proteine ​​exprimieren, in Zielzellen ein, die die Zellen dann auf Licht reagieren lassen.

In einer Pressemitteilung sagte Douglas McMahon, Hauptautor der Studie: "Wir fanden heraus, dass wir den Schlaf / Wach-Rhythmus eines Tieres verändern können, indem wir die Neuronen in der biologischen Hauptuhr, die sich in einem Bereich des Gehirns befindet, suprachiasmatisch, künstlich stimulieren Kern (SCN), mit einem Laser und einer optischen Faser. "

Jeff Jones, der die Studie mit seinem Doktorandenkollegen Michael Tackenberg durchgeführt hat, fügte hinzu: "Damit sind die Uhrneuronen zum ersten Mal unter unserer Kontrolle." Obwohl diese Studie an Mäusen durchgeführt wurde, sind die Forscher optimistisch, dass irgendeine Optogenetik als Therapie für circadiane Uhr Störungen beim Menschen.

Wenn du mehr zu diesem Thema lesen möchtest, schau dir meine Postings von Psychology Today an :

• "Zirkadiane Rhythmen verbunden mit Altern und Wohlbefinden"
• "Optogenetik erlaubt Neurowissenschaftlern, die Angst an- und auszuschalten"
• "Belichtung mit natürlichem Licht verbessert die Leistung am Arbeitsplatz"
• "Warum ist ein Camping-Trip die ultimative Schlaflosigkeit Heilung?"
• "Neurowissenschaftler entdecken, wie wir lernen, wenn wir schlafen"

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