Два десятилетия назад Клиффорд Б. Сапер, д.м.н.D., Председатель отделения неврологии Медицинского центра Бет Исраэль Дьяконесса (BIDMC) и его коллеги обнаружили набор нервных клеток, которые, по их мнению, могут быть переключателем, который выключает мозг, позволяя ему спать. В новом исследовании, опубликованном в Nature Communications сегодня, Сапер и его коллеги демонстрируют на мышах, что эти клетки, расположенные в области гипоталамуса, называемой вентролатеральным преоптическим ядром (VLPO), на самом деле необходимы для нормального сна.
"Наша статья – первая проверка того, что происходит, когда вы активируете нейроны VLPO," сказал Сэпер, который также является профессором неврологии и нейробиологии Джеймса Джексона Патнэма в Гарвардской медицинской школе. "Полученные данные подтверждают наше первоначальное наблюдение, что клетки VLPO необходимы для нормального сна."
Работая с генно-инженерными мышами, команда Сапера искусственно активировала нейроны VLPO, используя несколько различных инструментов. В одной серии экспериментов ученые активировали нейронные клетки с помощью луча лазерного света, чтобы заставить их активироваться. Этот процесс называется оптогенетикой. В другом тесте команда использовала химическое вещество для выборочной активации нейронов VLPO. В обоих случаях активация этих клеток приводила к засыпанию.
Результаты подтвердили более ранние выводы Сапера и его коллег о том, что эти нейроны активны во время сна и что их повреждение вызывает бессонницу – как видно из последующей работы Сапера с лабораторными животными и, в 2014 году, у пожилых людей, которые потеряли клетки VLPO как часть естественного процесса старения.
Основываясь на этой предыдущей работе, стало неожиданностью, когда другая группа исследователей сообщила прямо противоположное. В публикации 2017 года эксперименты, стимулирующие нейроны VLPO, разбудили лабораторных животных. В своей текущей статье команда Сапера прояснила кажущееся противоречие.
"Мы обнаружили, что когда клетки VLPO стимулируются от одного до четырех раз в секунду, они срабатывают каждый раз, когда стимулируются, что приводит к сну," Сапер сказал. "Но если стимулировать их быстрее, они перестают стрелять и в конечном итоге перестают стрелять. Мы узнали, что наши коллеги из другой лаборатории стимулировали клетки 10 раз в секунду, что фактически отключало их."
Кроме того, команда Сапера также обнаружила, что активация клеток VLPO вызывает снижение температуры тела. Ученые уже знали, что высокие температуры активируют клетки VLPO, и что температура тела немного понижается во время сна, когда нейроны VLPO активируются.
"Мы думали, что именно поэтому людям нужно свернуться калачиком под теплым одеялом, чтобы заснуть," Сапер добавлен.
Однако при продолжающейся активации температура тела у мышей упала на целых пять или шесть градусов по Цельсию. Команда Сапера предположила, что чрезмерное возбуждение этих же нейронов может быть причиной длительного сна и снижения температуры тела у животных, впадающих в спячку. В дальнейшем команда Сапера уже изучает взаимосвязь между сном и температурой тела в текущих исследованиях.