Ученые выяснили, как мозг «узнает» время года

Сотрудники Института физико-химических исследований RIKEN описали механизм, позволяющий головному мозгу «определять» время года. Согласно данным, представленным в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences, в основе механизма — сезонные изменения в концентрации тормозного нейромедиатора ГАМК и хлора, который содержится в определенных нейронах.

Ранее проведенные исследования показали, что за понимание того, какое сейчас время года, и у животных, и у человека отвечает супрахиазматическое ядро — область гипоталамуса, которая также управляет циркадными ритмами. Область отвечает за экспрессию определенных генов в течение 24-х часового периода, но оказалось, что две области ядра работают не так точно, как остальные.

Подавление ГАМК разрушает разницу спинно-центральных фаз, которая формируется под воздействием длинного светового дня. Фото: RIKEN

Авторы исследования проанализировали уровни экспрессии гена Bmal1 в дорсальной и вентральной области супрахиазматического ядра у двух групп мышей. Одна группа животных жила в условиях длинного светового дня, а вторая — в условиях короткого светового дня. Как и ожидалось, циклическое изменение уровня экспрессии гена Bmal1 в двух областях ядра у мышей из группы «короткого дня» было синхронизировано, а во втором случае совпадение по фазе не наблюдалось. Ученые выяснили, что несовпадение происходит в дорсальной области в том случае, если длина светового дня увеличивается.

Оказалось, что важную роль в этом процессе играет нейромедиатор ГАМК, который в большинстве случаев подавляет активность нейронов. При этом некоторые нейроны супрахиазматического ядра активируются ГАМК. «Это происходит в том случае, если в этих нейронах наблюдается повышенная концентрация хлора», — объяснили авторы исследования. Ученые смогли добиться синхронизации экспрессии гена Bmal1 в группе «длинного дня», заблокировав поступление хлора в нейроны.

«Как и в случае животных, наши тела „отслеживают“ сезонность, при этом внезапные изменения длины светового дня могут стать причиной серьезных аффективных расстройств. Понимание того, как настраиваются наши внутренние сезонные часы, может помочь людям, у которых этот механизм нарушен», — считает руководитель исследования Джихван Маянг (Jihwan Myung).

Под воздействием длинного светового дня происходит увеличение хлорида. Фото: RIKEN