Az álmosságban érintett agyi áramkör, „zónázás”

A feltörekvő kutatások új nézőpontot hoznak az alvás fogalmára. A hagyományos gondolkodás szerint az agy teljesen ébren van vagy alszik - minden vagy semmi javaslat.

Most a Massachusettsi Műszaki Intézet (MIT) idegtudósai felfedeztek egy agyi áramkört, amely az agy kis régióinak elalvását vagy kevésbé éberségét idézheti elő, míg az agy többi része ébren marad.

A tudósok azt találták, hogy ez az áramkör egy agyi struktúrából származik, amelyet talamusz retikuláris magként (TRN) ismerünk. A TRN továbbítja a jeleket a thalamusnak, majd az agy kéregének, kiváltva a mély alvásra jellemző lassú, oszcilláló agyhullámok zsebeit.

A kóma és az általános érzéstelenítés során is lassú oszcillációk lépnek fel, és csökkent izgalommal járnak. Elegendő TRN-aktivitás esetén ezek a hullámok átvehetik az egész agyat.

A kutatók úgy vélik, hogy a TRN segíthet az agynak az új emlékek megszilárdításában azáltal, hogy összehangolja a lassú hullámokat az agy különböző részei között, lehetővé téve számukra az információk könnyebb megosztását.

"Alvás közben lehet, hogy egyes agyi régióknak lassú hullámai vannak egyszerre, mert információcserére van szükségük egymással, míg másoknak nem" - mondta Dr. Laura Lewis, egy kutatási munkatárs és a tanulmány egyik vezető szerzője új tanulmány.

A kutatók szerint a TRN felelős lehet azért is, ami az agyban történik, amikor az alváshiányos emberek rövid „zónázási” érzéseket tapasztalnak, miközben az ébren maradásért küzdenek.

A tanulmány eredményei megjelennek a folyóiratban eLife.

A lap másik első szerzője Jakob Voigts, vezető szerzők Emery Brown és Michael Halassa. További szerzők az MIT kutatási munkatársa, Francisco Flores és Matthew Wilson.

Eddig a legtöbb alváskutatás az alvás globális irányítására összpontosított, amely akkor következik be, amikor az egész agy lassú hullámokban ébren van - az agyi aktivitás oszcillációi keletkeznek, amikor az idegsejtkészleteket rövid ideig elhallgattatják.

A legújabb tanulmányok azonban azt mutatták, hogy az alváshiányban szenvedő állatok lassú hullámokat mutathatnak ki az agyuk egyes részeiben, még éber állapotukban, ami arra utal, hogy az agy helyi szinten is irányíthatja az éberséget.

Az MIT csapata megkezdte az éberség vagy az álmosság helyi ellenőrzésének vizsgálatát a TRN-szel, mert fizikai elhelyezkedése miatt tökéletesen alkalmas arra, hogy szerepet játszhasson az alvásban - mondja Lewis.

A TRN körülveszi a talamuszt, mint egy héjat, és kapuőrként működhet a thalamusba jutó érzékszervi információk számára, amely információt továbbít a kéregbe további feldolgozás céljából.

Az optogenetika, egy olyan technika alkalmazásával, amely lehetővé teszi a tudósok számára, hogy fénnyel stimulálják vagy elhallgattassák az idegsejteket, a kutatók megállapították, hogy ha ébren lévő egerekben gyengén stimulálják a TRN-t, lassú hullámok jelennek meg a kéreg kis részén. Nagyobb ingerléssel az egész kéreg lassú hullámokat mutatott.

„Megállapítottuk azt is, hogy amikor ezeket a lassú hullámokat kiváltja a kéregben, az állatok viselkedésszerűen úgy kezdenek viselkedni, mintha álmosak lennének. Megállnak a mozgással, az izomtónusuk lecsökken ”- mondta Lewis.

A kutatók úgy vélik, hogy a TRN finomhangolja az agy irányítását a helyi agyi régiók felett, fokozva vagy csökkentve a lassú hullámokat bizonyos régiókban, hogy ezek a területek kommunikálhassanak egymással, vagy arra ösztönözve egyes területeket, hogy kevésbé éberek legyenek, amikor az agy nagyon álmos.

Ez megmagyarázhatja, mi történik az emberekben, amikor alváshiányban szenvednek, és pillanatnyilag elzáródnak anélkül, hogy valóban elaludnának.

"Hajlamos vagyok azt gondolni, hogy ez azért történik, mert az agy elkezd áttérni az alvásba, és néhány helyi agyi régió álmos lesz, még akkor is, ha ébren kényszeríti magát" - mondta Lewis.

Annak megértése, hogy az agy hogyan irányítja az izgalmat, segíthet a kutatóknak olyan új alvást és érzéstelenítő gyógyszereket tervezni, amelyek a természetes alváshoz hasonló állapotot hoznak létre. A TRN stimulálása mély, nem REM-szerű alvási állapotokat indukálhat, és Brown és munkatársai korábbi kutatásai feltártak egy áramkört, amely bekapcsolja a REM alvást.

Brown hozzátette: „A TRN gazdag szinapszisokban - az agyi kapcsolatokban -, amelyek felszabadítják a GABA gátló neurotranszmittert. Ezért a TRN szinte minden bizonnyal számos érzéstelenítő gyógyszer cselekvési helye, tekintve, hogy nagy csoportjaik ezekben a szinapszisokban hatnak, és jellemző tulajdonságaiként lassú hullámokat produkálnak. "

Lewis és munkatársai korábbi munkája kimutatta, hogy az alvás lassú hullámaival ellentétben az általános érzéstelenítés alatt álló lassú hullámok nincsenek összehangolva, ami azt a mechanizmust sugallja, hogy ezek a gyógyszerek miért rontják az agy információcseréjét és eszméletlenséget okoznak.

Forrás: Massachusettsi Műszaki Intézet / EurekAlert