Интуитивно понятно, что система вознаграждения, которая мотивирует целенаправленное поведение, такое как бегство от хищников или поиск пищи, и наш цикл сна и бодрствования в какой-то момент будут согласовываться друг с другом. Вы не можете искать пищу во сне, если только вы не являетесь искусным лунатиком.
И наоборот, встать с постели намного легче, когда вы взволнованы предстоящим днем.Но до этого исследования не было обнаружено точного анатомического местоположения этой интеграции системы вознаграждения и возбуждения мозга, сказал Луис де Лесеа, доктор философии, профессор психиатрии и поведенческих наук.
Выводы исследователей будут опубликованы 5 сентября в журнале Nature Neuroscience. Де Лесеа — старший автор. Ведущий автор — докторант Ада Эбан-Ротшильд, доктор философии.«Это потенциально имеет огромное клиническое значение», — сказал де Лесеа. «Бессонницу, многомиллиардный рынок для фармацевтических компаний, традиционно лечили такими препаратами, как бензодиазепины, которые неспецифически отключают весь мозг. более качественный сон ".
По данным Национального института здоровья, от 25 до 30 процентов взрослых американцев страдают от нарушений сна того или иного типа. Кроме того, нарушение ритма сна и бодрствования типично для многих психоневрологических расстройств и, как считается, усугубляет их.
По словам де Леси, один из первых вопросов, который психиатр задает пациенту, — это: «Как ваш сон?»Сходство позвоночных
Схема системы вознаграждений одинакова у всех позвоночных, от рыб, лягушек и соколов до рыбаков и манекенщиц. Химическое вещество под названием дофамин играет решающую роль в возбуждении этой цепи.Нейробиологам известно, что определенная структура мозга, вентральная тегментальная область, или VTA, является источником многочисленных нервных волокон, секретирующих дофамин, которые отдельными трактами проходят ко многим различным частям мозга. Множество этих волокон идет к прилежащему ядру, структуре переднего мозга, которая особенно вовлечена в создание ощущения удовольствия в ожидании или реакции на достижение желаемой цели.
«Поскольку многие препараты, активирующие цепь вознаграждения, такие как амфетамины, которые действуют, стимулируя секрецию дофамина, также не дают уснуть, естественно спросить, играет ли дофамин ключевую роль в цикле сна-бодрствования, а также в вознаграждении», — сказал Эбан-Ротшильд. . «Но, отчасти из-за существующих технических ограничений, в более ранней экспериментальной литературе было обнаружено мало доказательств связи и, фактически, предполагалось, что эта схема, вероятно, не так важна».Для нового исследования исследователи использовали самцов лабораторных мышей, биоинженерных в нескольких отношениях, чтобы можно было использовать передовые технологии для удаленного возбуждения, подавления и мониторинга активности нервных клеток, секретирующих дофамин, из VTA мышей. Исследователи также измерили общую активность мозга и мышечный тонус мышей, чтобы определить относительные стадии сна или возбуждения у мышей. Они использовали видеокамеры, чтобы наблюдать за поведением мышей.
Наблюдается у мышей
В целом активность в нервных клетках, секретирующих дофамин, исходящих из VTA, возрастала при пробуждении и оставалась повышенной, когда мыши бодрствовали. И наоборот, эта активность снижалась, когда мыши переходили в сон, оставаясь на низком уровне, пока они спали. Активации этой популяции нервных клеток было достаточно, чтобы разбудить животных от крепкого сна и заставить их бодрствовать в течение длительного времени, даже в тот момент в дневном цикле мышей, когда они обычно ночуют.
Контрольные животные, у которых активность VTA не была увеличена подобным образом, строили маленькие гнезда из гранул материалов, помещенных во все клетки с мышами, а затем сразу же уходили.Когда вместо этого ученые подавили активность в той же популяции нервных клеток в течение обычно активного периода 24-часового цикла мышей, мыши задремали из-за наличия верных триггеров возбуждения: вкусной жирной еды, самки или страха. -индуцирующая лисья моча.Мыши в незнакомой клетке обычно энергично исследуют новое окружение.
И действительно, мыши с подавленным VTA не спали в течение первых 45 минут часа, проведенного в новой клетке. Но Эбан-Ротшильд кое-что заметил: все время бодрствования они строили гнезда.
«Они были очень осторожны с этим», — отметила она. Как только они остались довольны тем, что построили, они задремали.Эбан-Ротшильд добавил, что это не просто какое-то стереотипное поведение, которое гарантированно возникнет при подавлении активности VTA. «Если мы поместим гнездо, которое они уже построили в своей обычной клетке, в новую клетку, они забрались внутрь и тут же заснули».
Контрольные мыши в незнакомой клетке бегали вокруг, либо игнорируя шарик с материалами для гнездования, помещенными внутри, либо разбрасывая эти материалы по всей клетке.Гнездовая деятельность
Эбан-Ротшильд проанализировал видеозаписи поведения животных в их новой среде обитания и сопоставил 1-секундные фрагменты видеозаписи с записанной активностью мозга в течение соответствующего периода времени. Она увидела, что действия, непосредственно связанные со строительством гнезд, были отмечены сниженной активностью VTA, в то время как действия, которые не были связаны с более высокими уровнями активности VTA.«Мы знали, что стимуляция цепей мозга, связанных с дофамином, усилит целенаправленное поведение, такое как поиск еды и секса», — сказал Эбан-Ротшильд. «Но новое исследование показывает, что по крайней мере одно сложное поведение вызывается не стимуляцией, а подавлением этой самой цепи. Интересно, что это поведение — строительство гнезда — важно для подготовки мыши ко сну».
— Никто раньше этого не замечал, — сказал де Лесеа. «Это первое открытие в мозгу стартового участка подготовки ко сну. Вероятно, он есть и у людей. Если мы нарушаем эту подготовку, скажем, читая электронную почту или играя в видеоигры, которые не только излучают свет, но и заряжать наши эмоции и запускать дофаминергические схемы VTA, легко понять, почему у нас, вероятно, будут проблемы с засыпанием ».
Отметив, что эта упреждающая фаза часто лежит в основе проблем со сном у многих людей, де Лесеа предположил, что недавно выявленная цепь может стать целью для фармакологического вмешательства, чтобы помочь людям легче уснуть.«У нас есть много лекарств, противодействующих дофамину», — сказал он. «Возможно, дать человеку правильную дозу в нужное время лекарства с правильными фармакокинетическими свойствами, чтобы его действие прекратилось в нужное время, было бы намного лучше, чем бомбардировка мозга бензодиазепинами, такими как валиум, которые вырубают весь мозг ".
Он сказал, что также видит возможность того, что лекарства, нацеленные на дофамин-секретирующие нервные клетки VTA, могут принести пользу людям, страдающим от неврологических состояний, таких как шизофрения или биполярное расстройство, которые характеризуются нарушениями цикла сна и бодрствования.«Может случиться так, что простое решение части сна и бодрствования устранит множество симптомов», — сказал де Лесеа.