Самое наглядное проявление биологических ритмов – это чередование сна и бодрствования: с приближением ночи наши внутренние часы напоминают нам, что пора спать, а утром, подчиняясь тому же часовому механизму, мы просыпаемся. Однако есть животные, которые не спят, наоборот, в тёмное время суток, и день для них – время отдыха, как для нас ночь. Как получается, что одна и та же система циркадных ритмов способна отдавать противоположные команды?

Главной деталью во внутренних часах служит так называемое супрахиазмальное, или супрахиазматическое ядро – особая область в гипоталамусе. Супрахиазматическое ядро генерирует циркадные ритмы, управляет уровнем гормонов, от которых зависят циклы сна и бодрствования, и синхронизирует работу всех прочих «часовых отделов» в тканях и орган

Раньше полагали, что различия в системе биологических часов начинаются после супрахиазматического ядра – якобы после него есть некий переключатель, который, приняв сигнал от ядра, интерпретирует его по-разному у дневных и ночных животных: ночной импульс превращается в команду «спать» у дневных и в команду «не спать» у ночных. Однако такой переключатель, который стоял бы после супрахиазматического ядра, так и не нашли – очевидно, потому, что он в действительности находится перед ним.

Цюнь-Юн Чжоу (Qun-Yong Zhou) и его коллеги из Калифорнийского университета в Ирвайне пишут в статье в Molecular Brain, что решающая роль тут принадлежит тем самым фоточувствительным ганглионарным клеткам сетчатки, про которые все думали, что их задача – только лишь передавать информацию в ядро. Сравнивая, как устроены нейронные механизмы, контролирующие сон и бодрствование у обезьян и мышей, исследователи заметили в мозге у тех и других два конкурирующих часовых центра.

У мышей «утренний» сигнал от клеток сетчатки (которые, напомним, особо чувствительны с синему свету) идёт к супрахиазмальному ядру, где и превращается в команду «спать». Но фоторецепторные клетки сетчатки связаны не только с ядром, они также посылают сигнал в структуру среднего мозга под названием верхнее двухолмие, и у обезьян «бодрящие» сигналы верхнего двухолмия преодолевают сонные импульсы супрахиазматического ядра.

То есть нейронный механизм, отвечающий за суточное чередование сна и бодрствования, у млекопитающих оказался «двуглавым»: с одной стороны, есть центр супрахиазматического ядра, который генерирует сонный сигнал, и есть центр верхнего двухолмия, который генерирует сигнал бодрствования. Причём и тот, и другой возникают в ответ на свет, то есть внешний раздражитель у нас один, а вот последствия – разные.

Особое значение тут приобретают фоточувствительные ганглионарные клетки сетчатки, так как и ядро, и двухолмие получают сигнал от них, и именно эти клетки фактически и являются тем самым переключателем, благодаря которому дневные и ночные животные отличаются друг от друга по своему суточному «расписанию».

Известно, что самые первые звери, которые были современниками динозавров, вели ночной образ жизни, и потому система светочувствительные клетки–супрахиазмальное ядро, очевидно, более древняя. Впоследствии, когда новые виды млекопитающих начали, что называется, осваивать дневное время суток, ганглионарные клетки стали плотнее работать с верхним двухолмием, а значение супрахиазмального ядра уменьшилось.

#биология #мозг #сон
https://www.nkj.ru/news/29429/

Вопрос о том, почему животным необходим сон, до сих пор не решен окончательно, несмотря на обилие фактов и гипотез (см. ссылки в конце новости). По-видимому, должна быть какая-то общая важная причина, по которой самые разные животные — от нематод и насекомых до ящериц и людей — должны регулярно впадать в заторможенное, уязвимое состояние, почти полностью отключаясь от всех сигналов, приходящих из внешнего мира.

Красивое объяснение предлагает «гипотеза синаптического гомеостаза», впервые сформулированная около 15 лет назад нейробиологами из Висконсинского университета в Мэдисоне.

Суть идеи в том, что во время бодрствования животное постоянно усваивает новый опыт, а это сопряжено с ростом синаптической проводимости. Как правило, чтобы что-то запомнить хотя бы ненадолго, необходимо усилить проводимость определенных синапсов: этот принцип лежит в основе памяти и обучения. В результате общий уровень синаптической проводимости в мозге неуклонно нарастает в течение всего времени, пока животное бодрствует и активно воспринимает внешние сигналы. Ясно, что это не может продолжаться до бесконечности. Разбухшие синапсы и перевозбужденные нейроны будут потреблять всё больше энергии, а способность нервной системы к дальнейшему обучению будет снижаться.

Соответственно, сон необходим для того, чтобы вернуть нервную систему в рабочее состояние, снизив общий уровень синаптической проводимости. Заодно можно отделить в накопленном за день опыте главное от второстепенного, избирательно ослабив одни синапсы и сохранив (или даже усилив) некоторые другие. Этот гипотетический процесс называют «умным забыванием» (smart forgetting).

По сути дела, гипотеза синаптического гомеостаза предполагает, что потребность во сне — это следствие неустранимого конструктивного дефекта нервной системы животных! Нервная система не может долго обрабатывать входящую информацию, не «перегреваясь», потому что усвоение новой информации идет в основном за счет потенциации (усиления) имеющихся синапсов и появления новых, а не их депрессии (ослабления) или уничтожения.

В двух статьях, опубликованных в свежем выпуске журнала Science, приводятся новые весьма убедительные подтверждения гипотезы синаптического гомеостаза.

#нейробиология #биология #мозг #нейроны #сон #марков
https://telegra.ph/Dva-nezavisimyh-issledovaniya-podtverdili-globalnoe-oslablenie-sinapsov-vo-vremya-sna-02-06-2

Наверно, каждому знакомо чувство усталости в конце дня, когда ходишь по дому как зомбий, натыкаешься на углы и стены, убираешь в холодильник хомячка и читаешь название нашего журнала как «Бархатный инспектор». Данное состояние обычно называют полусонным. И как оказалось, это слово еще и буквально характеризует ваш мозг во время такого состояния: пока вы еще все-таки бодрствуете, половина мозга действительно может уже спать.

Вы-то раньше думали, что мозг работает по двоичному принципу: либо активен, либо неактивен. Только что вы стояли у раковины и чистили зубы, и вот уже валяетесь на полу с щеткой во рту и сладко спите. Но нет, ваш мозг демонстрирует неравномерный спектр засыпания на протяжении довольно протяженного периода предсонного бодрячка, и, вероятно, так же постепенно он просыпается утром. Было бы здорово научиться погружать в сон и будить конкретные точки мозга по мере их функциональной надобности – тогда можно было бы, например, высыпаться сенсорными зонами во время тренировок, моторными – во время размышлений. 24 часа в сутки быть немножечко сонным, зато разносторонне активным – что за чудесная жизнь!

#batrachospermum #биология #мозг #сон
https://telegra.ph/Otdyhogramma-vyyavila-poludremu-mozga-02-08

У экспозиции с электрическим угрем в Аквариуме Новой Англии в Бостоне есть одна классная фишка: всякий раз, как угорь охотится или оглушает добычу, вольтметр над его аквариумом заряжается. Дисплей вольтметра начинает светиться от электричества угря, позволяя посетителям узреть невидимое. Волшебство, да и только!

Мне как-то довелось быть свидетелем еще одного проявления волшебства в аквариуме. Благодаря вольтметру я смогла увидеть сон угря. Вот как это произошло.

#биология #рыбы #мозг #сон
https://telegra.ph/CHto-snitsya-ehlektrougryu-O-snovideniyah-zhivotnyh-12-09