Hjernekredsløb forbundet med årvågenhed

Hvor vågen, eller årvågen, du er i løbet af dagen, kan påvirke din evne til at udføre daglige opgaver. Mange ting kan ændre, hvor vågen du føler dig, f.eks. hvor meget søvn eller koffein du har fået. At være for vågen eller ikke vågen nok kan også være et tegn på visse psykiske lidelser, som f.eks. angst, mani eller depression.

Videnskabsfolk har lært meget om, hvordan hjernen regulerer det at sove eller være vågen generelt. Men man ved mindre om, hvordan hjernen regulerer ændringer i årvågenhed i løbet af dagen.

For at undersøge, hvilke hjerneceller (neuroner) der regulerer årvågenhed, analyserede et hold under ledelse af Dr. Karl Deisseroth og Matthew Lovett-Barron fra Stanford University aktiviteten af hjerneceller i zebrafisk og mus, mens man målte deres reaktionstider. Forskningen blev delvist støttet af NIH’s National Institute of Mental Health (NIMH) og National Institute on Drug Abuse (NIDA). Resultaterne blev offentliggjort online i Cell den 2. november 2017.

Teamet skabte en teknik kaldet MultiMAP (Multiplexed-alignment of Molecular and Activity Phenotypes) for at spore og identificere de neuroner og kredsløb, der aktiveres under en bestemt hjernetilstand. Ved hjælp af denne teknik fulgte forskerne aktiviteten af titusindvis af zebrafiske hjerneceller, mens fiskene blev præsenteret for en stimulus, der efterlignede et rovdyr, der nærmede sig. De målte årvågenhed ved at måle, hvor lang tid det tog fiskene at svinge deres haler som reaktion på den truende stimulus.

En molekylær analyse identificerede flere forskellige celletyper, der blev aktiveret, når fiskene var mest årvågne og lydhøre. Disse omfattede neuroner, der frigiver kemiske budbringere, som ændrer aktiviteten af andre hjerneceller. De bekræftede resultaterne af tidligere undersøgelser og identificerede de noradrenalinudskillende neuroner som værende aktive i forbindelse med årvågenhed. Desuden gjorde deres teknik det muligt for dem at identificere andre celletyper, som ikke tidligere har vist sig at være involveret i årvågenhed, herunder acetylcholin-, serotonin-, dopamin- og peptidudskillende neuroner.

Forskerne ledte efter disse sæt af hjerneceller i musens hjerne. De fandt, at der var lignende celletyper og kredsløb, der regulerer årvågenhed hos mus. Aktivering af specifikke kredsløb ved hjælp af optogenetik, som bruger lys til at aktivere eller hæmme specifikke neuroner, gjorde musene mere årvågne eller reducerede deres reaktionstider.

“Vigilance, der går galt, kendetegner tilstande som mani og dem, der ses ved posttraumatisk stresslidelse og depression,” siger NIMH-direktør Dr. Joshua Gordon. “At få kendskab til de molekylære aktører i en adfærd – som dette nye værktøj lover – kan en dag føre til kliniske interventioner, der er rettet mod dysfunktionelle hjernetilstande.”