Aivopiirit liittyvät valppauteen

Miten valppaana eli valppaana olet päivän aikana, voi vaikuttaa kykyysi suoriutua päivittäisistä tehtävistä. Monet asiat voivat muuttaa sitä, kuinka valppaana tunnet itsesi, kuten se, kuinka paljon olet nukkunut tai nauttinut kofeiinia. Liian valppaana tai liian vähän valppaana oleminen voi olla myös merkki tietyistä mielenterveysongelmista, kuten ahdistuneisuudesta, maniasta tai masennuksesta.

Tutkijat ovat oppineet paljon siitä, miten aivot säätelevät nukahtamista tai valppaana olemista yleensä. Mutta vähemmän tiedetään siitä, miten aivot säätelevät vireystilan muutoksia päivän mittaan.

Tutkittaessa, mitkä aivosolut (neuronit) säätelevät vireystilaa, Stanfordin yliopistossa toimivien tohtoreiden Karl Deisserothin ja Matthew Lovett-Barronin johtama työryhmä analysoi seeprakalojen ja hiirten aivosolujen aktiivisuutta samalla kun ne mittasivat niiden reaktioaikoja. Tutkimusta tukivat osittain NIH:n National Institute of Mental Health (NIMH) ja National Institute on Drug Abuse (NIDA). Tulokset julkaistiin verkossa Cell-lehdessä 2. marraskuuta 2017.

Työryhmä loi tekniikan nimeltä MultiMAP (Multiplexed-alignment of Molecular and Activity Phenotypes) seuraamaan ja tunnistamaan neuronit ja piirit, jotka aktivoituvat tietyn aivotilan aikana. Tämän tekniikan avulla tutkijat seurasivat kymmenien tuhansien seeprakalojen aivosolujen aktiivisuutta, kun kaloille esitettiin lähestyvää saalistajaa jäljittelevä ärsyke. He mittasivat valppautta mittaamalla, kuinka kauan kaloilta kesti heiluttaa häntäänsä vastauksena uhkaavaan ärsykkeeseen.

Molekyylianalyysi tunnisti useita eri solutyyppejä, jotka aktivoituivat, kun kalat olivat valppaimpia ja herkimpiä. Näihin kuului hermosoluja, jotka vapauttavat kemiallisia sanansaattajia, jotka muuttavat muiden aivosolujen toimintaa. Aiempien tutkimusten tuloksia vahvistaen he tunnistivat noradrenaliinia erittävien neuronien olevan aktiivisia valppautena. Lisäksi heidän tekniikkansa avulla he pystyivät tunnistamaan muita solutyyppejä, joiden ei aiemmin ollut osoitettu osallistuvan valppauteen, mukaan lukien asetyylikoliinia, serotoniinia, dopamiinia ja peptidejä erittäviä neuroneja.

Tutkijat etsivät näitä aivosoluryhmiä hiiren aivoista. He havaitsivat, että hiirillä oli samanlaisia valppautta sääteleviä solutyyppejä ja -piirejä. Tiettyjen piirien aktivointi optogenetiikan avulla, jossa valon avulla aktivoidaan tai estetään tiettyjä hermosoluja, sai hiiret valppaammiksi tai lyhensi niiden reaktioaikoja.

”Vireystila, joka on mennyt pieleen, on tunnusomaista sellaisille tiloille kuin mania ja ne, joita nähdään traumaperäisessä stressihäiriössä ja masennuksessa”, sanoo NIMH:n johtaja tohtori Joshua Gordon. ”Käyttäytymisen molekulaaristen toimijoiden tunteminen – kuten tämä uusi työkalu lupaa – voi jonain päivänä johtaa kliinisiin interventioihin, jotka kohdistuvat aivojen toimintahäiriöihin.”