Hersencircuits gekoppeld aan alertheid

Hoe alert, of waakzaam, u gedurende uw dag bent, kan van invloed zijn op uw vermogen om dagelijkse taken uit te voeren. Veel dingen kunnen veranderen hoe alert je je voelt, zoals hoeveel slaap of cafeïne je hebt gehad. Overdreven alert of niet alert genoeg zijn kan ook een teken zijn van bepaalde psychische aandoeningen, zoals angst, manie of depressie.

Wetenschappers hebben veel geleerd over hoe de hersenen het slapen of wakker zijn in het algemeen reguleren. Maar er is minder bekend over hoe de hersenen veranderingen in alertheid gedurende de dag reguleren.

Om te onderzoeken welke hersencellen (neuronen) alertheid reguleren, analyseerde een team onder leiding van Drs. Karl Deisseroth en Matthew Lovett-Barron van de Stanford University de activiteit van hersencellen in zebravissen en muizen terwijl hun reactietijden werden gemeten. Het onderzoek werd gedeeltelijk ondersteund door NIH’s National Institute of Mental Health (NIMH) en National Institute on Drug Abuse (NIDA). De resultaten werden online gepubliceerd in Cell op 2 november 2017.

Het team creëerde een techniek genaamd MultiMAP (Multiplexed-alignment of Molecular and Activity Phenotypes) om de neuronen en circuits die tijdens een bepaalde hersentoestand worden geactiveerd te volgen en te identificeren. Met deze techniek volgden de onderzoekers de activiteit van tienduizenden hersencellen van zebravissen terwijl de vissen een stimulus te zien kregen die een naderend roofdier nabootste. Zij maten de alertheid door te meten hoe lang het duurde voordat de vissen met hun staart zwaaiden als reactie op de dreigende stimulus.

Een moleculaire analyse identificeerde verschillende celtypen die werden geactiveerd wanneer de vissen het meest alert en responsief waren. Deze omvatten neuronen die chemische boodschappers vrijgeven die de activiteit van andere hersencellen veranderen. Zij bevestigden de resultaten van eerdere studies en identificeerden noradrenaline-afgevende neuronen als actief bij alertheid. Bovendien konden ze met hun techniek andere celtypen identificeren waarvan niet eerder was aangetoond dat ze betrokken waren bij alertheid, waaronder acetylcholine-, serotonine-, dopamine- en peptide-secreterende neuronen.

De onderzoekers zochten naar deze sets hersencellen in de muizenhersenen. Zij ontdekten dat er vergelijkbare celtypen en circuits waren die alertheid bij muizen reguleren. Activering van specifieke circuits met behulp van optogenetica, waarbij licht wordt gebruikt om specifieke neuronen te activeren of te remmen, maakte de muizen alerter of verminderde hun reactietijden.

“Waakzaamheid die uit de hand loopt, kenmerkt toestanden zoals manie en die welke worden gezien bij posttraumatische stressstoornis en depressie,” zegt NIMH-directeur Dr. Joshua Gordon. “Vertrouwd raken met de moleculaire spelers in een gedrag – zoals dit nieuwe instrument belooft – kan op een dag leiden tot klinische interventies gericht op disfunctionele hersentoestanden.”