Нейробиологи из Мэрилендского университета выяснили, каким образом мозг решает, когда ему засыпать, а когда просыпаться. Оказалось, что основную роль играет активность ионных каналов в мембранах нейронных клеток, принадлежащих супрахиазматическому ядру — центру биологических ритмов. Исследование опубликовано в журнале Nature Communications.
В своей работе ученые обратили внимание на переднюю часть гипоталамуса мозга лабораторных мышей — супрахиазматическое ядро (СХЯ). Эта область является главным генератором циркадных ритмов у млекопитающих, то есть цикла бодрствования и сна, связанного со сменой дня и ночи. В пределах СХЯ нейробиологи проследили за работой ионных каналов — белков, образующих поры в мембране клеток, через которые происходит ток ионов. Благодаря ионным каналам происходит как возбуждение нейрона, так и передача импульса другим клеткам.
Исследователи изучили функции отдельной группы ионных каналов, которые пропускают через себя ионы калия. Они выяснили, что у мышей, которые спят днем, а бодрствуют ночью, калиевые каналы активны во время бодрствования, а в течение дня бездействуют. Эксперименты на других, генетически модифицированных мышах, у которых калиевые каналы работают постоянно, показали, что активность нейронов была гораздо ниже и коррелировала с гораздо большим периодом бодрствования в течение дня.
По словам ученых, открытие позволит разработать новые методы лечения, предназначенные для восстановления циркадных ритмов.
Калиевые каналы играют важную роль и в других физиологических процессах. Они участвуют в сокращении мышц, контроле за артериальным давлением, частотой сердечных сокращений и функциями мочевого пузыря. В головном мозге каналы важны для регуляции нейронной активности, отвечающей за моторику тела, обучение и память. Нарушение их работы связано с тремором, судорогами и наркотической зависимостью.