Nasz mózg stale prowadzi monologi. Te wewnętrzne rozmowy są zazwyczaj również bombardowane przez zewnętrzne zdarzenia sensoryczne. Dlatego, aby uniknąć zaburzeń w ich równowadze, trzeba ciągle pracować nad wpływem owych procesów neuronalnych. Zespół naukowców z Uniwersytetu Ruhry w Bochum podzielił się informacją dotyczącą roli jaką pełni w tej sytuacji serotonina.
Odkryli, że różne typy receptorów serotoninergicznych oddzielnie kontrolują zwiększenie strumieni informacji. Dzięki temu odkryciu mogą powstać nowe koncepcje dotyczące diagnostyki i terapii zaburzeń neuronalnych związanych z wadliwym działaniem układu serotoninowego. Badanie zostało opublikowane 7 kwietnia 2020 r. stronie internetowej czasopisma eLife, w którym dostęp do artykułów jest otwarty dla każdego.
Oddziaływanie na różne strumienie informacji w mózgu
“Poniższy przykład z życia codziennego obrazuje zadanie, jakie mózg musi rozwiązać” – wyjaśnia dr Dirk Jancke, kierownik grupy Optical Imaging Group w jednostce badawczej Institute of Neural Computation. “Wyobraźmy sobie, że siedzimy z rodziną przy kolacji i toczy się gorąca dyskusja na temat tego, jak we właściwy sposób organizować niektóre sprawy domowe. Nagle dzwoni telefon, odbieramy, ale dyskusja między resztą członków rodziny trwa nadal. Aby prawidłowo zrozumieć dzwoniącego, albo osoby w tle muszą mówić ciszej, albo osoba po drugiej stronie telefonu powinna mówić głośniej. Dlatego głośność rozmowy, zarówno w tle jak i w słuchawce, musi być odpowiednio dostosowana, aby zapewnić brak zakłóceń, czyli rozdzielić przepływ informacji” – dodaje dr Jancke. Podobnie jak w tym przykładzie, w mózgu zachodzą porównywalne procesy, w których serotonina bierze udział.
Serotonina jest neuroprzekaźnikiem w ośrodkowym układzie nerwowym, powszechnie nazywana “hormonem szczęścia”, ponieważ przyczynia się do zmian w stanie mózgu i jest związana z regulacją nastroju. Badanie wykazało, że serotonina uczestniczy również w skalowaniu bodźców zewnętrznych odbieranych w danej chwili oraz sygnałów w mózgu przesyłanych na bieżąco.
Jak kontrolować uwalnianie serotoniny za pomocą światła
Neurobiolodzy z Uniwersytetu Ruhry przeprowadzili eksperymenty, w których badali przetwarzanie informacji wzrokowych przez korę mózgową. Dzięki temu udało im się odkryć podstawowe mechanizmy procesu uwalniania serotoniny za pomocą światła. w swoich badaniach wykorzystali myszy genetycznie zmodyfikowane, u których można kontrolować proces uwalnianie serotoniny za pomocą światła. Ta linia myszy została stworzona przez Grupa prof. Stefana Herlitze z Katedry Zoologii Ogólnej i Neurobiologii, stworzyła tą linię myszy, aby umożliwić określoną aktywację neuronów serotoninergicznych za pomocą wszczepionych włókien optycznych.
Po połączeniu tej techniki z obrazowaniem optycznym stwierdzono, że rosnący poziom serotoniny w mózgu wzrokowym prowadzi do jednoczesnego tłumienia bieżącej aktywności i aktywności wywoływanej przez bodźce wzrokowe. Dwa rodzaje receptorów odegrały tu istotną rolę. “Zaskoczyło nas to, ponieważ oba receptory są nie tylko współwyrażane w określonych neuronach, ale również szeroko rozmieszczone w różnych typach komórek w mózgu” – mówi Zohre Azimi, pierwsza autorka badania. Receptory te działają oddzielnie, co pozwala na różne sposoby modulowania informacji, które „przenoszą” wewnętrzną komunikację mózgu oraz wywołane sygnały sensoryczne. Niski poziom serotoniny sprzyja wewnętrznej komunikacji w mózgu, a ponieważ utrzymuje się na tym poziomie zazwyczaj w trakcie snu, w nocy, może także pobudzać ważne funkcje snu. “Z drugiej strony, dysfunkcje we wzajemnym oddziaływaniu tych receptorów oznaczają ryzyko przeciążenia wewnętrznych lub zewnętrznych kanałów informacyjnych” – mówi dr Jancke. Na przykład, nieregularne rozmieszczenie receptorów 5-HT spowodowane przez skłonności genetyczne może przejawiać się brakiem równowagi w postrzeganiu świata wewnętrznego i zewnętrznego, podobnie jak w przypadku depresji i autyzmu.
Zrozumieć skutki działania serotoniny
Naukowcy mają nadzieję, że wyniki ich badań pozwolą lepiej zrozumieć, jak serotonina wpływa na podstawowe procesy w mózgu. To badanie może z kolei zapoczątkować przyszłe prace nad lekami skoncentrowanymi na receptorach, które pomogą pacjentom z chorobami psychicznymi związanymi z serotoniną.
Źródło: “Separable gain control of ongoing and evoked activity in the visual cortex by serotonergic input” (eLife)