В нашем мозгу есть главные биологические часы, которые задают ритмы сна и бодрствования всему организму. Ученые впервые нашли способ воздействовать на эти часы. В перспективе открытие поможет лечить сезонную депрессию, облегчать джетлаг и сводить к минимуму вред от работы в ночную смену.

Наши главные биологические часы расположены в супрахиазматическом ядре (СХЯ) головного мозга. СХЯ – маленький участок гипоталамуса, гормональной «фабрики» мозга, – поддерживает суточный цикл сна и бодрствования. Этому циклу подчиняются все биологические процессы: гормональная регуляция, активность мозговых волн, регенерация клеток. Когда биологические ритмы нарушаются, страдает весь организм: работа по ночам приводит к ожирению, расстройствам сердечно-сосудистой системы, раку, от нее даже снижается интеллект. И хотя регуляция ритмов задана изнутри и происходит в мозге, она сильно подвержена влиянию внешних стимулов, таких как свет и температура.

Команде биологов из университета Вандербильта (США) под руководством профессора Дугласа МакМаона (Douglas McMahon) удалось выяснить, где у главных внутренних часов «кнопка перезагрузки». Авторы исследования, опубликованного в журнале Nature Neuroscience, считают, что полученные ими результаты открывают путь к лечению самых разных расстройств, связанных с нарушением суточных (циркадных) ритмов: от сезонной депрессии и джетлага (когда вам все время хочется спать после перелета в другой часовой пояс) до целого спектра проблем со здоровьем, к которым приводит работа в ночную смену.

В ходе экспериментов команда МакМаона обнаружила, что, искусственно стимулируя мозг мышей при помощи лазера, можно влиять на время, когда животные естественным образом просыпаются и засыпают. При этом не нужно менять освещение или еще как-то изменять окружающую среду.

Исследование проводилось именно на мышах, потому что их биологические часы практически идентичны человеческим (только они идут «наоборот», потому что мыши – ночные животные). С помощью генной инженерии ученые вывели две линии грызунов. У зверьков одной линии мозговые клетки содержали светочувствительный белок, который стимулирует нейронную активность при свете. У животных другой линии тот же белок подавлял нейронную активность на свету. Иными словами, одну линию мышей генетически запрограммировали быть ночными животными, а другую – дневными.

Затем исследователи стимулировали нейроны в СХЯ мышей обеих линий, используя лазер и оптоволокно. Техника, называемая оптогенетической, позволяет стимулировать или подавлять нейроны с помощью светового импульса. Сначала в клетки мозга встраивают гены, которые кодируют светочувствительные белки. Когда на такие модифицированные нервные клетки попадает лазерный луч, белки «включаются» и активизируют нейроны. Изменяя возбуждение нейронов в СХЯ с помощью оптогенетики, исследователи смогли перепрограммировать циркадные ритмы мышей, то есть изменить их внутреннее расписание сна и бодрствования.

Как уточняют авторы исследования, исследователи и раньше умели измерять, насколько быстро возбуждаются нейроны в супрахиазматическом ядре, но изменить нейронную активность в этой зоне пока не удавалось никому. Оптогенетическая техника дала такую возможность.

Пока еще рано говорить об использовании этого метода для лечения людей, но авторы уверены, что все идет именно к этому. Команда из университета Вандербильда и другие исследователи двигаются в сторону создания целенаправленных лекарств, которые смогут включать и выключать нейроны в СХЯ и исправлять нарушения суточных ритмов.