In che modo il tuo orologio circadiano tiene traccia delle stagioni?

Fonte: Elena Zajchikova / Shutterstock

Fino ad ora, la specifica neurobiologia di come i nostri orologi circadiani tengono traccia delle stagioni è stata un mistero. Recentemente, i ricercatori guidati da Toru Takumi presso il RIKEN Brain Science Institute in Giappone hanno scoperto un meccanismo chiave che spiega come il cervello utilizza i ritmi circadiani e la durata del giorno per sincronizzarsi con le stagioni.

Lo studio del giugno 2015, "Accoppiamento repulsivo mediato da GABA tra neuroni circadiani dell'orologio nell'SCN Encodes Seasonal Time", è stato pubblicato negli Atti della National Academy of Sciences .

Nel nuovo studio, i ricercatori hanno identificato un meccanismo che codifica per la lunghezza di un giorno nella rete neuronale del nucleo soprachiasmatico (SCN). I ricercatori sono stati in grado di identificare come i meccanismi circadiani dell'orologio nel cervello codificano i cambiamenti stagionali in base alla quantità di ore di luce del giorno.

Il Nucleo Suprachiasmatico (SCN) è il Master Clock Circadiano

Il nucleo soprachiasmatico è il nostro maestro orologio circadiano. L'SCN è anche un orologio stagionale che misura la lunghezza della luce diurna. Il cervello umano tiene traccia delle stagioni utilizzando lo stesso nucleo di neuroni che regolano i ritmi circadiani.

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Fonte: Istituto nazionale della sanità / Dominio pubblico

L'SCN contiene circa 20.000 cellule nervose e si trova nell'ipotalamo. L'SCN prende le informazioni sulla lunghezza del giorno e della notte dalla retina, la interpreta e la trasmette alla ghiandola pineale. In risposta a questi segnali dal SCN, la ghiandola pineale secerne l'ormone melatonina.

La secrezione di melatonina alza di notte e diminuisce durante il giorno che guida il nostro ciclo di sonno e veglia. La distruzione del SCN provoca la completa assenza di un ciclo prevedibile di sonno e veglia.

Che guida i ritmi circadiani?

I ritmi circadiani sono prodotti da fattori naturali all'interno del corpo, ma sono principalmente guidati dall'esposizione alla luce. Le interruzioni dei ritmi circadiani sono direttamente collegate ai disturbi del sonno. Ritmi circadiani anormali sono stati anche associati a obesità, diabete, depressione, disturbo bipolare e affettivo stagionale (SAD).

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L'esposizione alla luce solare accende e spegne i geni che controllano l'orologio circadiano. È interessante notare che i ricercatori di RIKEN hanno scoperto che non tutti i neuroni della SCN marciavano alla stessa velocità. Due regioni nell'SCN sono leggermente fuori sincronia, e con l'aumentare della lunghezza della giornata, aumenta anche lo sfasamento tra queste regioni.

Fonte: per gentile concessione di RIKEN

In un comunicato stampa, il capo autar Jihwan Myung ha detto: "Proprio come negli altri animali, i nostri corpi tengono traccia delle stagioni. Cambiamenti improvvisi nella lunghezza del giorno stagionale possono causare gravi disturbi dell'umore in alcuni individui. Capire come regolare il nostro orologio stagionale interno potrebbe portare a modi efficaci per aiutare le persone i cui orologi interni sono stati interrotti ".

I ricercatori hanno scoperto che l'SCN divide le oscillazioni dell'orologio circadiano in due gruppi che corrispondono alla lunghezza del giorno. Lo studio riporta che la distribuzione del cloruro attraverso la SCN innesca questi cambiamenti.

Più specificamente, i ricercatori hanno scoperto che il neurotrasmettitore GABA svolge un ruolo importante in questo processo. Nella maggior parte dei casi, il GABA inibisce l'attività dei neuroni. Tuttavia, alcuni neuroni SCN sono effettivamente eccitati da GABA.

Myung spiega: "Il GABA diventa eccitatorio quando i livelli di cloro all'interno dei neuroni sono alti. Sospettavamo che i cambiamenti nella funzione GABA attraverso l'SCN potessero rappresentare la forza repulsiva che spinge questi due gruppi di neuroni fuori fase. "La stima dell'accoppiamento da parte dei ricercatori ha rivelato che la rete SCN ha accoppiamenti che possono essere" attraenti alla fase "(sincronizzanti ) o "fase-repulsiva" (desincronizzazione).

Milioni di persone affette da disturbo affettivo stagionale (SAD)

Disturbo affettivo stagionale è innescato da cambiamenti nelle ore diurne e può portare a sintomi depressivi in ​​inverno, e aumento dell'ansia in estate. Soffri di SAD?

Il trattamento per la SAD include spesso la terapia della luce, nota anche come "fototerapia". I pazienti che utilizzano la terapia della luce hanno generalmente benefici durante la prima settimana. La maggior parte degli studi ha rilevato che la terapia della luce è più efficace se usata come trattamento stagionale che dura diverse settimane fino a quando non è possibile l'esposizione alla luce naturale.

I neuroscienziati non sono sicuri dei meccanismi esatti che causano il SAD. Una teoria è che il SAD è innescato da una mancanza di serotonina. Un'altra teoria è che il SAD potrebbe essere il risultato di un'eccessiva melatonina prodotta durante i giorni invernali. Normalmente, i livelli di melatonina iniziano a salire nel tardo pomeriggio fino a sera, rimangono alti per tutta la notte e poi cadono nelle prime ore del mattino prima di svegliarsi.

Conclusione: Optogenetics può resettare l'orologio circadiano in un laboratorio

Tradizionalmente, i neuroscienziati ritenevano che il tasso di attivazione dei neuroni SCN fosse strettamente determinato dall'uscita dall'attività dell'orologio circadiano. Recentemente, i ricercatori della Vanderbilt University sono stati in grado di stimolare o sopprimere i neuroni della SCN in un modo che emula i loro livelli di attività diurni e notturni. Ciò ha permesso ai ricercatori di ripristinare l'orologio circadiano nei topi.

Lo studio del febbraio 2015 pubblicato sulla rivista Nature Neuroscience ha riportato che la manipolazione dei tassi di attivazione del neurone dell'orologio circadiano usando optogenetica può ripristinare l'orologio circadiano. Optogenetics inserisce geni che esprimono proteine ​​otticamente sensibili in cellule bersaglio che poi rendono le cellule rispondono alla luce.

In un comunicato stampa, Douglas McMahon, autore principale dello studio, ha dichiarato: "Abbiamo scoperto che possiamo modificare i ritmi sonno / veglia di un animale stimolando artificialmente i neuroni nell'orologio biologico principale, che si trova in un'area del cervello chiamata sovraciasmatico nucleo (SCN), con un laser e una fibra ottica. "

Jeff Jones, che ha condotto lo studio con il collega dottorando Michael Tackenberg, ha aggiunto: "Questo mette i neuroni dell'orologio sotto il nostro controllo per la prima volta". Sebbene questo studio sia stato condotto sui topi, i ricercatori sono ottimisti sul fatto che l'optogenetica di qualche giorno potrebbe essere usata come terapia per interruzioni dell'orologio circadiano negli esseri umani.

Se vuoi leggere di più su questo argomento controlla i miei post di Psychology Today :

• "Ritmi circadiani legati all'invecchiamento e al benessere"
• "L'optogenetica consente ai neuroscienziati di attivare e disattivare la paura"
• "L'esposizione alla luce naturale migliora le prestazioni sul posto di lavoro"
• "Perché un campeggio fa un viaggio all'ultimo malato di insonnia?"
• "I neuroscienziati scoprono come impariamo quando dormiamo"

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