Bagaimana perubahan panjang hari mengubah otak dan perilaku selanjutnya

Ringkasan: Neuron di nukleus suprachiasmatic berkoordinasi untuk beradaptasi dengan panjang siang hari yang berbeda yang berubah pada tingkat seluler dan jaringan. Neuron berubah dalam pencampuran dan ekspresi dopamin, mengubah aktivitas otak dan, sebagai hasilnya, perilaku rutin sehari-hari.

Sumber: UCSD

Perubahan cahaya musiman – hari yang lebih panjang di musim panas, hari yang lebih pendek di musim dingin – telah lama dikaitkan dengan perilaku manusia, yang memengaruhi segala hal mulai dari kebiasaan tidur dan makan hingga aktivitas otak dan hormon.

Seasonal Affective Disorder (SAD) adalah contoh utama: jenis depresi yang terkait dengan penurunan paparan sinar matahari alami, yang biasanya terjadi selama bulan-bulan musim dingin, dan lebih umum di lintang yang lebih tinggi, ketika siang hari paling pendek.

Terapi cahaya telah terbukti menjadi cara yang efektif untuk mengobati SAD dan penyakit seperti depresi berat non-musiman, depresi pascamelahirkan dan gangguan bipolar, tetapi bagaimana perubahan musiman dalam panjang hari dan paparan cahaya mempengaruhi dan mengubah otak pada tingkat seluler dan sirkuit. telah meninggalkan sebagian besar ilmuwan dalam kegelapan yang gelap.

Dalam sebuah studi baru yang diterbitkan 2 September 2022, di kemajuan ilmiahpeneliti di University of California San Diego School of Medicine menggunakan model tikus untuk menjelaskan proses di mana neuron yang terpengaruh mengubah ekspresi neurotransmitter sebagai respons terhadap rangsangan harian dan memicu perubahan perilaku terkait.

Pekerjaan ini dipimpin oleh penulis studi senior Davide Dulcis, Ph.D., seorang profesor di Departemen Psikiatri di UC San Diego School of Medicine dan anggota Pusat Biologi Sirkadian di UC San Diego.

Tersembunyi di hipotalamus otak manusia adalah struktur kecil yang disebut nukleus suprachiasmatic (SCN), masing-masing terdiri dari sekitar 20.000 neuron. (Otak manusia rata-rata mengandung sekitar 86 miliar neuron dan tambahan 85 miliar sel non-saraf.)

SCN adalah penunjuk waktu tubuh yang mengatur sebagian besar ritme sirkadian — perubahan fisik, mental, dan perilaku yang mengikuti siklus 24 jam dan memengaruhi segalanya mulai dari metabolisme dan suhu tubuh hingga pelepasan hormon.

SCN bekerja berdasarkan masukan dari sel peka cahaya khusus di retina, yang mengkomunikasikan perubahan cahaya dan panjang hari ke tubuh kita.

Dalam studi baru, Dulcis dan rekan menjelaskan bagaimana neuron SCN berkoordinasi satu sama lain untuk beradaptasi dengan panjang siang hari yang berbeda, yang berubah pada tingkat seluler dan jaringan. Secara khusus, mereka menemukan bahwa pada tikus, yang otaknya berfungsi mirip dengan manusia, neuron mengubah campuran dan ekspresi neurotransmiter kunci, yang pada gilirannya mengubah aktivitas otak dan perilaku sehari-hari berikutnya.

Perubahan musiman dalam paparan cahaya juga telah terbukti mengubah jumlah neuron pengekspresi neurotransmiter di nukleus paraventrikular (PVN), wilayah otak yang memiliki peran penting dalam pengendalian stres, metabolisme, pertumbuhan, reproduksi, kekebalan dan lain-lain. fungsi otonom memainkan.

“Hasil baru yang paling mengesankan dari penelitian ini adalah kami menemukan cara memanipulasi aktivitas neuron SCN tertentu secara artifisial dan berhasil menginduksi ekspresi dopamin dalam jaringan PVN hipotalamus,” kata Dulcis.

“Kami menemukan adaptasi molekuler baru dari jaringan SCN-PVN sebagai respons terhadap panjang hari dalam adaptasi fungsi hipotalamus dan perilaku sehari-hari,” tambah penulis pertama Alexandra Porca, Ph.D., anggota lab Dulcis.

“Pengalihan neurotransmiter multisinaptik yang kami tunjukkan dalam penelitian ini dapat mewakili hubungan anatomis/fungsional yang memediasi perubahan suasana hati musiman dan efek terapi cahaya.”

Para penulis mengusulkan bahwa temuan mereka memberikan mekanisme baru yang menjelaskan bagaimana otak beradaptasi dengan perubahan musiman dalam paparan cahaya. Dan karena adaptasi terjadi pada neuron yang terlokalisasi secara eksklusif di SCN, yang terakhir merupakan target yang menjanjikan untuk perawatan baru untuk penyakit yang terkait dengan perubahan musiman dalam paparan cahaya.

Tentang berita ini dari penelitian ilmu saraf

Pengarang: Scott LaFee
Sumber: UCSD
Kontak: Scott LaFee-UCSD
Gambar: Gambar dikaitkan dengan Institut Nasional Ilmu Kedokteran Umum

Lihat juga

Penelitian asli: Akses terbuka.
“Perubahan musiman dalam panjang hari menginduksi peralihan neurotransmitter multisinaptik untuk mengatur aktivitas dan perilaku jaringan hipotalamus“ oleh Alessandra Porcu dkk. kemajuan ilmiah

abstrak

Perubahan musiman dalam panjang hari menginduksi peralihan neurotransmitter multisinaptik untuk mengatur aktivitas dan perilaku jaringan hipotalamus

Perubahan musiman dalam panjang hari (fotoperiode) mempengaruhi banyak fungsi fisiologis. Nukleus suprachiasmatic (SCN) – nukleus paraventrikular (PVN) axis memainkan peran kunci dalam memproses informasi terkait fotoperiode.

Variasi musiman dalam ekspresi neurotransmitter SCN dan PVN telah diamati pada model manusia dan hewan. Namun, mekanisme molekuler di mana jaringan SCN-PVN merespons fotoperiode yang diubah tidak diketahui.

Di sini kami menunjukkan pada tikus bahwa neuron neuromedin S (NMS) dan polipeptida usus vasoaktif (VIP) di SCN menunjukkan plastisitas neurotransmitter yang diinduksi fotoperiode.

Rekaman dinamika kalsium in vivo menunjukkan bahwa neuron NMS mengubah aktivitas jaringan PVN sebagai respons terhadap fotoperiode musim dingin. Manipulasi kronis neuron NMS cukup untuk menginduksi neurotransmitter switching di neuron PVN dan mempengaruhi aktivitas lokomotor.

Hasil kami mengungkapkan adaptasi molekuler yang sebelumnya tidak teridentifikasi dari jaringan SCN-PVN sebagai respons terhadap musim dan peran neuron NMS dalam adaptasi fungsi hipotalamus terhadap panjang hari melalui pengalihan neurotransmitter multisinaptik terkoordinasi yang memengaruhi perilaku.