«В этом исследовании используется мощная модельная система сети циркадных часов мух, чтобы продемонстрировать, как температурные сигналы окружающей среды используются для управления временем и продолжительностью сна», — сказала Джанет Хе, доктор философии, программный директор NINDS.Циркадные часы — это фундаментальный процесс, обнаруживаемый почти в каждом живом организме, который координирует поведение во сне с изменениями в окружающей среде. Связь между световым / темным циклом и наступлением сна хорошо известна; однако изменения температуры, по-видимому, также влияют на режим сна у людей.
«Часы, обнаруженные у мух более 30 лет назад, по сути совпадают с часами, обнаруженными в человеческом мозге», — сказал Ори Шафер, доктор философии, доцент Университета Мичигана в Анн-Арборе и старший автор этого исследования. «Исследования циркадных часов — прекрасные примеры того, как муха может рассказать нам важные вещи о том, как работает наше тело».Используя специальный флуоресцентный белок, который меняет цвет с зеленого на красный при срабатывании нейронов, доктор Шафер и его команда наблюдали за активностью различных частей циркадных часов мозга мух, когда они повышали или понижали окружающую температуру. К их удивлению, область циркадных часов мозга мух, называемая DN1p, увеличивала свою активность при охлаждении и становилась менее активной при нагревании.«Мы знали, что свет возбуждает циркадные часы в целом, и что свет и тепло обычно усиливаются одновременно, поэтому было совершенно неожиданно найти область часов, которая увеличивала свою активность в ответ на охлаждение», — сказал доктор Шафер.
Как показывает опыт любого, кто путешествовал по часовым поясам, циркадные часы можно «сбрасывать» с течением времени в ответ на новые дневные / световые циклы. Часы мух можно переобучить на новые циклы света или температуры, поэтому доктор Шафер и его коллеги затем посмотрели, участвует ли DN1p в сбросе часов на новый цикл нагрева / охлаждения.
Поскольку нейроны DN1p считаются способствующими сну, исследователи заблокировали их активность или устранили их генетически. И то, и другое повлияло на способность мух переобучать цикл сна в ответ на изменения температуры, подчеркивая важность DN1p для контроля поведения во сне.«Поскольку тела мух полупрозрачны, их тактовые нейроны могут напрямую реагировать на свет», — сказал доктор Шафер. «Затем мы спросили, работает ли температура таким же образом или требуются внешние органы».У мух температуру могут определять непосредственно нейроны мозга или нервные импульсы от органов чувств в теле.
Чтобы провести различие между ними, исследователи генетически манипулировали или физически удалили органы чувств и обнаружили, что нейроны DN1p больше не реагируют на изменения температуры. Это означало, что часы интерпретируют температурные сигналы от тела, а не определяют изменения температуры напрямую.Циркадные часы более крупных животных и людей также чувствительны к изменениям температуры и из-за их большего размера требуют ввода данных от внешних органов чувств.
Тот факт, что, несмотря на свой небольшой размер, летучие часы также полагаются на датчики температуры вне мозга, предполагает, что результаты этого исследования могут иметь широкое значение для контроля сна у людей.Финансирование этого исследования было предоставлено NINDS (NS077933), Национальным научным фондом и Фондом рака Дэймона Руньона.