两分钟神经科学:褪黑素

褪黑激素是5 -羟色胺最著名的角色是激素。在这段视频中,我将讨论褪黑素的各个方面,包括它的合成、功能和受体。

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2分钟神经科学:视交叉上核

视交叉上核(SCN)被认为与维护有关昼夜节律或遵循24小时周期的生物模式。为实现这一点,SCN的细胞含有生物钟。在该视频中,我讨论驱动哺乳动物SCN细胞中生物钟的分子机制,以及基因表达的循环如何允许这些细胞的活性遵循24小时图案。

你可以读到更多关于视交叉上核的内容了解你的大脑这篇文章

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让灯光:光线如何影响我们的心情

如果你想知道人类生理机能与人类进化所处的环境有多么复杂的联系,你只需要看看我们的生物钟。因为,我们身体的内部环境是由24小时的周期调节的,这与地球绕地轴旋转一次的时间非常相似。此外,这些周期是由与该周期相关的外部环境的变化(例如日光水平的波动)形成的。事实上,这个24小时的周期调节着从睡眠到新陈代谢到荷尔蒙释放的一切,它是如此精细,即使在没有环境提示的情况下也能继续。换句话说,即使你把一个人放在一个没有窗户看太阳升起和落下的房间里,也没有时钟知道时间,他将保持大约24小时的正常昼夜节律

然而,尽管昼夜节律持续存在于缺乏环境暗示的能力,但我们的身体时钟对外部环境中的光线非常敏感。它使用有关照明级别的信息来同步日光小时和夜间功能发生在日光小时内发生的昼夜生理功能。因此,环境中存在或不存在光是否可以指示促进清醒或睡眠的系统应该被激活。以这种方式,环境光(或缺乏)变为可以导致启动生物功能阵列的重要信号。

因此,环境照明的异常(例如,当身体的生物钟预期天黑时,却亮了)会对生理功能产生普遍的干扰作用就不足为奇了。事实上,光照水平的意外变化与睡眠障碍、认知异常甚至情绪障碍有关。许多这些问题被认为是由于昼夜节律与环境光线不一致造成的;然而,现在人们也认识到,光能够直接影响情绪,而不首先影响昼夜节律。

光探测生理学

为了让光线能够影响24小时的生物钟,环境中有关光线的信息必须首先传达给大脑。在非哺乳动物脊椎动物(如鱼类、两栖动物)中,有眼睛外部的感光细胞可以完成这项任务。例如,有些动物像蜥蜴在头部顶部的皮肤下方有一个光素区域。这个区域,有时被称为第三只眼,响应光的刺激,并将关于环境中的光的信息发送到参与调节昼夜节律的大脑的区域。

然而,在人类和其他哺乳动物中,眼睛似乎是将光信息传递到大脑的主要设备——即使这些信息在图像形成过程中没有使用。事实上有些人盲人患者能够维持昼夜节律,并表现出与昼夜节律相关的生理变化响应于光刺激表明,用于检测非图像形成功能的光的视网膜机制可能涉及除传统的感光体之外的细胞(即棒和锥体)。虽然到大约十年前,但据认为,杆和锥是视网膜中唯一的光素细胞,现在认为可能存在第三类光接收细胞。这些细胞称为本质上光接收的视网膜神经节细胞(IPRGC),可以独立于杆和锥体响应光。他们被认为在有意识的景象和图像形成中具有有限的作用,但它们可能在向大脑传输有关环境光的信息时发挥重要组成部分。

iprgc投射到大脑的各个区域,这些区域被认为与昼夜节律的协调有关,但它们最重要的联系是suprachiasmatic nuclei(scn)。SCN是发现的配对结构下丘脑每个含有约10,000个神经元。尽管10000个神经元与大脑的其他区域相比是一个相对微不足道的数字,但这20000个神经元构成了通常被称为身体的“主时钟”。通过一种巧妙的机制,包括基因转录和抑制周期(看这里有关此机制的更多信息,SCN的单元独立地显示昼夜活动模式,充当身体的可靠计时器。来自SCN到各种其他大脑区域的预测负责协调整个大脑的昼夜活动。

虽然SCN中的细胞能够自己维护昼夜节律,但它们需要来自外部环境的信息,使其振荡活动与太阳日相匹配。这是IPRGC的输入进入的地方;提供了大部分此输入通过直接从视网膜行进到SCN的途径被称为retinohypothalamic束。这条道用途谷氨酸发出信号,当外部环境有光时通知SCN,确保有日光时SCN活动处于昼间阶段。

因此,有一个复杂的机制负责维持生理活动的24小时时间表,并使昼夜周期与外部世界真正发生的事情相匹配。然而,当这种机器的操作以某种方式中断时,就会导致各种各样的问题。

光线对情绪的间接影响

大脑已经进化出了一些机制,使昼夜节律与太阳日保持同步。然而,当外部环境中的光照时间发生快速变化时,可能会导致昼夜节律的去同步化。这种不同步似乎对认知和情绪产生了破坏性影响;因此,这些影响被描述为光对情绪的间接影响,因为光必须首先影响昼夜节律,而昼夜节律又反过来影响情绪。

中天旅行和轮班工作

在快速的传播者旅行期间发生这种类型的昼夜昼夜破坏的例子,例如从纽约飞往加利福尼亚州。交叉多时区导致身体的时钟与太阳日变得不安;在从纽约飞行到加利福尼亚州的案例,身体将期望太阳在新时区实际上才能下降三个小时。这可能导致一个俗称射流滞后的条件,但是通过暗示昼夜戒断的术语,医学上称为:解除同步或昼夜节律。

经中天旅行会导致一些认知和身体症状。事后睡眠障碍是很常见的,以及其他情绪紊乱,比如易怒和疲劳。像头痛一样的身体投诉也经常发生,研究发现了接受的个人经中天旅行随后表现出身体性能和耐力下降。传统的旅行甚至被发现延缓排卵,扰乱月经周期在女性。一项研究发现航空公司的工作人员谁暴露于经子午线旅行4年表现出认知能力缺陷这表明,时差可能会对认知产生累积效应。

暴露在夜间高强度光照下的个体(如上夜班的人)也会出现类似的认知和生理功能紊乱。那些在夜间醒来并试图在白天睡觉的人通常会出现睡眠障碍相关联与认知障碍甚至抑郁症状。由于轮班工作而持续的睡眠/觉醒周期中断的长期影响包括各种负面后果,包括癌症的风险增加

季节性情绪失调

在一些抑郁症的病例中,症状在秋冬季日照时间变短时开始出现。这些症状通常春季或夏季减少,每年重复发生。这种季节性波动的抑郁症状被称为季节性情感障碍(SAD),而昼夜节律被认为是这种痛苦的核心。主要的假设病因学研究表明,SAD与昼夜节律的不同步有关,这种不同步是由白天长度的季节性变化引起的。

根据这一假设,在悲伤的昼夜节律的患者中,当太阳在冬季后来时,受到轻微的影响。然而,一些循环(如睡眠 - 唤醒循环)并没有以相同的方式延迟,导致生物节奏和SCN的昼夜振荡之间的去同步。一种治疗令人遗憾的方法已经证明了承诺让病人在早晨暴露在明亮的人造光下。这是为了模拟患者在春季和夏季接受的晨光照射类型,并可能改变他们的昼夜节律(通过视网膜下丘脑束——见上文),以恢复同步。的确,研究发现亮光疗法和氟西汀(百忧解)一样有效在治疗SAD病人方面。

光明对情绪的直接影响

在到目前为止讨论的实施例中,假设光曝光以导致由于它可以在昼夜节律上具有的效果导致情绪的变化。然而,它也认识到,光线暴露可能能够直接改变认知和情绪。这些效果的机制仍然很清楚,但阐明它们可能会进一步帮助我们理解光线如何涉及情绪障碍。

这一领域的第一批研究发现,暴露在强光下减少困倦,提高警觉性,提高精神运动警觉任务的表现。最近,人们观察到暴露在蓝色波长的光下涉及执行功能的大脑的激活区域;另一项研究发现,暴露在蓝色波长下光线增加了大脑杏仁核和下丘脑等区域的活动在加工情绪刺激期间。

虽然目前还不清楚这些对大脑活动的直接影响在功能方面意味着什么,但人们意识到蓝色波长光的潜在影响,已经开始调查睡前使用电子设备可能会如何影响睡眠。研究结果让我们这些喜欢在睡前使用电脑、电话或电子阅读器的人感到痛心最近的研究发现,睡前阅读几个小时的电子阅读器会导致入睡困难并在早上减少警觉性以及昼夜时钟时机的延迟。

因此,光线似乎确实能够直接影响认知和情绪,而且影响范围可能惊人地广泛。有趣的是,这些类型的影响在对盲人的研究中也被观察到,这表明光线暴露的直接效应(如间接效应)可能由视网膜中非图像形成细胞(如ipRGCs)发送的信息触发。尽管这是一种光可以在不首先影响昼夜节律的情况下影响情绪的途径,然而,有证据表明昼夜节律仍然可以缓和这种影响,如光的直接效果可能因一天中暴露的时间而不同

光强大的影响力

对光线对大脑影响的研究发现,光线暴露在影响情绪和认知方面具有潜在的重要作用。然而,关于光如何能够产生这些类型的效应,仍然有很多东西需要了解。然而,这一重要的研究领域揭示了(没有双关语的意思)一个以前未被考虑的情绪障碍的病因因素。此外,人们已经开始意识到,即使在睡前使用电子设备等看似无害的活动中,光线也可能产生影响。当人们考虑到阳光在人类生存中扮演的重要角色时,我们的身体功能与太阳日的时间如此紧密地交织在一起就说得通了。也许令人惊讶的是,人工照明的出现让我们相信,我们可以克服这种关系的影响。然而,最近的研究表明,我们与日光的联系比我们想象的更强大。

LeGates, T., Fernandez, D., & Hattar, S.(2014)。光作为昼夜节律、睡眠和影响的中枢调节器《自然评论神经科学》,15分(7), 443 - 454 DOI:10.1038 / nrn3743