Način na koji mozak reguliše veličinu zenice razlikuje se od onoga što se ranije mislilo: fundamentalno odgovoran je neurotransmiter oreksin, kao što su istraživači sa ETH Ciriha sada pokazali. Ovo otkriće bi moglo da promeni naše razumevanje svesti i bolesti kao što su narkolepsija i Alchajmerova bolest. Studija je objavljena u časopisu Nature Neuroscience.
„Efekat je bio toliko jak da smo odmah znali da smo na nečemu važnom“, priseća se Nikola Grujić, postdoktor u Laboratoriji za neurobihejvioralnu dinamiku na ETH Cirihu. Kroz seriju početnih eksperimenata na miševima, proučavao je ono što je poznato kao oreksin neuroni, jedno od glavnih oblasti istraživanja laboratorije. Primetio je da stimulisanje nervnih ćelija izaziva primetno širenje zenica miševa. „Prilično često se efekti neurostimulacije gube u buci podataka merenja, koje onda moramo pažljivo da filtriramo da bismo ih pronašli. Ovaj put je bilo drugačije. Efekat je bio jasan“, kaže on.
Prvi put opisani 1998. godine, neuroni oreksina se protežu od hipotalamusa do svih drugih oblasti mozga, uključujući one koje kontrolišu svest i autonomne funkcije. Ovi neuroni su uključeni u regulisanje promene spavanja i buđenja, raspona pažnje, sistema nagrađivanja, apetita i potrošnje energije, između ostalog.
Kako su Grujićeva merenja pokazala, neuroni oreksina direktno utiču na centralnu karakteristiku emocionalnog stanja pojedinca: nisu samo svetlosni stimulansi ti koji izazivaju promenu veličine zenica, već i mentalno naprezanje i emocionalni utisci. Prikladno nazvani u narodnom jeziku kao prozori u dušu, zenice se rutinski koriste u medicinskim i psihološkim pregledima. Veličina zenice može da obezbedi metriku pažnje i drugih nesvesno kontrolisanih funkcija organizma.
Do sada se smatralo da je glavna odrednica veličine zenice pored svetlosti noradrenalin — poznat kao hormon stresa — i njegov sistem receptora. Ali sada su istraživači ETH pokazali da umesto toga ovu ulogu treba pripisati neurotransmiteru oreksinu i njegovom sistemu receptora. Noradrenalinski neuroni zapravo nisu u stanju da održe normalno stanje zenice bez oreksin nervnih ćelija. Ako je oreksin sistem isključen, zenice ostaju previše sužene. „U suštini, noradrenalinski neuroni su robovi neurona oreksina“, kaže profesor ETH Denis Burdakov.
U svojim eksperimentima, istraživači su takođe uspostavili vezu zavisnu od doze između aktivnosti nervnih ćelija i prečnika zenice. „Zenice nam tačno pokazuju koliko su aktivni neuroni oreksina u hipotalamusu“, kaže Burdakov.
Pored toga što istraživačima mozga pruža novi način merenja aktivnosti oreksina, ovo otvara nove puteve za medicinski tretman. Postoji dugo uspostavljena veza između poremećaja u regulaciji oreksina i poremećaja spavanja narkolepsije. Nedavno su, međutim, primećene veze sa drugim neurološkim stanjima kao što su Alchajmerova bolest, moždani udar i genetski poremećaj Prader-Vilijev sindrom. U ovom poslednjem stanju, kvar u diencefalonu, ili međumozgu – gde se nalazi hipotalamus – dovodi do teških fizičkih, kognitivnih i metaboličkih simptoma.
Sva četiri ova stanja imaju komponentu poremećaja spavanja. U budućnosti bi ispitivanje veličine zenice moglo pomoći preciznijem istraživanju uticaja oreksina na ova stanja – i možda čak pojednostaviti i poboljšati dijagnozu, kaže Burdakov. U ovom trenutku, dijagnostikovanje narkolepsije i dalje zahteva lumbalnu punkciju, što je invazivna procedura.
Kao neuronaučnik, Grujić svoje otkriće vidi uglavnom kao ključ za bolje razumevanje načina na koji su regulisane osnovne funkcije naše svesti. „Postizanje ravnoteže između fokusiranja na poznato i dopuštanja našim mislima da lutaju i istražuju svet oko nas je suštinski deo naše sposobnosti da se prilagodimo novim situacijama“, kaže on. Prevalencija i opseg poremećaja pažnje koji se danas dijagnostikuje pokazuje koliko teško može biti održavanje ove ravnoteže, kaže Grujić.
Oreksin je jedan od nekoliko neuromodulatornih sistema (drugi uključuju noradrenalin i serotonin) koji regulišu ovu ravnotežu. Ovi sistemi menjaju ravnotežu na ovaj ili onaj način u zavisnosti od potreba organizma. U ranim danima ljudske evolucije, na primer, gladni lovci-sakupljači morali su da bacaju okolo u potrazi za izvorom hrane. Ako su bili nagrađeni otkrićem nečega za jelo, onda su morali da prebace fokus na svoju okolinu kako bi mogli da špijuniraju više hrane. A kada su rani ljudi konačno bili siti, mogli su da usmere pažnju na zadovoljenje svojih drugih potreba.
U svom proučavanju neurona oreksina, Burdakovljeva istraživačka grupa je uspela da identifikuje podgrupe koje su uključene u različite neuronske funkcije, a time i u različite komponente ove ravnoteže. Koristeći posebnu vrstu fluorescentne mikroskopije, naučnici su posmatrali reakciju pojedinačnih neurona oreksina kod miševa i uporedili ovo sa fluktuacijama u veličini zenice. Koristili su dvofotonsku mikroskopiju, koja omogućava posmatranje aktivnosti pojedinih ćelija u mozgu.
Istraživači su otkrili neurone čija je aktivnost u pozitivnoj korelaciji sa veličinom zenice – a time i sa nivoom uzbuđenja miša – i druge čija je aktivnost u negativnoj korelaciji. Takođe su naišli na neke ćelije koje su uticale na veličinu zenice i reagovale na nagrade, kao i na druge koje su bile povezane samo sa jednim od dva faktora.
Identifikacija ovih specijalizovanih podskupova unutar oreksin neurona pruža početni uvid u načine na koje su oni povezani da podrže centralne funkcije naše svesti. Štaviše, Grujić kaže da ga uticaj oreksina na mnoštvo različitih stanja ponašanja – od pažnje, promene spavanja i budnosti i traženja nagrade do apetita i potrošnje energije – čini glavnim kandidatom za njihovu regulaciju na višem nivou.
Nalazi istraživača ETH otvaraju vrata mnogim drugim putevima naučnog istraživanja u vezi sa identifikacijom dodatnih neuronskih podskupova i načina na koji oni interaguju – kako jedni sa drugima, tako i sa sistemima serotonina i noradrenalina.
Istraživači pretpostavljaju da će odgovaranje na takva pitanja dovesti ne samo do daleko detaljnijeg razumevanja toga kako su naše vitalne funkcije regulisane. Oni takođe predviđaju koristi u dijagnostici i lečenju poremećaja pažnje i spavanja i srodnih stanja. I kao što sugerišu primeri Alchajmerove bolesti i moždanog udara, ove koristi bi mogle biti veće nego što se na prvi pogled čini.
