Новое исследование на крысах показало, что набор сигналов мозга, помогающих формировать воспоминания, также может влиять на уровень сахара в крови.
Исследователи из Медицинской школы им. Гроссмана при Нью-Йоркском университете обнаружили, что специфический сигнальный паттерн в области мозга, называемый гиппокампом, связанный в прошлых исследованиях с формированием памяти, также влияет на метаболизм, процесс, посредством которого пищевые питательные вещества превращаются в сахар крови (глюкозу) и поставляются в клетки как источник энергии.
Исследование вращается вокруг клеток мозга, называемых нейронами, которые "Огонь" (генерировать электрические импульсы) для передачи сообщений. В последние годы исследователи обнаружили, что популяции нейронов гиппокампа срабатывают с интервалом в несколько миллисекунд друг от друга циклами "резкая волновая рябь" за форму, которую он принимает при графическом изображении с помощью ЭЭГ, технологии, которая регистрирует активность мозга с помощью электродов.
Новое исследование, опубликованное в журнале Nature 11 августа, показало, что за скоплениями резкой волновой ряби в гиппокампе в течение нескольких минут достоверно следовало снижение уровня сахара в крови в организме крыс. Хотя детали необходимо подтвердить, результаты показывают, что рябь может регулировать время высвобождения гормонов, возможно, включая инсулин, поджелудочной железой и печенью, а также других гормонов гипофизом.
"Наше исследование является первым, показывающим, как кластеры клеток мозга, активируемые в гиппокампе, могут напрямую регулировать метаболизм," говорит старший автор исследования Дьердь Бужаки, MD, Ph.D., профессор Биггса на кафедре неврологии и физиологии NYU Langone Health
"Мы не говорим, что гиппокамп является единственным участником этого процесса, но что мозг может иметь право голоса в этом через резкую волновую рябь," говорит Бужаки, также преподаватель Института неврологии в Нью-Йоркском университете в Лангоне.
Известно, что уровень сахара в крови поддерживается на нормальном уровне, инсулин выделяется клетками поджелудочной железы не постоянно, а периодически, скачкообразно. Поскольку резкая волновая рябь в основном возникает во время сна с медленным движением глаз (NREM), влияние нарушения сна на резкую волновую рябь может обеспечить механистическую связь между плохим сном и высоким уровнем сахара в крови, наблюдаемым при диабете 2 типа, говорят авторы исследования.
Предыдущая работа команды Бузаки предполагала, что резкая волновая рябь участвует в постоянном хранении воспоминаний каждого дня в ту же ночь во время медленного сна, а его исследование 2019 года показало, что крысы быстрее учились перемещаться по лабиринту, когда рябь была экспериментально продлена.
"Имеющиеся данные свидетельствуют о том, что мозг эволюционировал из соображений эффективности, чтобы использовать одни и те же сигналы для достижения двух очень разных функций с точки зрения памяти и гормональной регуляции," говорит автор соответствующего исследования Дэвид Тингли, доктор философии.D., постдокторант в лаборатории Бузаки.
Двойная роль
По словам исследователей, гиппокамп является подходящей областью мозга для выполнения множества ролей, поскольку он связан с другими областями мозга и потому, что нейроны гиппокампа имеют множество поверхностных белков (рецепторов), чувствительных к уровню гормонов, поэтому они могут регулировать свою активность как часть петли обратной связи. Новые результаты показывают, что рябь в гиппокампе снижает уровень глюкозы в крови как часть такой петли.
"Животные могли сначала разработать систему для управления высвобождением гормонов в ритмических циклах, но затем применили тот же механизм к памяти, когда позже у них развился более сложный мозг," добавляет Тингли.
Данные исследования также предполагают, что сигналы резкой волновой ряби гиппокампа передаются в гипоталамус, который, как известно, иннервирует и влияет на поджелудочную железу и печень, но через промежуточную структуру мозга, называемую боковой перегородкой. Исследователи обнаружили, что рябь может влиять на боковую перегородку только по амплитуде (степень, с которой нейроны гиппокампа активируются одновременно), а не по порядку, в котором сочетаются рябь, которая может кодировать воспоминания, когда их сигналы достигают коры головного мозга.
В соответствии с этой теорией, кратковременные колебания, возникающие группами более 30 в минуту, как это видно во время медленного сна, вызывали снижение периферических уровней глюкозы в несколько раз больше, чем отдельные колебания. Важно отметить, что заглушение боковой перегородки устранило влияние резкой волновой ряби гиппокампа на периферическую глюкозу.
Чтобы подтвердить, что паттерны возбуждения гиппокампа вызывают снижение уровня глюкозы, команда использовала технологию, называемую оптогенетикой, чтобы искусственно вызвать рябь путем реинжиниринга клеток гиппокампа, чтобы включить светочувствительные каналы. Освещение таких клеток через стеклянные волокна вызывает рябь, не зависящую от поведения или состояния мозга крысы (e.грамм. отдыхает или бодрствует). Как и их натуральные аналоги, синтетическая рябь снижает уровень сахара.
Двигаясь вперед, исследовательская группа будет стремиться расширить свою теорию о том, что на некоторые гормоны могут повлиять резкие ночные колебания волн, в том числе при работе с пациентами-людьми. Будущие исследования могут также выявить устройства или методы лечения, которые могут регулировать рябь, снижая уровень сахара в крови и улучшая память, – говорит Бузаки.
Наряду с Тингли и Бузаки, авторами исследования были Экин Кайя, Кэтрин Макклейн и Джордан Карпентер из NYU Langone Health. Работа финансировалась грантами Национального института здравоохранения MH122391, U19 NS104590 и U19NS107616.