Mūsų smegenys sudarytos iš dešimčių milijardų nervinių ląstelių, vadinamų neuronais. Šios ląstelės bendrauja viena su kita per biomolekules, vadinamas neurotransmiteriais. Serotoniną, tam tikrą neurotransmiterių tipą, gamina mūsų smegenų serotonino neuronai ir jis daro įtaką daugeliui mūsų elgesio ir pažinimo funkcijų, tokių kaip atmintis, miegas ir nuotaika.
Okinavos mokslo ir technologijų instituto (OIST) mokslininkai ir jų bendradarbiai iš Keio universiteto Medicinos mokyklos, naudodamiesi pelėmis, ištyrė pagrindinį serotonino šaltinį smegenyse – dorsalinį raphe branduolį (DRN). Pirmą kartą ištyrę, kaip smegenų „serotonino centro“ aktyvinimas paveikia pabudusius gyvūnus, jie nustatė, kad serotoninas iš DRN aktyvuoja smegenų sritis, turinčias įtakos elgesiui ir motyvacijai.
„Mokymasis apie smegenų serotonino sistemą gali padėti mums suprasti, kaip prisitaikome prie savo elgesio ir kaip veikia nuotaikos terapijos vaistai. Tačiau buvo sunku ištirti, kaip serotoninas iš DRN veikia visas smegenis. Pirma, todėl, kad elektrinė DRN stimuliacija taip pat gali suaktyvinti neuronų, kurie nenaudoja serotonino, kad galėtų bendrauti tarpusavyje, ir, antra, narkotikų vartojimas gali paveikti kitą serotoniną smegenyse“, – aiškino buvęs mokslų daktaras Dr. Hiroaki Hamada. OIST Neuroninio skaičiavimo skyriaus studentas.
Dr. Hamada yra pagrindinis šio tyrimo autorius, paskelbtas žurnale Gamtos komunikacijos.
Ankstesni Neural Computation Unit tyrėjų tyrimai parodė, kad serotonino neuronai DRN skatina prisitaikantį pelių elgesį, susijusį su būsimais atlygiais. Daktaras Hamada ir jo bendradarbiai norėjo suprasti smegenyse esančius mechanizmus, sukeliančius tokį prisitaikantį elgesį.
„Žinojome, kad DRN serotonino aktyvinimas turi stiprų poveikį elgesiui, bet nežinojome, kaip šis serotonino aktyvinimas paveikia skirtingas smegenų dalis“, – teigė Neuroninio skaičiavimo skyriaus vadovas profesorius Kenji Doya.
Stebėti visą smegenų reakciją į DRN serotonino aktyvavimą
Norėdami išspręsti šį klausimą, mokslininkai naudojo naują metodą, vadinamą opto-funkciniu MRT. Jie naudojo metodą, vadinamą optogenetika, kad selektyviai suaktyvintų serotonino neuronus DRN, ir stebėjo visą smegenų atsaką naudodami funkcinį MRT (magnetinio rezonanso tomografiją).
Jie panaudojo naujausią MRT skaitytuvą su stipriu magnetiniu lauku, kad pasiektų didelę skiriamąją gebą, reikalingą mažoms pelių smegenims tirti. Pelės buvo įtrauktos į MRT skaitytuvą, o serotonino neuronai buvo reguliariai stimuliuojami, kad būtų galima pamatyti, kaip tai paveikė visas smegenis.
Jie nustatė, kad DRN serotonino stimuliacija sukelia smegenų žievės ir bazinių ganglijų, smegenų sričių, dalyvaujančių daugelyje pažinimo funkcijų, aktyvavimą. Šis rezultatas labai skyrėsi nuo ankstesnio tyrimo, atlikto taikant anesteziją. Be to, smegenų atsakas į serotonino stimuliavimą yra glaudžiai susijęs su serotonino receptorių (serotonino aktyvuotų baltymų) pasiskirstymu ir DRN serotonino neuronų ryšio modeliais.
„Iš didelio lauko MRT vaizdų aiškiai matome, kurios smegenų sritys yra aktyvuojamos ir deaktyvuojamos pabudimo būsenoje ir anestezijos metu, kai aktyvuojame serotonino neuronus DRN“, – sakė daktaras Hamada. „Ankstesnis tyrimas parodė, kad smegenų žievė ir baziniai ganglijai dažniausiai buvo deaktyvuoti anestezijos metu, tai mes taip pat stebėjome. Tačiau budrumo būsenose šios sritys yra žymiai suaktyvintos.”
Smegenų žievė ir baziniai ganglijos yra smegenų dalys, svarbios daugeliui pažinimo procesų, įskaitant motorinę veiklą ir elgesį, siekiant gauti atlygį, pavyzdžiui, maistą ir vandenį. Todėl DNR serotonino neuronų aktyvinimas gali sukelti motyvacijos ir elgesio pokyčius.
Kantrybė ir savo serotonino stimuliavimas
Sujungus naują didelio lauko MRT ir optogenetikos techniką, atsirado daug kliūčių, kurias turėjo įveikti daktaras Hamada. „Mes pristatėme ir pritaikėme anksčiau mūsų bendradarbių naudotą metodą ir įdiegėme daug naujų procedūrų OIST. Man pagrindinis iššūkis tuo metu buvo naujojo MRT aparato naudojimas, todėl reikėjo turėti kantrybės ir stimuliuoti savo serotoniną. Pradėjau po to daug mankštinuosi“, – sakė jis.
Pirmą kartą pamatyti aktyvavimą DRN buvo išskirtinis momentas daktarui Hamadai. Iš pradžių jis naudojo tą patį šviesos intensyvumą, kurį naudojo jo bendradarbiai, tačiau tai buvo per silpna, kad matytų smegenų reakcijas MRT. Tada jis panaudojo didesnius optinius pluoštus ir padidino intensyvumą, kad paskatintų DRN.
Prof. Doya pažymėjo, kad kitas svarbus etapas, kurį reikia pasiekti, yra tiksliai suprasti, kaip vyksta serotonino aktyvinimas visame smegenyse. „Svarbu išsiaiškinti, koks yra tikrasis molekulinis mechanizmas, leidžiantis suaktyvinti mūsų smegenis. Žmonėms, kurie norėtų geriau prisitaikyti prie savo elgesio ir mąstymo įvairiose situacijose, taip pat būtų naudinga sužinoti daugiau apie tai, kaip serotoninas padeda kontroliuoti mūsų nuotaikas. “.