Ученые нашли тайные ритмы мозга, влияющие на стресс

Ученые Университета Отаго (Новая Зеландия) обнаружили у мышей и крыс загадочную активность в мозге, связанную со стрессом и гормонами. Исследование опубликовано в журнале PNAS. Оказалось, что нейроны в гипоталамусе, отвечающие за стресс, не просто реагируют на опасность — они активируются по внутреннему циклу примерно раз в час, даже в спокойствии. Эти циклы совпадали с изменением уровня бодрствования животных и их поведением, что намекает на важную роль подобных ритмов в том, как мы спим и просыпаемся — и возможно даже в том, как меняется наше настроение.

Ранее было известно о циркадных ритмах — 24-часовых циклах, регулирующих сон и бодрствование. Однако существуют и более короткие циклы — ультрадианные ритмы, влияющие на уровень гормонов и особенности поведения человека. Яркий пример — кортизол (гормон стресса), который выходит в кровь каждые 60–90 минут. Врачи знают: эти "пульсации" важны для обмена веществ, иммунитета и уровня энергии, но до сих пор было неясно, как мозг их задает.

Исследователи решили проверить: возможно, нервная система сама "генерирует" внутренний стресс-ритм. Для этого они изучили определённые нейроны — вырабатывающие кортикотропин-релизинг-гормон (CRH), находящиеся в паравентрикулярном ядре гипоталамуса. Именно они запускают ось гипоталамус-гипофиз-надпочечники, в результате чего выделяется кортизол.

Чтобы обнаружить внутренние циклы, ученые использовали оптоволоконную фотометрию — метод, позволяющий следить за активностью нейронов вживую у свободно двигающихся животных. Мышам и крысам ввели генетическую метку: при активности нейрона тот светился. Параллельно работала умная система видеонаблюдения на базе нейросети, чтобы точно отслеживать движение.

Анализ проводился более суток, первые часы записи отбрасывали (чтобы не мешал стресс от вмешательства). Результат: CRH-нейроны каждые 60 минут выдавали "всплеск" длительностью около 15 минут — их назвали "апстейтами". В темное время, когда грызуны бодрствуют, ритм был чаще. В моменты пробуждения и начала движения всегда фиксировали рост активности этих нейронов: мозг готовил тело к действию, а не просто отвечал на внешний раздражитель.

Эксперимент также показал: если искусственно стимулировать эти нейроны химически (хемогенетика), даже спокойные мыши резко начинали двигаться больше обычного. Это доказало: активные CRH-нейроны могут вызывать возбуждение и без угроз.

Дальнейшие опыты на крысах (их по стандарту используют в гормональных исследованиях) подтвердили подобный ритм, а анализ крови показал: "пик" активности CRH обычно предшествует (на 15 минут) выбросу кортикостерона (аналог кортизола у крыс), но между пиками бывало рассогласование — иногда гормон рос без явного "апстейта" и наоборот. Однако в целом зависимость прослеживалась.

Ученые делают вывод: в мозге есть встроенный часовой механизм, который не хаотичен — он диктует ритмы бодрствования и гормональных всплесков, готовя организм к циклической активности. Нарушения этих ритмов могут приводить к проблемам со сном и, возможно, к расстройствам настроения. Но исследование пока что проведено только на животных — как устроено у людей, мы не знаем. Кроме того, возник вопрос: откуда берётся эта часовая "дирижерия"? В отличие от 24-часовых ритмов, которые регулирует "главные часы" (SCN — супрахиазматическое ядро), ультрадианные ритмы, похоже, задают локальные цепи мозга, возможно, в соседних областях. Какие именно — предмет будущих работ.