Serotonina to jeden z kluczowych neuroprzekaźników, odpowiadający za wiele istotnych funkcji ośrodkowego układu nerwowego i całego organizmu. Powszechnie znana jest jej rola w utrzymywaniu dobrego nastroju i poczucia wewnętrznego komfortu, jak również jej znaczenie w zaburzeniach neuropsychologicznych, takich jak depresja.
Naukowcy z California Institute of Technology (CalTech) badali funkcję, jaką pełni serotonina w kontroli cyklu dobowego. Do tej pory bowiem badania na tym polu przyniosły sprzeczne wyniki. Jedni autorzy podawali, iż neuroprzekaźnik ten promuje sen, inni, że stan czuwania. W celu znalezienia rozstrzygających dowodów zespół z CalTech skupił się na jądrach szwu (nuclei raphes) – starej ewolucyjnie strukturze pnia mózgu zawierającej liczną populację neuronów serotoninergicznych, występującej u wielu grup zwierząt.
Początkowo analizy prowadzono z wykorzystaniem danio pręgowanego – ryby będącej popularnym modelem zwierzęcym, szczególnie w zakresie badań nad snem. Za pomocą inżynierii genetycznej zmodyfikowano te rybki w taki sposób, aby ich jądra szwu nie produkowały serotoniny, zaś w innym eksperymencie struktura ta została całkowicie usunięta. W obu przypadkach czas snu tych zwierząt był o połowę krótszy niż w grupie kontrolnej.
“Sugeruje to, że serotonina wytwarzana przez jądra szwu jest niezbędna, aby ryby mogły normalnie spać – mówi Grigorios Oikonomou, współautor badania.”
W kolejnym eksperymencie zmodyfikowano rybki w taki sposób, aby neurony w ich jądrach szwu aktywowały się pod wpływem światła. W rezultacie światło padające na te osobniki sprawiało, że zapadały one w sen. Dotyczyło to jednak tylko tych ryb, których jądra szwu były w stanie produkować serotoninę. U tych zaś, których pień mózgu nie wytwarzał tego neuroprzekaźnika, ekspozycja na światło nie miała wpływu na sen.
Następnym krokiem było przeprowadzenie podobnych badań z wykorzystaniem myszy. Podobnie jak w przypadku danio pręgowanego, także i u tych zwierząt zastosowano chirurgiczne usunięcie jąder szwu. Tak jak w poprzednich eksperymentach, po tym zabiegu myszy spały o wiele krócej niż normalnie. Stymulowanie neuronów serotoninergicznych za pomocą światła również przyniosło takie same efekty, jak w przypadku ryb, jednak występowały one tylko wówczas, gdy ekspozycja była zgodna z naturalnie występującym wzorcem aktywności tych komórek nerwowych podczas czuwania.
“Występuje tu oczywisty paradok – mówi Michael Altermatt, współautor badania. – Stymulacja neuronów powoduje uśpienie zwierząt, a jednocześnie neurony są normalnie aktywne w ciągu dnia.”
“Istnieją dwa główne czynniki kontrolujące sen – mówi Grigorios Oikonomou. – Jednym z nich jest zegar okołodobowy. Kiedy jest jasno w ciągu dnia, organizm jest przytomny, a kiedy robi się ciemno, ciało wie, że może zasnąć. Drugi czynnik nazywany jest homeostatycznym ciśnieniem snu. Kiedy budzisz się rano, wypocząłeś, więc jesteś energiczny. W miarę upływu dnia stajesz się zmęczony i śpiący, więc pojawia się presja na sen. Jeśli nie prześpisz ten nocy, ciśnienie snu jest jeszcze wyższe, a następnego dnia jesteś jeszcze bardziej zmęczony, nawet jeśli na zewnątrz jest jasno, a twój zegar okołodobowy nakazuje, abyś nie spał.”
Naukowcy przypuszczają, że aktywacja neuronów jąder szwu i uwalnianie z nich serotoniny jest sposobem na zwiększenie ciśnienia snu w obrębie mózgu. Ich odkrycia potwierdzają, że zarówno pozbawione serotoniny danio pręgowane, jak również myszy po ablacji jąder szwu wykazują obniżone ciśnienie snu.
Dotychczasowe badania dotyczące roli serotoniny i jąder szwu w procesie kontroli cyklu snu i czuwania prowadzone były na modelach zwierzęcych. Jednak podobne zależności mogą występować także w obrębie ludzkiego ośrodkowego układu nerwowego. Dalsze postępy na tym polu mogą więc przyczynić się do wyjaśnienia niektórych związanych ze snem skutków ubocznych powszechnie stosowanych leków przeciwdepresyjnych, które zwiększają poziom serotoniny w mózgu.
