Вентролатеральное преоптическое ядро - Ventrolateral preoptic nucleus

Вентролатеральное преоптическое ядро
Гипоталамус small.gif
VLPO расположен в передней части гипоталамуса. Его еще называют промежуточным ядром преоптической области.
Подробности
ЧастьПреоптическое ядро
Идентификаторы
Акроним (ы)VLPO или IPA
NeuroNames3122
Анатомические термины нейроанатомии

В вентролатеральное преоптическое ядро (ВЛПО), также известный как промежуточное ядро ​​преоптической области (IPA), представляет собой небольшой кластер нейроны расположен в переднем гипоталамус, сидя чуть выше и сбоку от зрительный перекрест в головном мозге человека и других животных.[1][2] Ядра мозга, способствующие сну (например, VLPO, парафациальная зона, ядро прилежащего ядра, и боковой гипоталамический MCH нейроны),[3][4][5][6] вместе с система восходящего возбуждения который включает в себя компоненты ствола мозга, гипоталамуса и базального отдела переднего мозга, это взаимосвязанные нервные системы, которые контролируют состояния возбуждения, сна и переходы между этими двумя состояниями.[1][4][5] VLPO активен во время спать особенно во время сон с небыстрым движением глаз (Медленный сон),[7] и высвобождает тормозящие нейротрансмиттеры, в основном ГАМК и галанин, которые подавляют нейроны система восходящего возбуждения которые участвуют в бодрствование и возбуждение.[1][8] VLPO, в свою очередь, иннервируется нейронами нескольких компонентов восходящей системы возбуждения.[9] VLPO активируется эндогенными веществами, способствующими сну. аденозин[10][11] и простагландин D2.[12] VLPO подавляется во время бодрствования нейротрансмиттерами, вызывающими возбуждение. норэпинефрин и ацетилхолин.[9] Роль VLPO во сне и бодрствовании и его связь с нарушения сна - особенно бессонница и нарколепсия - это растущая область исследований в области нейробиологии.

Структура

По крайней мере 80% нейронов в VLPO, которые проецируются в восходящую систему возбуждения, являются ГАМКергическими (нейронами, производящими ГАМК).[13] В пробирке исследования на крысах показали, что многие нейроны в VLPO, которые ингибируются норэпинефрином или ацетилхолином, представляют собой мультиполярные клетки треугольной формы с низкими пороговыми шипами.[9] Эти треугольные мультиполярные нейроны существуют в двух субпопуляциях в VLPO:

  • Тип 1 - ингибируется серотонином.
  • Тип 2 - возбуждается серотонином и аденозином.

Как аденозин накапливается во время бодрствования[11] вполне вероятно, что клетки типа 2 играют роль в индукции сна.

Оставшаяся треть нейронов в VLPO возбуждается норэпинефрином. Их роль неясна.

Функция

Сон / бодрствование

Схематическое изображение гипотезы триггерного переключателя

В начале 20 века Константин фон Экономо отметили, что люди, у которых был энцефалит с поражениями в переднем гипоталамусе, страдали бессонницей, и предположили, что эта область способствует улучшению сна.[2] Исследования на животных в середине 20-го века на крысах и кошках подтвердили, что очень большие поражения в преоптической области и базальной части переднего мозга приводят к бессоннице.[14][15] но не идентифицировал группу ячеек, которая была ответственна. В 1996 году Шерин и его коллеги сообщили о присутствии группы клеток в VLPO, которая экспрессирует cFos (белок, часто обнаруживаемый в нейронах, которые недавно были активными) во время сна, и что эти нейроны содержат тормозные нейротрансмиттеры ГАМК и галанин.[13][7] . Было обнаружено, что эти же нейроны иннервируют компоненты восходящей системы возбуждения, включая туберомаммиллярное ядро (TMN) и другие компоненты бокового гипоталамуса; то ядра шва; то голубое пятно (LC); то цветонос (PPT) и латеродорсальные тегментальные ядра (LDT); и парабрахиальное ядро ​​(ПБ). Более поздние исследования с использованием опто- или хемогенетической активации нейронов VLPO подтвердили, что они способствуют сну.[16]

Считается, что стимулирующие сон эффекты нейронов VLPO связаны с высвобождением ГАМК и, возможно, галанина, которые подавляют возбуждение нейронов системы возбуждения. Поскольку VLPO также ингибируется нейротрансмиттерами, высвобождаемыми компонентами систем возбуждения, такими как ацетилхолин и норэпинефрин,[9] современная теория предполагает, что VLPO и система возбуждения образуют «триггерный» контур.[1][2] Этот термин из электротехники обозначает схему, в которой взаимное запрещение означает, что каждый компонент схемы при включении выключает другой, что приводит к быстрым переходам из одного состояния (бодрствования или сна) в другое с минимальным временем нахождения. переходные состояния. Эта теория была использована для создания математических моделей, которые объясняют большую часть поведения животных во сне во сне, в том числе при патологических состояниях и реакции на лекарства.[1][17][18] Орексин нейроны в заднем боковом гипоталамусе потенцируют нейроны в восходящей системе возбуждения и помогают стабилизировать мозг в состоянии бодрствования (а консолидированное бодрствование, которое создает гомеостатический драйв сна, помогает стабилизировать мозг во время более позднего сна). Потеря нейронов орексина при нарколепсии дестабилизирует переключение между бодрствованием и сном, что приводит к сильным эпизодам сна в течение дня бодрствования, а также к более частым пробуждениям от сна ночью.[1]

Циркадный ритм

Есть сильный циркадный ритм сна в млекопитающие. «Основные часы» для циркадных ритмов у млекопитающих - это супрахиазматическое ядро (SCN). SCN практически не проецируется непосредственно на нейроны VLPO. Вместо этого они сильно проецируются на прилегающую субпаравентрикулярную зону, которая, в свою очередь, содержит тормозящие ГАМКергические нейроны, которые иннервируют дорсомедиальное ядро ​​гипоталамуса.[19][20] Поражение дорсомедиального ядра практически полностью устраняет циркадный ритм сна. ГАМКергические нейроны в дорсомедиальном ядре иннервируют VLPO, а глутаматергические нейроны иннервируют латеральный гипоталамус, предполагая, что дорсомедиальное ядро ​​в основном способствует бодрствованию в активный период (дневное время для людей).[19]

Клиническое значение

Бессонница

Пациенты пожилого возраста с большим количеством галаниновых нейронов в промежуточное ядро (человеческий эквивалент нейронов галанина VLPO у грызунов) лучше и дольше спят. Уменьшение количества нейронов VLPO связано с более фрагментированным сном (большее количество пробуждений в течение ночи).[21]

Поражение VLPO у крыс приводит к сокращению времени NREM-сна на 50-60% и увеличению продолжительности сна. бессонница.[22] Более поздние исследования показывают, что бессонница, вызванная стрессом, может быть связана с дисбалансом входных сигналов в систему возбуждения и нейроны VLPO.[23]

Седативные / снотворные препараты

Многие седативные / снотворные препараты действуют путем связывания и усиления рецепторов ГАМК-А. К ним относятся более старые препараты, такие как этанол, хлоралгидрат и барбитураты, а также новые бензодиазепины и «небензодиазепиновые» препараты (такие как золпидем, которые связываются с одним и тем же рецептором, но имеют другую химическую конфигурацию) и даже анестетики, такие как пропофол. и изофлуран. Поскольку входы VLPO в систему возбуждения используют тот же рецептор, эти лекарства в низких дозах по существу действуют, потенцируя VLPO, вызывая состояние сонливости. Исследования на животных показывают, что нейроны VLPO показывают активацию cFos после седативных доз этих препаратов,[24] и что поражения VLPO вызывают устойчивость к их седативным эффектам. [25] Однако в высоких дозах, которые производят анестезию в хирургическом плане, эти препараты обладают гораздо более широко распространенным ингибирующим действием, которое не зависит от VLPO.[26] Исследования показали, что несколько седативных / снотворных препаратов, которые действуют путем усиления рецепторов ГАМК-А, включая этанол, хлоралгидрат, пропофол и газовые анестетики, такие как изофлуран в седативных дозах увеличивает активность нейронов VLPO у мышей.[27] Это открытие свидетельствует о том, что при относительно низких дозах седативного средства эти препараты могут иметь общий механизм действия, который включает усиление возбуждения нейронов VLPO. Однако высокие дозы, используемые при хирургической анестезии, снижают активность нейронов во всей нервной системе.

Рекомендации

  1. ^ а б c d е ж Сапер, Клиффорд Б.; Фуллер, Патрик М .; Pedersen, Nigel P .; Лу, Джун; Скаммелл, Томас Э. (2010). «Переключение состояния сна». Нейрон. 68 (6): 1023–1042. Дои:10.1016 / j.neuron.2010.11.032. ЧВК  3026325. PMID  21172606.
  2. ^ а б c Сапер, Клиффорд Б.; Scammell, Thomas E .; Лу, июнь (2005). «Гипоталамическая регуляция сна и циркадных ритмов». Природа. 437 (7063): 1257–1263. Дои:10.1038 / природа04284. ISSN  0028-0836. PMID  16251950.
  3. ^ Anaclet C, Ferrari L, Arrigoni E, Bass CE, Saper CB, Lu J, Fuller PM (сентябрь 2014 г.). «ГАМКергическая парафациальная зона - это медуллярный медуллярный центр, способствующий сну» (PDF). Nat. Неврологи. 17 (9): 1217–1224. Дои:10.1038 / № 3789. ЧВК  4214681. PMID  25129078. В настоящем исследовании мы впервые показываем, что активация ограниченного узла ГАМКергических нейронов, расположенных в медуллярной PZ, может мощно инициировать SWS и кортикальный SWA у ведущих поведение животных. ... На данный момент, однако, остается неясным, связан ли PZ с другими узлами, способствующими сну и пробуждению, помимо PB, способствующих пробуждению. ... Интенсивность корковой медленной активности (SWA: 0,5–4 Гц) во время SWS также широко считается надежным индикатором потребности во сне ... В заключение, в настоящем исследовании мы продемонстрировали, что все полиграфические и нейроповеденческие проявления SWS, включая SWA, может быть инициирован у ведущих поведение животных путем селективной активации ограниченного узла ГАМКергических медуллярных нейронов.
  4. ^ а б Schwartz MD, Kilduff TS (декабрь 2015 г.). «Нейробиология сна и бодрствования». Психиатрические клиники Северной Америки. 38 (4): 615–644. Дои:10.1016 / j.psc.2015.07.002. ЧВК  4660253. PMID  26600100. Совсем недавно на основании анатомических, электрофизиологических, химио- и оптогенетических исследований медуллярная парафациальная зона (PZ), прилегающая к лицевому нерву, была идентифицирована как центр, способствующий засыпанию.23, 24 ГАМКергические нейроны PZ ингибируют глутаматергические парабрахиальные (PB) нейроны, которые проецируются в BF,25 тем самым способствуя быстрому сну за счет бодрствования и быстрого сна. ... Сон регулируется ГАМКергическими популяциями как в преоптической области, так и в стволе мозга; все больше данных свидетельствует о роли меланин-концентрирующих гормональных клеток латерального гипоталамуса и парафациальной зоны ствола мозга.
  5. ^ а б Brown RE, McKenna JT (июнь 2015 г.). «Превращение негатива в позитив: возрастающий ГАМКергический контроль корковой активации и возбуждения». Передний. Neurol. 6: 135. Дои:10.3389 / fneur.2015.00135. ЧВК  4463930. PMID  26124745. Стимулирующее сон действие ГАМКергических нейронов, расположенных в преоптическом гипоталамусе (6-8), в настоящее время хорошо известно и признано (9). Совсем недавно другие группы способствующих сну ГАМКергических нейронов в латеральном гипоталамусе (нейроны меланин-концентрирующего гормона) и стволе мозга [парафациальная зона; (10)] были идентифицированы.
  6. ^ Оиси Ю., Сюй Кью, Ван Л., Чжан Б.Дж., Такахаши К., Таката Ю., Ло Ю.Дж., Черасс Ю., Шиффманн С.Н., де Керхове д'Эксарде А., Ураде И., Ку В.М., Хуанг З.Л., Лазарус М. (сентябрь 2017 г.). «Медленноволновой сон у мышей контролируется подмножеством основных нейронов прилежащего ядра». Nature Communications. 8 (1): 734. Дои:10.1038 / s41467-017-00781-4. ЧВК  5622037. PMID  28963505. Здесь мы показываем, что хемогенетическая или оптогенетическая активация возбуждающих нейронов непрямого пути, экспрессирующих аденозиновый рецептор A2A, в центральной области NAc сильно индуцирует медленный сон. Хемогенетическое ингибирование нейронов непрямого пути NAc предотвращает индукцию сна, но не влияет на гомеостатический возврат ко сну.
  7. ^ а б Шерин, Дж. Э .; Shiromani, P.J .; McCarley, R.W .; Сапер, К. Б. (1996-01-12). «Активация вентролатеральных преоптических нейронов во время сна». Наука. 271 (5246): 216–219. Дои:10.1126 / science.271.5246.216. ISSN  0036-8075. PMID  8539624.
  8. ^ Браун, Ричи Э .; Башир, Радхика; Маккенна, Джеймс Т .; Strecker, Robert E .; Маккарли, Роберт В. (2012). «Контроль сна и бодрствования». Физиологические обзоры. 92 (3): 1087–1187. Дои:10.1152 / физрев.00032.2011. ISSN  0031-9333. ЧВК  3621793. PMID  22811426.
  9. ^ а б c d Галлопин, Тьерри; Форт, Патрис; Эггерманн, Эммануэль; Каули, Бруно; Луппи, Пьер-Эрве; Россье, Жан; Аудинат, Этьен; Мюлеталер, Мишель; Серафин, Мауро (2000). «Идентификация нейронов, способствующих сну, in vitro». Природа. 404 (6781): 992–995. Дои:10.1038/35010109. ISSN  0028-0836. PMID  10801127.
  10. ^ Scammell, T.E; Геращенко, Д.Ю .; Мотидзуки, Т; Маккарти, M.T; Estabrooke, I.V; Sears, C.A; Saper, C.B; Ураде, Y; Хаяиси, О (2001). «Агонист аденозина A2a увеличивает сон и индуцирует Fos в вентролатеральных преоптических нейронах». Неврология. 107 (4): 653–663. Дои:10.1016 / s0306-4522 (01) 00383-9. ISSN  0306-4522.
  11. ^ а б Галлопин Т. (2005). «Эндогенный сомноген аденозин возбуждает подмножество нейронов, способствующих сну, через рецепторы A2A в вентролатеральном преоптическом ядре». Неврология. 134 (4): 1377–1390. Дои:10.1016 / j.neuroscience.2005.05.045. PMID  16039802.
  12. ^ Скаммелл Т. (1998). «Активация вентролатеральных преоптических нейронов сомногеном простагландином D2». PNAS. 95 (13): 7754–7759. Дои:10.1073 / пнас.95.13.7754. ЧВК  22747. PMID  9636223.
  13. ^ а б Шерин Дж (1998). «Иннервация гистаминергических туберомаммиллярных нейронов ГАМКергическими и галанинергическими нейронами в вентролатеральном преоптическом ядре крысы». Журнал неврологии. 18 (12): 4705–4721. Дои:10.1523 / JNEUROSCI.18-12-04705.1998. PMID  9614245.
  14. ^ Наута W (1946). «Гипоталамическая регуляция сна у крыс». Журнал нейрофизиологии. 9: 285–314. Дои:10.1152 / jn.1946.9.4.285. PMID  20991815.
  15. ^ МакГинти Д. (1968). «Подавление сна после поражений базального переднего мозга у кошек». Наука. 160 (3833): 1253–1255. Дои:10.1126 / science.160.3833.1253. PMID  5689683.
  16. ^ Крегер, Даниэль; Абси, Джанна; Гальярди, Селия; Bandaru, Sathyajit S .; Мадара, Джозеф С .; Феррари, Лорис Л .; Арригони, Эльда; Мюнцберг, Хайке; Скаммелл, Томас Э. (2018). «Галаниновые нейроны вентролатеральной преоптической области способствуют сну и потере тепла у мышей». Nature Communications. 9 (1). Дои:10.1038 / s41467-018-06590-7. ISSN  2041-1723. ЧВК  6175893. PMID  30297727.
  17. ^ Филлипс, A.J.K .; Робинсон, П. (2007). «Количественная модель динамики сна и бодрствования, основанная на физиологии системы восходящего возбуждения ствола мозга». Журнал биологических ритмов. 22 (2): 167–179. Дои:10.1177/0748730406297512. ISSN  0748-7304. PMID  17440218.
  18. ^ Фулчер, Бен Д .; Филлипс, Эндрю Дж. К .; Постнова, Светлана; Робинсон, Питер А. (2014). Мистлбергер, Ральф Э. (ред.). «Физиологически обоснованная модель орексинергической стабилизации сна и бодрствования». PLoS ONE. 9 (3): e91982. Дои:10.1371 / journal.pone.0091982. ISSN  1932-6203. ЧВК  3961294. PMID  24651580.
  19. ^ а б Chou, Thomas C .; Scammell, Thomas E .; Гули, Джошуа Дж .; Gaus, Stephanie E .; Сапер, Клиффорд Б.; Лу, июнь (2003). «Критическая роль дорсомедиального ядра гипоталамуса в широком диапазоне поведенческих циркадных ритмов». Журнал неврологии. 23 (33): 10691–10702. Дои:10.1523 / jneurosci.23-33-10691.2003. ISSN  0270-6474.
  20. ^ Вуйович, Нина; Гули, Джошуа Дж .; Jhou, Thomas C .; Сапер, Клиффорд Б. (2015). «Проекции из субпаравентрикулярной зоны определяют четыре канала вывода из системы циркадного времени: Проекции из СЗЗ». Журнал сравнительной неврологии. 523 (18): 2714–2737. Дои:10.1002 / cne.23812. ЧВК  4607558. PMID  26010698.
  21. ^ Лим А (2014). «Сон связан с количеством нейронов в вентролатеральном преоптическом / промежуточном ядре у пожилых людей с болезнью Альцгеймера и без нее». Мозг. 137 (Пт 10): 2847–61. Дои:10.1093 / мозг / awu222. ЧВК  4163039. PMID  25142380.
  22. ^ Лу, Джун; Греко, Мэри Энн; Широмани, Прияттам; Сапер, Клиффорд Б. (2000). «Влияние поражений вентролатерального преоптического ядра на NREM и REM-сон». Журнал неврологии. 20 (10): 3830–3842. Дои:10.1523 / jneurosci.20-10-03830.2000. ISSN  0270-6474.
  23. ^ Кано, G .; Mochizuki, T .; Сапер, К. Б. (2008). «Нейронная схема стресс-индуцированной бессонницы у крыс». Журнал неврологии. 28 (40): 10167–10184. Дои:10.1523 / JNEUROSCI.1809-08.2008. ISSN  0270-6474.
  24. ^ Лу, Джун; Нельсон, Лаура Э .; Франк, Ник; Лабиринт, Мервин; Чемберлин, Нэнси Л .; Сапер, Клиффорд Б. (2008). «Роль эндогенных систем сна-бодрствования и обезболивания в анестезии». Журнал сравнительной неврологии. 508 (4): 648–662. Дои:10.1002 / cne.21685. ЧВК  4924624. PMID  18383504.
  25. ^ Мур, Джейсон Т .; Чен, Цзинцю; Хан, Бо; Мэн, Цин Чэн; Визи, Сигрид С .; Бек, Шерил Дж .; Кельц, Макс Б. (2012). «Прямая активация стимулирующих сон нейронов VLPO летучими анестетиками способствует анестезиологическому гипнозу». Текущая биология. 22 (21): 2008–2016. Дои:10.1016 / j.cub.2012.08.042. ЧВК  3628836. PMID  23103189.
  26. ^ Эйкерманн, Маттиас; Ветривелан, Рамалингам; Гросс-Сундруп, Мартина; Генри, Марк Э .; Хоффманн, Ульрике; Ёкота, Шигефуми; Сапер, Клиффорд Б.; Чемберлин, Нэнси Л. (2011). «Вентролатеральное преоптическое ядро ​​не требуется для общей анестезии изофлураном». Исследование мозга. 1426: 30–37. Дои:10.1016 / j.brainres.2011.10.018. ЧВК  3215917. PMID  22041226.
  27. ^ Мур Дж. (2012). «Прямая активация стимулирующих сон нейронов VLPO летучими анестетиками способствует анестезиологическому гипнозу». Текущая биология. 22 (21): 2008–2016. Дои:10.1016 / j.cub.2012.08.042. ЧВК  3628836. PMID  23103189.

внешняя ссылка

Галлопин Т., Луппи PH, Коли Б., Ураде Y, Россье Дж., Хаяиши О., Ламболез Б., Форт П. (2005). «Эндогенный сомноген аденозин возбуждает подмножество нейронов, способствующих сну, через рецепторы A2A в вентролатеральном преоптическом ядре». Неврология. 134 (4): 1377–90. Дои:10.1016 / j.neuroscience.2005.05.045. PMID  16039802.