Kada ste pospani ili gladni, to je hipotalamus na djelu.
Prije posljednjeg obroka možda ste osjetili napade gladi, signalizirajući da je vrijeme za jelo. Možda ste razvili iznenadnu želju za talijanskom ili drugom kuhinjom. Ovi znakovi nisu došli iz ničega - oni su djelo područja u mozgu veličine badema koje se zove hipotalamus. Ovo područje mozga, unatoč svojoj maloj veličini, ima ogroman posao u održavanju nas na životu.
Pod nadimkom glavna centrala, hipotalamus radi u pozadini osiguravajući da su naša tijela u najboljem mogućem stanju. I, poput načina na koji se mnogi pozadinski glumci drže na rubovima kadra, njegova se uloga u znanstvenoj zajednici uzima zdravo za gotovo. "Hipotalamus je vrlo podcijenjena regija", kaže Dayu Lin, profesorica na odjelu neuroznanosti i fiziologije na Medicinskom fakultetu Grossman na Sveučilištu NYU. Vidjela je da istraživački interes za regiju mozga opada, a neki je čak smatraju manje zanimljivom u usporedbi s područjima koja su uključena u višu i složeniju spoznaju.
Ali ima još mnogo toga što tek trebamo otkriti o hipotalamusu, kao što pokazuju četiri pregledna rada u seriji koju je objavio časopis Znanost danas. Napredna tehnologija otvorila je nove načine ispitivanja malog područja mozga, redefinirajući njegove stare uloge i identificirajući dosad nepoznate.
Tjelesni regulator
Hipotalamus kontrolira niz vitalnih procesa. Radeći s hipofizom, ona je zadužena za svu proizvodnju hormona. Također je uključen u kontrolu temperature, krvnog tlaka, otkucaja srca, apetita i drugih dijelova naše fiziologije.
“Hipotalamus se smatra sastavnim elementom u kontroli središnjeg živčanog sustava nad tjelesnom hormonskom aktivnošću, kao i nizom kognitivnih, emocionalnih i bihevioralnih stanja”, kaže James Giordano, profesor neurologije Pellegrino centra na Medicinskom centru Sveučilišta Georgetown, koji nije bio uključen u trenutna istraživanja.
Složene strukture i sklopovi daju hipotalamusu širok raspon utjecaja na višestruke tjelesne procese prvi novi papir pokazuje. Hipotalamus je podijeljen u skupinu staničnih tijela, zvanih jezgre, koja se međusobno presijecaju putove koji mu pomažu komunicirati i koordinirati aktivnosti unutar sebe i s drugim vanjskim mozgom regije. “Funkcija hipotalamusa ključna je za integrativnu aktivnost mozga, a na ovaj način može biti smatra se važnim za definiranje integriteta između tijela i mozga i aktivnosti mozga i tijela,” Giordano dodaje.
[Povezano: Novi atlas ljudskog mozga je najdetaljniji koji smo dosad vidjeli]
Do sada je nedostatak znanstvenih izvora sprječavao istraživače u razumijevanju funkcije ovih stanica. Lin, koji je koautor drugog rada o ulozi regije mozga u društvenom ponašanju, rekao je da je teško proučavati što se događa u ovom području bez prekidanja komunikacije između stanica. Prošla istraživanja oslanjala su se na životinje s lezijama u određenim područjima hipotalamusa, ali to ne daje potpunu sliku o tome kako uklonjene stanice međusobno djeluju s ostatkom regije.
Izum iz 2009 jednostanično sekvenciranje RNA, laboratorijska tehnika koja znanstvenicima omogućuje analizu genetskih informacija pojedinca stanicama, pomogao je u boljem seciranju sklopova koji hipotalamičkim nakupinama daju njihovu raznolikost funkcije. U nedavnom radu, istraživači su mapirali podtipove stanica u hipotalamusu na temelju. Sljedeći izazov bit će otkriti zašto se određene vrste stanica grupiraju zajedno i kako nakupine upravljaju različitim ponašanjima.
Ovo nije jedini novi alat koji su ovi znanstvenici koristili. Još jedna nova istraživačka tehnika, optogenetika, omogućuje neuroznanstvenicima korištenje svjetla za praćenje aktivnosti moždanih stanica. Treće, retrogradno praćenje, koristi virus za praćenje neuronskih veza počevši od sinapsi pa sve do njihovih staničnih tijela, što je pomoglo u identificiranju nikad prije viđenih sklopova. U budućnosti bi to moglo otkriti druge uloge hipotalamusa u reguliranju ponašanja koja uključuju reakcije na bol i tjeskobu. U isto vrijeme, autori studije nagađaju da je hipotalamus izravno povezan s mikrobiomom crijeva, s implikacijom da ovo područje mozga bilo bi zaduženo za učinke crijevnih bakterija, kao i za serotonin i druge hormone uključene u regulaciju hrane.
Spavanje, socijalizacija i ciljevi
Ostala tri rada usredotočena su na neke od glavnih funkcija ovog moždanog kontrolora. Spavanjem, na primjer, upravljaju specifični neuroni koji djeluju kao "prekidač" za prijelaz iz stanja mirovanja u stanje budnosti. Ali to nije njihova jedina svrha. Stanice spavanja i budnosti jednako su uključene u druge aktivnosti hipotalamusa kao što su kontrola energetskog metabolizma i središnje tjelesne temperature.
"Naš rukopis naglašava činjenicu da većina neuronskih krugova u hipotalamusu služi više od jedne funkcije i da su svi međusobno povezani", kaže Luis de Lecea, profesorica psihijatrije i bihevioralnih znanosti na Sveučilištu Stanford koja je bila autorica novog Pregledaj članak. "Spavanje je [također] isprepleteno s gotovo svim funkcijama mozga i gubitak sna utječe na mnoge aspekte našeg zdravlja, uključujući starenje i neurodegeneraciju."
Još Pregledaj članak usredotočen na to kako hipotalamus može promicati motivaciju prema potrebama za preživljavanje kao što su hrana i voda. Kako bi nas usmjerio prema takvim ciljevima, hipotalamus organizira svoje neuralne krugove za rad s ventralnim tegmentalnim područjem, dijelom mozga uključenim u procese nagrađivanja. Optogenetička stimulacija otkrila je da hipotalamus šalje poruke u ventralno tegmentalno područje koje pojačavaju ili inhibiraju motivaciju, što bi moglo objasniti ponašanje traženja hrane.
[Povezano: Psihodelici i anestetici izazivaju neočekivane kemijske reakcije u mozgu]
Također utječe na našu interakciju s drugima u nizu društvenih ponašanja. To može uključivati prijateljske i roditeljske odnose ili agresivne ili seksualne radnje. “Ova ponašanja su ključna za preživljavanje životinja u zajednici i reprodukciju. Hipotalamus je neophodan za posredovanje u tim svakodnevnim interakcijama,” kaže Lin, koautor knjige ovaj papir.
U tom istraživanju Lin predlaže dvostruki sustav kontrole između hipotalamusa i moždanog debla-leđne moždine. Kada netko uoči osobu s kojom želi komunicirati, hipotalamus se uključi s dopaminom sustav—dopamin je važan za pokrete i nagradu—za održavanje društvenog interesa i jačanje drugih društvenih interesa prihvatljive akcije. Krug moždanog debla i leđne moždine zatim uzima te informacije i koristi ih za usmjeravanje društveno povoljnih odgovora i radnji.
Od laboratorijskih životinja do zdravlja ljudi
Velik dio rada u istraživanju ulaza i izlaza hipotalamusa obavlja se na životinjama. Transgenični miševi — genetski manipulirane životinje koje se koriste za proučavanje bioloških procesa i ljudskih bolesti — olakšavaju za znanstvenike da ispitaju određeni dio hipotalamusa, kaže Lin, bez stavljanja bilo kakvih stvorenja ispod anestezija. Ovo je posebno korisno za proučavanje ponašanja u zajednici, jer se životinje moraju slobodno kretati da bi se aktivirali njihovi društveni moždani krugovi.
Iako su ove studije provedene na životinjama, nove informacije o hipotalamusu već se koriste za izradu lijekova za ljude. U tijeku su napori za korištenje stimulacija dubokog mozga za ciljanje stražnjeg kraja hipotalamusa spriječiti ili smanjiti agresiju, na primjer. Također postoji potencijal u ciljanju određenih krugova u hipotalamusu za zaustavljanje drugih problema kao što su nesanica i ovisnost. U sljedećih 10 godina, predviđa Lin, čut ćemo više vijesti o kliničkim ispitivanjima koja ciljaju na hipotalamus za liječenje problematičnih ponašanja.
