Вентролатеральное преоптическое ядро
Вентролатеральное преоптическое ядро | |
---|---|
![]() ВЛПО расположен в передней части гипоталамуса. Его еще называют промежуточным ядром преоптической области. | |
Подробности | |
Часть | Преоптическое ядро |
Идентификаторы | |
Акроним(ы) | ВЛПО или ИПА |
Нейроимена | 3122 |
Анатомические термины нейроанатомии |
Вентролатеральное преоптическое ядро ( VLPO ), также известное как промежуточное ядро преоптической области ( IPA ), представляет собой небольшой кластер нейронов, расположенный в передней части гипоталамуса , расположенный чуть выше и сбоку от перекреста зрительных нервов в мозгу человека. и другие животные. [ 1 ] [ 2 ] Ядра мозга, способствующие сну (например, VLPO, парафациальная зона , прилежащее ядро и гипоталамуса латеральные нейроны MCH ), [ 3 ] [ 4 ] [ 5 ] [ 6 ] вместе с восходящей системой возбуждения , которая включает компоненты в стволе мозга, гипоталамусе и базальном отделе переднего мозга, представляют собой взаимосвязанные нервные системы, которые контролируют состояния возбуждения, сна и переходы между этими двумя состояниями. [ 1 ] [ 4 ] [ 5 ] VLPO активен во время сна , особенно во время сна с медленным движением глаз (NREM-сон). [ 7 ] и высвобождает тормозные нейротрансмиттеры , главным образом ГАМК и галанин , которые подавляют нейроны восходящей системы возбуждения , участвующие в бодрствовании и возбуждении. [ 1 ] [ 8 ] ВЛПО, в свою очередь, иннервируется нейронами нескольких компонентов восходящей системы возбуждения. [ 9 ] [ 10 ] VLPO активируется эндогенным веществом, способствующим сну аденозином. [ 11 ] [ 12 ] и простагландин D2 . [ 13 ] [ 14 ] ВЛПО ингибируется во время бодрствования нейромедиаторами, вызывающими возбуждение, норадреналином и ацетилхолином . [ 9 ] [ 15 ] Роль VLPO во сне и бодрствовании, а также его связь с нарушениями сна , особенно бессонницей и нарколепсией , являются растущей областью нейробиологических исследований.
Структура
[ редактировать ]По крайней мере, 80% нейронов в ВЛПО, которые проецируются в восходящую систему возбуждения, являются ГАМКергическими (нейроны, вырабатывающие ГАМК). [ 16 ] Исследования in vitro на крысах показали, что многие нейроны VLPO, ингибируемые норэпинефрином или ацетилхолином, представляют собой мультиполярные клетки треугольной формы с низкими пороговыми спайками. [ 9 ] Эти треугольные мультиполярные нейроны существуют в двух субпопуляциях в VLPO:
- Тип 1 – ингибируется серотонином.
- 2 тип – возбуждаемый серотонином и аденозином.
Как аденозин накапливается во время бодрствования [ 12 ] [ 17 ] вполне вероятно, что клетки типа 2 играют роль в индукции сна.
Оставшаяся треть нейронов ВЛПО возбуждается норадреналином. Их роль неясна.
У мышей все галанинергические нейроны ВЛПО ингибируются норадреналином и возбуждаются аденозином, хотя серотонин все еще дифференцирует нейроны типа 1 и типа 2. [ 18 ] [ 19 ]
Функция
[ редактировать ]Сон/бодрствование
[ редактировать ]
В начале 20-го века Константин фон Экономо отметил, что люди, страдающие энцефалитом с поражением передней части гипоталамуса, страдают бессонницей, и предположил, что эта область способствует сну. [ 2 ] Исследования на животных, проведенные в середине 20 века на крысах и кошках, подтвердили, что очень большие поражения в преоптической области и базальном отделе переднего мозга приводят к бессоннице. [ 20 ] [ 21 ] но не определил ответственную за это группу клеток. В 1996 году Шерин и его коллеги сообщили о наличии группы клеток в VLPO, которая экспрессирует cFos (белок, часто встречающийся в нейронах, которые недавно были активны) во время сна, и что эти нейроны содержат тормозные нейротрансмиттеры ГАМК и галанин. [ 16 ] [ 7 ] Эти же нейроны получают сигналы от срединного преоптического ядра (MnPO). [ 22 ] и было обнаружено, что они иннервируют компоненты восходящей системы возбуждения, включая туберомаммиллярное ядро (TMN) и другие компоненты латерального гипоталамуса; ядра шва ; ( голубое пятно LC); педункулопонтинное ( PPT ) и латеродорсальное тегментальное ядра (LDT); и парабрахиальное ядро (PB). Более поздние исследования с использованием опто- или хемогенетической активации нейронов VLPO подтвердили, что они способствуют сну. [ 23 ]
Считается, что эффекты нейронов VLPO, способствующие сну, обусловлены высвобождением ГАМК и, возможно, галанина, которые подавляют возбуждение нейронов системы возбуждения. Поскольку ВЛПО также ингибируется нейротрансмиттерами, высвобождаемыми компонентами систем возбуждения, такими как ацетилхолин и норадреналин, [ 9 ] современная теория предполагает, что VLPO и система возбуждения образуют «триггерную» схему. [ 1 ] [ 2 ] Этим термином из электротехники обозначается схема, в которой взаимное торможение означает, что каждый компонент цепи при включении выключает другой, в результате чего происходят быстрые переходы из одного состояния (бодрствования или сна) в другое с минимальным временем включения. переходные состояния. Эта теория использовалась для создания математических моделей, которые объясняют большую часть поведения животных во время бодрствования и сна, в том числе при патологических состояниях и реакциях на лекарства. [ 1 ] [ 24 ] [ 25 ] Нейроны орексина в заднелатеральном гипоталамусе потенцируют нейроны восходящей системы возбуждения и помогают стабилизировать мозг в состоянии бодрствования (а консолидированное бодрствование, которое создает гомеостатическое стремление ко сну, помогает стабилизировать мозг во время последующего сна). Потеря нейронов орексина при нарколепсии дестабилизирует переключение между бодрствованием и сном, что приводит к подавляющим эпизодам сна в течение дня бодрствования, а также к более частым пробуждениям ото сна ночью. [ 1 ]
Циркадный ритм
[ редактировать ]У млекопитающих существует сильный циркадный ритм сна . «Главными часами» циркадных ритмов у млекопитающих является супрахиазматическое ядро (SCN). SCN практически не имеет проекций непосредственно на нейроны VLPO. Вместо этого они сильно проецируются в прилегающую субпаравентрикулярную зону, которая, в свою очередь, содержит тормозные ГАМКергические нейроны, иннервирующие дорсомедиальное ядро гипоталамуса. [ 26 ] [ 27 ] Поражения дорсомедиального ядра практически полностью устраняют циркадный ритм сна. ГАМКергические нейроны дорсомедиального ядра иннервируют ВЛПО, а глутаматергические нейроны иннервируют латеральный гипоталамус, что позволяет предположить, что дорсомедиальное ядро в основном способствует бодрствованию в активный период (дневное время для человека). [ 26 ]
Клиническое значение
[ редактировать ]Бессонница
[ редактировать ]Пожилые пациенты с большим количеством галаниновых нейронов в промежуточном ядре (человеческий эквивалент галаниновых нейронов VLPO у грызунов) имеют лучший и более непрерывный сон. Уменьшенное количество нейронов VLPO связано с более фрагментированным сном (чащее количество пробуждений в течение ночи). [ 28 ]
Поражение ВЛПО у крыс приводит к уменьшению времени медленного сна на 50-60% и длительной бессоннице . [ 29 ] Более поздние исследования показывают, что бессонница, вызванная стрессом, может быть связана с дисбалансом входных сигналов в систему возбуждения и нейроны VLPO. [ 30 ]
Седативные/снотворные препараты
[ редактировать ]Многие седативные /снотворные препараты действуют путем связывания и усиления рецепторов ГАМК-А. К ним относятся старые препараты, такие как этанол, хлоралгидрат и барбитураты, а также новые бензодиазепины и «небензодиазепиновые» препараты (такие как золпидем, которые связываются с тем же рецептором, но имеют другую химическую конфигурацию) и даже анестетики, такие как пропофол. и изофлюран. Поскольку входные сигналы VLPO в систему возбуждения используют тот же рецептор, эти препараты в низких дозах по существу действуют путем потенцирования VLPO, вызывая состояние сна. Исследования на животных показывают, что нейроны VLPO демонстрируют активацию cFos после седативных доз этих препаратов. [ 31 ] и что поражения VLPO вызывают устойчивость к их седативному эффекту. [ 32 ] Однако в высоких дозах, обеспечивающих хирургический уровень анестезии, эти препараты оказывают гораздо более широкое ингибирующее действие, не зависящее от ВЛПО. [ 33 ] Исследования показали, что несколько седативных/снотворных препаратов, которые действуют путем потенциирования рецепторов ГАМК-А, включая этанол, хлоралгидрат, пропофол и газовые анестетики, такие как изофлуран , в седативных дозах увеличивают активность нейронов VLPO у мышей. [ 34 ] Это открытие предполагает, что при относительно низких седативных дозах эти препараты могут иметь общий механизм действия, который включает усиление активации нейронов VLPO. Однако высокие дозы, используемые при хирургической анестезии, снижают активность нейронов всей нервной системы.
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а б с д и ж Сапер CB, Фуллер П.М., Педерсен Н.П., Лу Дж., Скаммелл Т.Е. (декабрь 2010 г.). «Переключение режима сна» . Нейрон . 68 (6): 1023–1042. дои : 10.1016/j.neuron.2010.11.032 . ПМК 3026325 . ПМИД 21172606 .
- ^ Jump up to: а б с Saper CB, Scammell TE, Lu J (октябрь 2005 г.). «Гипоталамическая регуляция сна и циркадных ритмов». Природа . 437 (7063): 1257–1263. дои : 10.1038/nature04284 . ПМИД 16251950 . S2CID 1793658 .
- ^ Анаклет С., Феррари Л., Арригони Э., Басс С.Э., Сапер С.Б., Лу Дж. и др. (сентябрь 2014 г.). «ГАМКергическая парафациальная зона представляет собой медуллярный центр, способствующий медленному сну» (PDF) . Нат. Нейроски . 17 (9): 1217–1224. дои : 10.1038/nn.3789 . ПМК 4214681 . ПМИД 25129078 .
В настоящем исследовании мы впервые показываем, что активация ограниченного узла ГАМКергических нейронов, расположенного в медуллярной ПЗ, может мощно инициировать SWS и кортикальную SWA у животных с хорошим поведением. ... Однако на данный момент остается неясным, связана ли PZ с другими узлами, способствующими сну и бодрствованию, за пределами PB, способствующим пробуждению. ... Интенсивность кортикальной медленноволновой активности (SWA: 0,5–4 Гц) во время SWS также широко признана 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 поведенческих животных путем избирательной активации ограниченного узла ГАМКергических медуллярных нейронов.
- ^ Jump up to: а б Шварц, доктор медицинских наук, Килдафф Т.С. (декабрь 2015 г.). «Нейробиология сна и бодрствования» . Психиатрические клиники Северной Америки . 38 (4): 615–644. дои : 10.1016/j.psc.2015.07.002 . ПМК 4660253 . ПМИД 26600100 .
Совсем недавно на основании анатомических, электрофизиологических, химио- и оптогенетических исследований медуллярная парафациальная зона (ПЗ), прилегающая к лицевому нерву, была идентифицирована как центр, способствующий сну. 23, 24 ГАМКергические PZ-нейроны ингибируют глутаматергические парабрахиальные (PB) нейроны, которые проецируются на BF, 25 тем самым способствуя медленному 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.
- ^ Jump up to: а б Браун Р.Э., Маккенна Дж.Т. (июнь 2015 г.). «Превращение негатива в позитив: восходящий ГАМКергический контроль над кортикальной активацией и возбуждением» . Передний. Нейрол . 6 : 135. doi : 10.3389/fneur.2015.00135 . ПМК 4463930 . ПМИД 26124745 .
Способствующее сну действие ГАМКергических нейронов, расположенных в преоптическом гипоталамусе (6–8), в настоящее время хорошо известно и признано (9). Совсем недавно были открыты другие группы ГАМКергических нейронов, способствующих сну, в латеральном гипоталамусе (нейроны гормона, концентрирующего меланин) и стволе мозга [парафациальная зона; (10)] были идентифицированы.
- ^ Оиси Ю., Сюй Ц., Ван Л., Чжан Б.Дж., Такахаши К., Таката Ю. и др. (сентябрь 2017 г.). «Медленноволновой сон контролируется подмножеством основных нейронов прилежащего ядра у мышей» . Природные коммуникации . 8 (1): 734. doi : 10.1038/s41467-017-00781-4 . ПМК 5622037 . ПМИД 28963505 .
Здесь мы показываем, что хемогенетическая или оптогенетическая активация возбуждающих нейронов непрямого пути, экспрессирующих аденозиновый рецептор A2A, в центральной области NAc сильно индуцирует медленноволновой сон. Хемогенетическое ингибирование нейронов непрямого пути NAc предотвращает индукцию сна, но не влияет на гомеостатический отскок сна.
- ^ Jump up to: а б Шерин Дж.Э., Широмани П.Дж., МакКарли Р.В., Сапер CB (январь 1996 г.). «Активация вентролатеральных преоптических нейронов во время сна». Наука . 271 (5246): 216–219. дои : 10.1126/science.271.5246.216 . ПМИД 8539624 . S2CID 19804653 .
- ^ Браун Р.Э., Башир Р., Маккенна Дж.Т., Стрекер Р.Э., Маккарли Р.В. (июль 2012 г.). «Контроль сна и бодрствования» . Физиологические обзоры . 92 (3): 1087–1187. doi : 10.1152/physrev.00032.2011 . ПМЦ 3621793 . ПМИД 22811426 .
- ^ Jump up to: а б с д Галлопин Т., Форт П., Эггерманн Э., Каули Б., Луппи П.Х., Россье Дж. и др. (апрель 2000 г.). «Идентификация нейронов, способствующих сну, in vitro». Природа 404 (6781): 992–995. дои : 10.1038/35010109 . ПМИД 10801127 . S2CID 4364527 .
- ^ Уолтер А., ван дер Спек Л., Харди Э., Бемельманс А.П., Руах Н., Рансиллак А. (декабрь 2019 г.). «Структурные и функциональные связи между медианным и вентролатеральным преоптическим ядром». Структура и функции мозга . 224 (9): 3045–3057. дои : 10.1007/s00429-019-01935-4 . ПМИД 31493023 .
- ^ Скаммелл Т.Е., Геращенко Д.Ю., Мочизуки Т., Маккарти М.Т., Эстабрук IV, Сирс К.А. и др. (2001). «Агонист аденозина А2а увеличивает сон и индуцирует Fos в вентролатеральных преоптических нейронах». Нейронаука . 107 (4): 653–663. дои : 10.1016/s0306-4522(01)00383-9 . ПМИД 11720788 . S2CID 45189308 .
- ^ Jump up to: а б Галлопин Т., Луппи П.Х., Каули Б., Ураде Ю., Россье Дж., Хаяиши О. и др. (2005). «Эндогенный сомноген аденозин возбуждает подмножество нейронов, способствующих сну, через рецепторы А2А в вентролатеральном преоптическом ядре». Нейронаука . 134 (4): 1377–1390. doi : 10.1016/j.neuroscience.2005.05.045 . ПМИД 16039802 . S2CID 27732204 .
- ^ Скаммелл Т., Геращенко Д., Ураде Ю., Оноэ Х., Сапер С., Хаяиши О. (июнь 1998 г.). «Активация вентролатеральных преоптических нейронов сомногенным простагландином D2» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 95 (13): 7754–7759. дои : 10.1073/pnas.95.13.7754 . ПМК 22747 . ПМИД 9636223 .
- ^ Шарбарг Э., Уолтер А., Лекуан Л., Галлопин Т., Лемэтр Ф., Гий-Коллиньон М. и др. (март 2023 г.). «Простагландин D 2 контролирует локальный кровоток и нейроны, способствующие сну, в VLPO посредством аденозина, полученного из астроцитов». ACS Химическая нейронаука . 14 (6): 1063–1070. дои : 10.1021/acschemneuro.2c00660 . ПМИД 36847485 .
- ^ Сангаре А., Дюбурже Р., Жоффруа Х., Галлопен Т., Рансильяк А. (октябрь 2016 г.). «Серотонин дифференциально модулирует возбуждающие и тормозящие синаптические входы к предполагаемым способствующим сну нейронам вентролатерального преоптического ядра». Нейрофармакология . 109 : 29–40. doi : 10.1016/j.neuropharm.2016.05.015 . ПМИД 27238836 .
- ^ Jump up to: а б Шерин Дж (1998). «Иннервация гистаминэргических туберомаммилярных нейронов ГАМКергическими и галанинергическими нейронами в вентролатеральном преоптическом ядре крысы» . Журнал неврологии . 18 (12): 4705–4721. doi : 10.1523/JNEUROSCI.18-12-04705.1998 . ПМК 6792696 . ПМИД 9614245 .
- ^ Шарбарг Э., Даэненс М., Леметр Ф., Жоффруа Х., Гий-Коллиньон М., Галлопен Т. и др. (январь 2016 г.). «Аденозин, происходящий из астроцитов, играет центральную роль в гипногенном эффекте глюкозы» . Научные отчеты . 6 (1): 19107. doi : 10.1038/srep19107 . ПМЦ 4709579 . ПМИД 26755200 .
- ^ Сангаре А., Дюбурже Р., Жоффруа Х., Галлопен Т., Рансильяк А. (октябрь 2016 г.). «Серотонин дифференциально модулирует возбуждающие и тормозящие синаптические входы к предполагаемым способствующим сну нейронам вентролатерального преоптического ядра». Нейрофармакология . 109 : 29–40. doi : 10.1016/j.neuropharm.2016.05.015 . ПМИД 27238836 .
- ^ Рансильяк А (ноябрь 2016 г.). «Серотонин и нейроны, способствующие сну» . Онкотаргет . 7 (48): 78222–78223. дои : 10.18632/oncotarget.13419 . ПМК 5346632 . ПМИД 27861160 .
- ^ Наута В (1946). «Гипоталамическая регуляция сна у крыс». Журнал нейрофизиологии . 9 : 285–314. дои : 10.1152/jn.1946.9.4.285 . ПМИД 20991815 .
- ^ МакГинти Д. (1968). «Подавление сна после поражения базального отдела переднего мозга у кошки». Наука . 160 (3833): 1253–1255. дои : 10.1126/science.160.3833.1253 . ПМИД 5689683 . S2CID 24677928 .
- ^ Уолтер А., ван дер Спек Л., Харди Э., Бемельманс А.П., Руах Н., Рансиллак А. (декабрь 2019 г.). «Структурные и функциональные связи между медианным и вентролатеральным преоптическим ядром». Структура и функции мозга . 224 (9): 3045–3057. дои : 10.1007/s00429-019-01935-4 . ПМИД 31493023 .
- ^ Крегер Д., Абси Дж., Гальярди С., Бандару С.С., Мадара Дж.К., Феррари Л.Л. и др. (октябрь 2018 г.). «Галаниновые нейроны в вентролатеральной преоптической области способствуют сну и потере тепла у мышей» . Природные коммуникации . 9 1):4129.doi : ( 10.1038/s41467-018-06590-7 . ПМК 6175893 . ПМИД 30297727 .
- ^ Филлипс А.Дж., Робинсон П.А. (апрель 2007 г.). «Количественная модель динамики сна и бодрствования, основанная на физиологии восходящей системы возбуждения ствола мозга» . Журнал биологических ритмов . 22 (2): 167–179. дои : 10.1177/0748730406297512 . ПМИД 17440218 . S2CID 31817324 .
- ^ Фулчер Б.Д., Филлипс А.Дж., Постнова С., Робинсон П.А. (2014). Мистльбергер Р.Э. (ред.). «Физиологическая модель орексинергической стабилизации сна и бодрствования» . ПлоС Один . 9 (3): e91982. дои : 10.1371/journal.pone.0091982 . ПМЦ 3961294 . ПМИД 24651580 .
- ^ Jump up to: а б Чоу Т.К., Скаммелл Т.Э., Гули Дж.Дж., Гаус С.Е., Сапер CB, Лу Дж. (ноябрь 2003 г.). «Критическая роль дорсомедиального ядра гипоталамуса в широком диапазоне поведенческих циркадных ритмов» . Журнал неврологии . 23 (33): 10691–10702. doi : 10.1523/jneurosci.23-33-10691.2003 . ПМК 6740926 . ПМИД 14627654 .
- ^ Вуйович Н., Гули Джей Джей, Джоу ТК, Сапер CB (декабрь 2015 г.). «Проекции субпаравентрикулярной зоны определяют четыре выходных канала циркадной системы синхронизации» . Журнал сравнительной неврологии . 523 (18): 2714–2737. дои : 10.1002/cne.23812 . ПМЦ 4607558 . ПМИД 26010698 .
- ^ Лим А (2014). «Сон связан с количеством нейронов в вентролатеральном преоптическом/промежуточном ядре у пожилых людей с болезнью Альцгеймера и без нее» . Мозг . 137 (Часть 10): 2847–61. дои : 10.1093/brain/awu222 . ПМК 4163039 . ПМИД 25142380 .
- ^ Лу Дж., Греко М.А., Широмани П., Сапер CB (май 2000 г.). «Влияние поражения вентролатерального преоптического ядра на медленный и быстрый сон» . Журнал неврологии . 20 (10): 3830–3842. doi : 10.1523/jneurosci.20-10-03830.2000 . ПМК 6772663 . ПМИД 10804223 .
- ^ Кано Дж., Мочизуки Т., Сапер CB (октябрь 2008 г.). «Нейронные схемы вызванной стрессом бессонницы у крыс» . Журнал неврологии . 28 (40): 10167–10184. doi : 10.1523/JNEUROSCI.1809-08.2008 . ПМК 2693213 . ПМИД 18829974 .
- ^ Лу Дж., Нельсон Л.Е., Фрэнкс Н., Мейз М., Чемберлин Н.Л., Сапер CB (июнь 2008 г.). «Роль эндогенных систем сна-бодрствования и анальгетической системы в анестезии» . Журнал сравнительной неврологии . 508 (4): 648–662. дои : 10.1002/cne.21685 . ПМЦ 4924624 . ПМИД 18383504 .
- ^ Мур Дж.Т., Чен Дж., Хан Б., Мэн К.К., Визи С.К., Бек С.Г. и др. (ноябрь 2012 г.). «Прямая активация нейронов VLPO, способствующих сну, летучими анестетиками способствует анестезиологическому гипнозу» . Современная биология . 22 (21): 2008–2016. дои : 10.1016/j.cub.2012.08.042 . ПМЦ 3628836 . ПМИД 23103189 .
- ^ Эйкерманн М., Ветривелан Р., Гросс-Сундруп М., Генри М.Е., Хоффманн У., Йокота С. и др. (декабрь 2011 г.). «Вентролатеральное преоптическое ядро не требуется для общей анестезии изофлураном» . Исследования мозга . 1426 : 30–37. дои : 10.1016/j.brainres.2011.10.018 . ПМК 3215917 . ПМИД 22041226 .
- ^ Мур Дж (2012). «Прямая активация нейронов VLPO, способствующих сну, летучими анестетиками способствует анестезиологическому гипнозу» . Современная биология . 22 (21): 2008–2016. дои : 10.1016/j.cub.2012.08.042 . ПМЦ 3628836 . ПМИД 23103189 .