Вентролатеральное преоптическое ядро
Вентролатеральное преоптическое ядро | |
---|---|
![]() VLPO расположен в передней части гипоталамуса. Он также называется промежуточным ядром преоптической области | |
Подробности | |
Часть | Прептическое ядро |
Идентификаторы | |
Аббревиатура (ы) | VLPO или IPA |
Нейроналы | 3122 |
Анатомические термины нейроанатомии |
Вентролатеральное преоптическое ядро ( VLPO ), также известное как промежуточное ядро преоптической области ( IPA ), представляет собой небольшой скопление нейронов, расположенных в переднем гипоталамусе , сидя прямо над и на стороне зрительного хиазма в мозге человека и другие животные. [ 1 ] [ 2 ] Ядра, способствующие сону, (например, VLPO, парафициальная зона , ядро , прилежащее ядро и латеральные гипоталамуса MCH ), нейроны [ 3 ] [ 4 ] [ 5 ] [ 6 ] Вместе с восходящей системой возбуждения , которая включает компоненты в стволе мозга, гипоталамус и базальный передний мозг, являются взаимосвязанными нейронными системами, которые контролируют состояния возбуждения, сна и переходов между этими двумя состояниями. [ 1 ] [ 4 ] [ 5 ] VLPO активен во время сна , особенно во время необработанного сна глаз (Sleep NREM), [ 7 ] и выпускает ингибирующие нейротрансмиттеры , в основном ГАМК и галанин , которые ингибируют нейроны восходящей системы возбуждения , которые участвуют в бодрствовании и возбуждении. [ 1 ] [ 8 ] VLPO, в свою очередь, иннервируется нейронами из нескольких компонентов системы восходящего возбуждения. [ 9 ] [ 10 ] VLPO активируется эндогенными веществами, способствующими сон, аденозин [ 11 ] [ 12 ] и простагландин D2 . [ 13 ] [ 14 ] VLPO ингибируется во время бодрствования благодаря вызывающим возбуждающему нейромедиатерам норэпинефрину и ацетилхолина . [ 9 ] [ 15 ] Роль VLPO в сне и бодрствовании, а также его связь с расстройствами сна - особенно бессонницей и нарколепсией - растущая область исследований нейробиологии.
Структура
[ редактировать ]По меньшей мере 80% нейронов в VLPO, которые проецируют в систему восходящего возбуждения, являются GABAergic (нейроны, которые производят ГАМК). [ 16 ] Исследования in vitro у крыс показали, что многие нейроны в VLPO, которые ингибируются норэпинефрином или ацетилхолином, являются многополярными клетками треугольной формы с низкими пороговыми шипами. [ 9 ] Эти треугольные многополярные нейроны существуют в двух субпопуляциях в VLPO:
- Тип 1 - ингибируется серотонином.
- Тип 2 - возбужденный серотонином и аденозином.
По мере накопления аденозина во время бодрствования [ 12 ] [ 17 ] Вполне вероятно, что клетки типа 2 играют роль в индукции сна.
Остальные треть нейронов в VLPO возбуждаются норэпинефрином. Их роль неясна.
У мышей все галанинергические нейроны VLPO ингибируются норэпинефрином 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 экономик отметил, что у людей, у которых был энцефалит с поражениями в переднем гипоталамусе, имели бессонницу, и предложили влияние, способствующее сону в этой области. [ 2 ] Исследования на животных в середине 20-го века у крыс и кошек подтвердили, что очень большие поражения в преоптической области и базальный передний мозг привели к бессоннице [ 20 ] [ 21 ] но не идентифицировал группу клеток, которая отвечала. В 1996 году Шерин и его коллеги сообщили о присутствии клеточной группы в VLPO, которая экспрессирует финансовые директора (белок, часто обнаруживаемый в нейронах, которые недавно были активны) во время сна, и что эти нейроны содержат ингибирующие нейротрансмиттеры GABA и галанин. [ 16 ] [ 7 ] Эти же нейроны получают входные данные от медианного преоптического ядра (MNPO) [ 22 ] и были обнаружены иннервативными компонентами восходящей системы возбуждения, включая туберомамиллярное ядро (TMN) и другие компоненты бокового гипоталамуса; ядра рафе ; Locus coeruleus (LC); педункулопонтин ; (PPT) и латереодорсальные сегментарные ядра (LDT) и паракрахиальное ядро (PB). Более поздние исследования с использованием опто- или химиогенетической активации нейронов VLPO подтвердили, что они способствуют сна. [ 23 ]
Считается, что эффекты, способствующие сон, связаны с высвобождением ГАМК и, возможно, галанина, который подавляет стрельбу нейронов системы возбуждения. Поскольку VLPO также ингибируется нейротрансмиттерами, высвобождаемыми компонентами систем возбуждения, такими как ацетилхолин и норэпинефрин, [ 9 ] Теория текущей теории предположила, что VLPO и система возбуждения образуют цепь «шлепанца». [ 1 ] [ 2 ] Этот термин из электротехники обозначает схему, в которой взаимное ингибирование означает, что каждый компонент схемы, по мере ее включения, выключает другой, что приводит к быстрым переходам от одного состояния (пробуждение или сон) в другое, с минимальным временем в переходные состояния. Эта теория использовалась для создания математических моделей, которые объясняют большую часть поведения с бодрствованием у животных, в том числе в патологических состояниях и реакции на лекарства. [ 1 ] [ 24 ] [ 25 ] Нейроны орексина в заднем боковом гипоталамусе потенцируют нейроны в восходящей системе возбуждения и помогают стабилизировать мозг в состоянии бодрствования (и консолидированное бодрствование, которое создает гомеостатический сон, помогает стабилизировать мозг во время более позднего сна). Потеря нейронов орексина в нарушении нарколепсии дестабилизирует переключатель с бодрствованием, что приводит к подавляющему сносу эпизодам во время бодрствования, а также более частым пробуждениям со сном ночью. [ 1 ]
Циркадный ритм
[ редактировать ]У млекопитающих существует сильный циркадный ритм сна . «Мастерские часы» для циркадных ритмов у млекопитающих - супрахиазматическое ядро (SCN). SCN имеет мало, если какая -либо проекция непосредственно на нейроны VLPO. Вместо этого они сильно проецируют в соседней суббавентрикулярной зоне, которая, в свою очередь, содержит ингибирующие ГАМКергические нейроны, которые иннервируют ядро дорсомедиального ядра гипоталамуса. [ 26 ] [ 27 ] Повреждения дорсомедиального ядра почти полностью устраняют циркадный ритм сна. ГАМКергические нейроны в дорсомедиальном ядре иннервируют VLPO, а глутаматергические нейроны иннервируют латеральный гипоталамус, что позволяет предположить, что ядро дорсомедиального периода в основном способствует бодрствованию в течение активного периода (дневное время для людей). [ 26 ]
Клиническое значение
[ редактировать ]Бессонница
[ редактировать ]Пожилые люди с большим количеством нейронов галанина в их промежуточном ядре (человеческий эквивалент нейронов VLPO Галанина у грызунов) имеют лучший, более непрерывный сон. Уменьшенное количество нейронов VLPO связано с более фрагментированным соном (больше пробуждений в течение ночи). [ 28 ]
Поражения в VLPO у крыс приводят к снижению времени сна на 50-60% и длительной бессоннице . [ 29 ] Более поздние исследования показывают, что индуцированная стрессом бессонница может быть связана с дисбалансом ввода в систему возбуждения и нейронами VLPO. [ 30 ]
Седативные/гипнотические препараты
[ редактировать ]Многие седативные /гипнотические препараты действуют, связывая и потенцируя рецепторы GABA-A. К ним относятся более старые препараты, такие как этанол, хлоральный гидрат и барбитураты, а также новые бензодиазепины и «небензодиазепин» препараты (такие как Zolpidem, которые связываются с одним и тем же рецептором, но имеют различную химическую конфигурацию) и даже анестетики, такие как пропофоли и изофлуран. Поскольку VLPO вводит в систему возбуждения этот же рецептор, эти препараты в низких дозах по существу действуют путем усиления VLPO, производя сонное состояние. Исследования животных показывают, что нейроны VLPO демонстрируют активацию финансовых директоров после седативных доз этих препаратов, [ 31 ] И что поражения VLPO вызывают устойчивость к их седативным эффектам. [ 32 ] Однако в высоких дозах, которые вызывают хирургическую плоскость анестезии, эти препараты оказывают гораздо более распространенные ингибирующие эффекты, которые не зависят от VLPO. [ 33 ] Исследования показали, что множественные седативные/гипнотические препараты, которые действуют путем потенцирующих рецепторов GABA-A, включая этанол, хлоральный гидрат, пропофол и газовые анестетики, такие как изофлуран , в седативных дозах, увеличивают активность нейронов VLPO у мышей. [ 34 ] Этот вывод свидетельствует о том, что при относительно низких седативных дозах эти лекарства могут иметь общий механизм действия, который включает в себя усиление стрельбы нейронов VLPO. Однако высокие дозы, используемые при хирургической анестезии, снижают активность нейронов по всей нервной системе.
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а беременный в дюймовый и фон Saper CB, Fuller PM, Pedersen NP, Lu J, Scammell TE (декабрь 2010 г.). «Сонное переключение состояния» . Нейрон . 68 (6): 1023–1042. doi : 10.1016/j.neuron.2010.11.032 . PMC 3026325 . PMID 21172606 .
- ^ Jump up to: а беременный в Saper CB, Scammell TE, Lu J (октябрь 2005 г.). «Гипоталамическая регуляция сна и циркадных ритмов». Природа . 437 (7063): 1257–1263. doi : 10.1038/nature04284 . PMID 16251950 . S2CID 1793658 .
- ^ Anaclet C, Ferrari L, Arrigoni E, Bass CE, Saper CB, Lu J, et al. (Сентябрь 2014). «ГАМКАРЕГИЧЕСКАЯ ПАРАФИКАЛЬНАЯ ЗОНА представляет собой медуллярный Центр, способствующий спектаклю, способствуя медленной волне» (PDF) . НАТ Нейроски . 17 (9): 1217–1224. doi : 10.1038/nn.3789 . PMC 4214681 . PMID 25129078 .
В настоящем исследовании мы впервые показываем, что активация разграниченного узла ГАМКергических нейронов, расположенных в медуллярном PZ, может эффективно инициировать SWS и кортикальный SWA у животных. ... Пока, однако, остается неясным, взаимосвязан ли PZ с другими узлами со сном и пробуждением за пределами бодрствования, способствуя PB. ... интенсивность кортикальной медленной - волновой активности (SWA: 0,5–4 Гц) во время SWS также широко распространена в качестве надежного индикатора потребности сна ... В заключении, в настоящем исследовании мы продемонстрировали, что все полиграфические и нейроповеденческие проявления. SWS, включая SWA, могут быть инициированы у поведения животных путем селективной активации разграниченного узла ГАМКергических медуллярных нейронов.
- ^ Jump up to: а беременный Schwartz MD, Kilduff TS (декабрь 2015 г.). «Нейробиология сна и бодрствования» . Психиатрические клиники Северной Америки . 38 (4): 615–644. doi : 10.1016/j.psc.2015.07.002 . PMC 4660253 . PMID 26600100 .
Совсем недавно медуллярная парафициальная зона (PZ), примыкающая к лицевому нерву, была идентифицирована как центр, способствующий сон, на основе анатомических, электрофизиологических и химио- и оптогенетических исследований. 23, 24 ГАМКЕРГИЧЕСКИЕ ПЗ Нейроны ингибируют глутаматергические паракрахиальные (ПБ) нейроны, которые проецируют на BF, 25 тем самым способствуя сону NREM за счет бодрствования и быстрого сна. ... Сон регулируется ГАМКергическими популяциями как в преоптической области, так и в стволе мозга; Растущие данные свидетельствуют о роли меланин-концентрирующих гормональных клеток латерального гипоталамуса и парафициальной зоны ствола мозга
- ^ Jump up to: а беременный Браун Р.Е., МакКенна JT (июнь 2015 г.). «Превращение отрицательного в положительное: восходящее ГАМКергическое контроль активации и возбуждения коры» . Передний. Неврол . 6 : 135. doi : 10.3389/fneur.2015.00135 . PMC 4463930 . PMID 26124745 .
Производительное действие сна у ГАМКергических нейронов, расположенных в преоптическом гипоталамусе (6–8), теперь хорошо известно и принято (9). Совсем недавно другие группы, стимулирующие GABAergic GABAergic Neurons в боковом гипоталамусе (меланино-концентрирующие гормоны нейроны) и ствола мозга [парафициальная зона; (10)] были идентифицированы.
- ^ Oishi Y, Xu Q, Wang L, Zhang BJ, Takahashi K, Takata Y, et al. (Сентябрь 2017). «Медленная волна сон контролируется подмножеством ядра, укупавших ядерных нейронов у мышей» . Природная связь . 8 (1): 734. DOI : 10.1038/S41467-017-00781-4 . PMC 5622037 . PMID 28963505 .
Здесь мы показываем, что химиогенетическая или оптогенетическая активация возбуждающих аденозиновых рецепторов A2A-экспрессирующих нейронов непрямого пути в основной области NAC сильно вызывает сон с медленной волной. Химиогенетическое ингибирование нейронов непрямого пути NAC предотвращает индукцию сна, но не влияет на гомеостатический отскок сна.
- ^ Jump up to: а беременный Шерин Дж., Широмани П.Дж., Маккарли Р.В., Сапер К.Б. (январь 1996). «Активация вентролатеральных преоптических нейронов во время сна». Наука . 271 (5246): 216–219. doi : 10.1126/science.271.5246.216 . PMID 8539624 . S2CID 19804653 .
- ^ Браун Р.Е., Башир Р., МакКенна Дж.Т., Стркер Р.Е., Маккарли Р.В. (июль 2012 г.). «Контроль сон и бодрствования» . Физиологические обзоры . 92 (3): 1087–1187. doi : 10.1152/physrev.00032.2011 . PMC 3621793 . PMID 22811426 .
- ^ Jump up to: а беременный в дюймовый Gallopin T, Fort P, Egggermann E, Cauli B, Lupe PH, Rossier J, et al. (Апрель 2000). «Идентификация нейронов для обеспечения сна in vitro» Природа 404 (6781): 992–9 Doi : 10.1038/ 350109 10801127PMID 4364527S2CID
- ^ Уолтер А., Ван дер Спек Л., Харди Э., Бемельманс А.П., Руах Н., Ранчиллак А (декабрь 2019 г.). «Структурные и функциональные связи между медианом и вентролатеральным преоптическим ядром». Структура и функция мозга . 224 (9): 3045–3057. doi : 10.1007/s00429-019-01935-4 . PMID 31493023 .
- ^ Scammell TE, Gerashchenko DY, Mochizuki T, McCarthy MT, Estabrookoke IV, Sears CA, et al. (2001). «Агонист аденозина A2A увеличивает сон и индуцирует FOS в вентролатеральных преоптических нейронах». Нейробиология . 107 (4): 653–663. doi : 10.1016/s0306-4522 (01) 00383-9 . PMID 11720788 . S2CID 45189308 .
- ^ Jump up to: а беременный Gallopin T, Luppi PH, Cauli B, Урада Y, Rossier J, Hayaishi O, et al. (2005). «Эндогенный сомногенный аденозин возбуждает подмножество нейронов, способствующих сна, через рецепторы A2A в вентролатеральном преоптическом ядре». Нейробиология . 134 (4): 1377–1390. doi : 10.1016/j.neuroscience.2005.05.045 . PMID 16039802 . S2CID 27732204 .
- ^ Scammell T, Gerashchenko D, Urade Y, Onoe H, Saper C, Hayaishi O (июнь 1998 г.). «Активация вентролатеральных преоптических нейронов сомногенным простагландином D2» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 95 (13): 7754–7759. doi : 10.1073/pnas.95.13.7754 . PMC 22747 . PMID 9636223 .
- ^ Scharbarg E, Walter A, Lecoin L, Gallopin T, Lemaître F, Guille-Collignon M, et al. (Март 2023 г.). «Простагландин D 2 контролирует местные нейроны кровотока и, способствующие сон, в VLPO посредством аденозина, полученного из астроцитов». ACS Химическая нейробиология . 14 (6): 1063–1070. doi : 10.1021/acschemneuro.2c00660 . PMID 36847485 .
- ^ Sangare A, Dubourget R, Geoffroy H, Gallopin T, Rancillac A (октябрь 2016 г.). «Серотонин дифференциально модулирует возбуждающие и ингибирующие синаптические входы в предполагаемые нейроны, способствующие сна, вентролатерального преоптического ядра». Нейрофармакология . 109 : 29–40. doi : 10.1016/j.neuropharm.2016.05.015 . PMID 27238836 .
- ^ Jump up to: а беременный Шерин Дж. (1998). «Иннервация гистаминергических туберомамиллярных нейронов ГАМКергическими и галанинергическими нейронами в вентролатеральном преоптическом ядре крысы» . Журнал нейробиологии . 18 (12): 4705–4721. doi : 10.1523/jneurosci.18-12-04705.1998 . PMC 6792696 . PMID 9614245 .
- ^ Scharbarg E, Daenens M, Lemaître F, Geoffroy H, Guille-Collignon M, Gallopin T, et al. (Январь 2016). «Астроцитовый аденозин является центральным для гипногенного эффекта глюкозы» . Научные отчеты . 6 (1): 19107. DOI : 10.1038/SREP19107 . PMC 4709579 . PMID 26755200 .
- ^ Sangare A, Dubourget R, Geoffroy H, Gallopin T, Rancillac A (октябрь 2016 г.). «Серотонин дифференциально модулирует возбуждающие и ингибирующие синаптические входы в предполагаемые нейроны, способствующие сна, вентролатерального преоптического ядра». Нейрофармакология . 109 : 29–40. doi : 10.1016/j.neuropharm.2016.05.015 . PMID 27238836 .
- ^ Rancillac A (ноябрь 2016 г.). «Серотонин и способные сна нейроны» . Oncotarget . 7 (48): 78222–78223. doi : 10.18632/oncotarget.13419 . PMC 5346632 . PMID 27861160 .
- ^ Наута W (1946). «Гипоталамическая регуляция сна у крыс». Журнал нейрофизиологии . 9 : 285–314. doi : 10.1152/jn.1946.9.4.285 . PMID 20991815 .
- ^ McGinty D (1968). «Подавление сна после базальных поражений переднего мозга у кошки». Наука . 160 (3833): 1253–1255. doi : 10.1126/science.160.3833.1253 . PMID 5689683 . S2CID 24677928 .
- ^ Уолтер А., Ван дер Спек Л., Харди Э., Бемельманс А.П., Руах Н., Ранчиллак А (декабрь 2019 г.). «Структурные и функциональные связи между медианом и вентролатеральным преоптическим ядром». Структура и функция мозга . 224 (9): 3045–3057. doi : 10.1007/s00429-019-01935-4 . PMID 31493023 .
- ^ Kroeger D, Absi G, Gagliard C, Bandaru SS, Madra JC, Ferrari LL, et al. (Октябрь 2018). «Галаниновые нейроны в вентролатеральной преоптической области способствуют сон и потери тепла у мышей » Природная связь 9 ): 4129. DOI : 10.1038/S41467-018-06590-7 ( 1 6175893PMC 30297727PMID
- ^ Филлипс А.Дж., Робинсон П.А. (апрель 2007 г.). «Количественная модель динамики сна бодрствования, основанная на физиологии системы восходящего ствола мозга» . Журнал биологических ритмов . 22 (2): 167–179. doi : 10.1177/0748730406297512 . PMID 17440218 . S2CID 31817324 .
- ^ Fulcher BD, Phillips AJ, Postnova S, Robinson PA (2014). Mistlberger re (ред.). «Физиологически основанная модель орексинергической стабилизации сна и пробуждения» . Plos один . 9 (3): E91982. doi : 10.1371/journal.pone.0091982 . PMC 3961294 . PMID 24651580 .
- ^ Jump up to: а беременный Chou TC, Scammell TE, Gooley JJ, Gaus SE, Saper CB, Lu J (ноябрь 2003 г.). «Критическая роль дорсомедиального ядра гипоталамуса в широком диапазоне поведенческих циркадных ритмов» . Журнал нейробиологии . 23 (33): 10691–10702. doi : 10.1523/jneurosci.23-33-10691.2003 . PMC 6740926 . PMID 14627654 .
- ^ Vujovic N, Gooley JJ, Jhou TC, Saper CB (декабрь 2015 г.). «Проекции из подпункной зоны определяют четыре канала выхода из системы циркадного синхронизации» . Журнал сравнительной неврологии . 523 (18): 2714–2737. doi : 10.1002/cne.23812 . PMC 4607558 . PMID 26010698 .
- ^ Lim A (2014). «Сон связан с количеством нейронов в вентролатеральном преоптическом/промежуточном ядре у пожилых людей с болезнью Альцгеймера и без него» . Мозг . 137 (Pt 10): 2847–61. doi : 10.1093/brain/awu222 . PMC 4163039 . PMID 25142380 .
- ^ Lu J, Greco MA, Shiromani P, Saper CB (май 2000). «Влияние поражений вентролатерального преоптического ядра на NREM и быстрого сна» . Журнал нейробиологии . 20 (10): 3830–3842. doi : 10.1523/jneurosci.20-10-03830.2000 . PMC 6772663 . PMID 10804223 .
- ^ Cano G, Mochizuki T, Saper CB (октябрь 2008 г.). «Нейронная схема индуцированной стрессом бессонницы у крыс» . Журнал нейробиологии . 28 (40): 10167–10184. doi : 10.1523/jneurosci.1809-08.2008 . PMC 2693213 . PMID 18829974 .
- ^ Lu J, Nelson LE, Franks N, Maze M, Chamberlin NL, Saper CB (июнь 2008 г.). «Роль эндогенных систем сна и анальгетических систем в анестезии» . Журнал сравнительной неврологии . 508 (4): 648–662. doi : 10.1002/cne.21685 . PMC 4924624 . PMID 18383504 .
- ^ Мур Дж. Т., Чен Дж., Хан Б., Мэн К.К., Визаи С.К., Бек С.Г. и др. (Ноябрь 2012). «Прямая активация, способствующие сон, VLPO-нейроны летучими анестетиками способствует анестетическому гипнозу» . Текущая биология . 22 (21): 2008–2016. doi : 10.1016/j.cub.2012.08.042 . PMC 3628836 . PMID 23103189 .
- ^ Eikermann M, Vetrivelan R, Grosse-Sundrup M, Henry ME, Hoffmann U, Yokota S, et al. (Декабрь 2011 г.). «Вентролатеральное преоптическое ядро не требуется для изофлуранской общей анестезии» . Исследование мозга . 1426 : 30–37. doi : 10.1016/j.brainres.2011.10.018 . PMC 3215917 . PMID 22041226 .
- ^ Мур Дж. (2012). «Прямая активация, способствующие сон, VLPO-нейроны летучими анестетиками способствует анестетическому гипнозу» . Текущая биология . 22 (21): 2008–2016. doi : 10.1016/j.cub.2012.08.042 . PMC 3628836 . PMID 23103189 .