Eine Ahnung, warum es so schwer aufwachen an einem kalten winter morgen

Der Winter ist zwar hinter uns, aber erinnern Sie sich an die Herausforderung des Aufwachens, an diesen kalten, dunklen Tagen? Temperatur wirkt sich auf das Verhalten der fast alle Lebewesen, aber es gibt noch viel zu lernen über die Verbindung zwischen sensorischen Neuronen und Neuronen, die Steuerung des Schlaf-wach-Zyklus.

Neurobiologen der Northwestern University haben entdeckt eine Ahnung, was hinter diesem Verhalten. In einer Studie der Fruchtfliege haben die Forscher identifiziert, die eine „thermometer“ – Schaltung, die relais Informationen über externe Kälte aus die fliege-Antenne, um das höhere Gehirn. Sie zeigen, wie sich, durch diese Schaltung, saisonal kalten und dunklen Bedingungen kann hemmen Neuronen im fliegengehirn, die Förderung der Aktivität und der Wachheit, vor allem in den morgen.

„Dies hilft, erklärt, warum—für beide von Fliegen und Menschen—ist es so schwer, am morgen aufwachen im winter,“ sagte Marco Gallio, außerordentlicher professor von Neurobiologie in der Weinberg-College von Künsten und Wissenschaften. „Durch das Studium der Verhaltensweisen, die in einer Frucht-Fliegen, können wir besser verstehen, wie und warum die Temperatur so entscheidend für die Regulierung von Schlaf.“

Die Studie, geführt von Gallio und durchgeführt Drosophila melanogaster veröffentlicht am Mai 21 in der Zeitschrift Current Biology.

Das Papier beschreibt zum ersten mal die „absolute Kälte“ – Rezeptoren, die Ihren Wohnsitz in der Fliegen-Antenne, die reagieren auf Temperatur nur unterhalb der fliege „Komfort-zone“ von etwa 77 Grad Fahrenheit. Haben wir identifiziert, jene Nervenzellen, die Forscher folgten Sie alle den Weg zu Ihren Zielen innerhalb des Gehirns. Sie fanden, dass die wichtigsten Empfänger dieser Informationen sind eine kleine Gruppe von Nervenzellen im Gehirn, die Teil eines größeren Netzwerkes ist, dass die Kontrollen Rhythmen von Aktivität und Schlaf. Wenn die kalte Schaltung entdeckten Sie aktiv ist, die Ziel-Zellen, die normalerweise aktiviert werden, indem Morgenlicht, sind abgeschaltet.

Drosophila ist ein klassisches Modellsystem für die zirkadianen Biologie, dem Bereich, in dem die Forscher untersuchen die Mechanismen, die unsere 24-Stunden-Rhythmus von Ruhe und Aktivität. Im Mittelpunkt der aktuellen Arbeit steht die Frage, wie änderungen in der externen cues, wie Licht und Temperatur Einfluss Rhythmen von Aktivität und Schlaf, und wie die cues zu erreichen, die bestimmte schaltkreise im Gehirn, dass die Kontrolle dieser Reaktionen.

Während die Erkennung der Umwelt-die Temperatur ist entscheidend für kleiner „cold-blooded“ Fruchtfliegen, die Menschen sind immer noch Kreaturen, die Komfort und sind ständig auf der Suche nach idealen Temperaturen. Teil der Grund, warum Menschen suchen optimale Temperaturen ist das Herzstück und Gehirn, die Temperaturen sind eng gebunden an die Induktion und Aufrechterhaltung des Schlafes. Saisonale Veränderungen im Tageslicht und Temperatur gebunden sind auch Veränderungen in den Schlaf.

„Temperatur-sensing ist einer der elementaren sensorischen Modalitäten“, sagte Gallio, dessen Gruppe ist eine der wenigen in der Welt, die systematisch in das Studium der Temperatur-sensing-bei Fruchtfliegen. „Die Prinzipien, die wir finden im Gehirn der fliege—die Logik und die Organisation, können die gleichen sein, den ganzen Weg zu den Menschen. Ob Fliegen oder Menschen, die sensorischen Systeme haben die gleichen Probleme lösen, so dass Sie oft tun Sie es in der gleichen Weise.“

Gallio ist der entsprechende Autor des Papiers. Michael H. Alpert, ein postdoctoral fellow in Gallio ’s lab, und Dominic D. Frank, ein ehemaliger Ph. D.-student in Gallio‘ s lab, sind das Papier ist Erster co-Autoren.

„Die Auswirkungen der gestörten Schlaf sind zahlreich—Müdigkeit, Konzentrationsschwäche, schlechter lernen und Veränderung einer Vielzahl von Gesundheits-Parametern—doch sind wir noch nicht vollständig verstehen, wie Schlaf produziert und reguliert im Gehirn und wie sich Veränderungen in den äußeren Bedingungen können Auswirkungen auf Schlaf, Antrieb und Qualität“, Alpert sagte.

Die Studie, ein Gemeinschaftswerk vieler Jahre in der Herstellung, erfolgte in der Gallio-Labor durch eine Reihe von Wissenschaftler in unterschiedlichen Phasen Ihrer Karriere, angefangen von Bachelor-Studierenden an den principal investigator.

„Es ist wichtig zu studieren, das Gehirn in Aktion“, erklärt Frank. „Unsere Ergebnisse zeigen die Bedeutung funktioneller Studien für das Verständnis, wie das Gehirn steuert Verhalten.“

Insgesamt ist die Studie stark darauf verlassen, auf der Fähigkeit zu lernen, sowohl die Aktivität von Neuronen und die Rolle von diesen Neuronen auf das Verhalten. Um dies zu tun, entwickelten die Forscher neue Instrumente und verwendet eine Kombination von funktionellen und anatomischen Studien, neurogenetische und Verhaltens-monitoring-Methoden zur Durchführung dieser Experimente in der sowohl wild-Typ und transgenen Fliegen.