Geboorte lichtcyclus dramatisch beïnvloedt baby's biologische klokken


Geboorte lichtcyclus dramatisch beïnvloedt baby's biologische klokken

Het seizoen waarin baby's worden geboren, kunnen een dramatisch en aanhoudend effect hebben op hoe hun biologische klokken functioneren.

Dat is de conclusie van een nieuwe studie die online door het tijdschrift wordt gepubliceerd Natuur Neurowetenschappen . Het experiment levert het eerste bewijs voor seizoensgebonden afdrukken van biologische klokken bij zoogdieren en is uitgevoerd door professor Biologische Wetenschappen Douglas McMahon, afgestudeerde student Chris Ciarleglio, postdoctorale collega Karen Gamble en twee voorgraadse studenten aan de Vanderbilt Universiteit.

Het imprintende effect, dat bij babymuizen werd gevonden, kan het helpen verklaren dat mensen die in de wintermaanden zijn geboren een hoger risico hebben op een aantal neurologische stoornissen, waaronder seizoensgebonden affektieve stoornis (winterdepressie), bipolaire depressie en schizofrenie.

"Onze biologische klokken meet de daglengte en veranderen ons gedrag volgens de seizoenen. We waren nieuwsgierig om te zien of lichtsignalen de ontwikkeling van de biologische klok zouden kunnen vormen," zei McMahon.

In het experiment werden groepen muispups opgevoed vanaf de geboorte tot spenen in kunstmatige winter- of zomerlichtcycli. Nadat ze gespeend werden, werden ze gedurende 28 dagen in dezelfde cyclus of de tegenovergestelde cyclus gehandhaafd. Zodra ze volwassen waren, werden de muizen in constante duisternis geplaatst en werden hun activiteit patronen waargenomen.

De wintergeboren muizen vertoonden een constante vertraging van hun dagelijkse activiteitstijd, ongeacht of ze in een winterlichtcyclus waren gehandhaafd, of na het spenen naar de zomercyclus waren verplaatst. Toen de wetenschappers de meester biologische klokken in de muishersenen onderzochten, met behulp van een gen dat de klokcellen helder groen maakt wanneer ze actief waren, vonden ze een vergelijkbaar patroon: vertraging van de genklokken in wintergeboren muizen in vergelijking met diegenen die op een zomertijd geboren waren fiets.

"Wat vooral opvallend is over onze resultaten is het feit dat de imprinting zowel het gedrag van de dieren als de cyclisering van de neuronen in de meester biologische klok in hun hersenen beïnvloedt," aldus Ciarleglio.

Daarnaast vonden hun experimenten dat de imprinting van de klokgenactiviteit bij de geboorte dramatische effecten had op de reactie van de biologische klok op veranderingen in het seizoen later in het leven. De biologische klokken en het gedrag van de zomergeboren muizen blijven stabiel en afgestemd op de tijden van de schemering, terwijl die van de wintergeboren muizen veel veranderd waren toen ze in een zomergelichtcyclus werden geplaatst.

"De muizen die in de wintercyclus worden opgewekt, tonen een overdreven reactie op een seizoensverandering, die opvallend lijkt op die van mensen die aan een seizoensgebonden aandoening hebben geleden," aldus McMahon.

Precies wanneer de imprinting plaatsvindt tijdens de periode van drie weken die spontaan en afwijkt of het effect tijdelijk of permanent is, zijn vragen die de wetenschappers in toekomstige experimenten aanpakken.

Seizoensgebondenheid en Persoonlijkheid

De nieuwe studie zorgt voor een intrigerende maar zeer speculatieve mogelijkheid: seizoensvariaties in de dag- / nachtcyclus die individuen ervaren als hun hersenen ontwikkelen, kunnen hun persoonlijkheid beïnvloeden.

"We weten dat de biologische klok humeur in de mens regelt. Als een afdrukmechanisme vergelijkbaar met die welke we in muizen hebben gevonden, werkt bij mensen, dan kan het niet alleen effect hebben op een aantal gedragsstoornissen, maar ook een meer algemeen effect hebben Op persoonlijkheid, "zei McMahon.

"Het is belangrijk om dat te benadrukken, hoewel dit een beetje als astrologie klinkt, is het niet: het is seizoensgebonden biologie!" McMahon toegevoegd.

Muizen in deze studie werden verhoogd op kunstmatige seizoenslichtcycli in het laboratorium en de studie werd herhaald op verschillende tijden van het jaar. Bij mensen hebben studies in het noordelijke en zuidelijke halfrond bevestigd dat het het seizoen van de winter is - niet de geboorte maand - dat leidt tot verhoogd risico op schizofrenie. Er zijn veel mogelijke seizoensgebonden signalen die de ontwikkeling van de hersenen kunnen beïnvloeden, waaronder blootstelling aan griepvirus. Uit deze studie blijkt dat seizoenslichtcycli de ontwikkeling van een specifieke hersenfunctie kunnen beïnvloeden.

"We weten uit eerdere studies dat licht de ontwikkeling van andere delen van de hersenen kan beïnvloeden, bijvoorbeeld het visuele systeem. Onze werkzaamheden laten zien dat dit ook geldt voor de biologische klok," zei Ciarleglio.

Achtergrond

Het experiment werd uitgevoerd met een speciale stam van genetisch gemanipuleerde muizen dat het McMahon twee jaar heeft ontwikkeld. De muizen hebben een extra gen ingebracht in hun genoom dat een natuurlijk fluorescerend groen eiwit produceert waardoor de biologische klokneuronen in hun hersenen omgroeien als ze actief zijn. Hiermee kunnen de wetenschappers de activiteit van de master biologische klok direct controleren, die in het midden van de hersenen achter de ogen ligt in een klein gebied genaamd de suprachiasmatische kern (SCN).

Voor de studie namen de onderzoekers drie groepen van zes tot acht pasgeboren pups en legden ze (en hun moeders) in omgevingen met gecontroleerde dag- / nachtcycli. Een groep werd geplaatst in een zomercyclus met 16 uur licht en acht uur donker; Een andere groep werd in een wintercyclus geplaatst met acht uur licht en 16 uur donker; En een derde groep werd geplaatst in een equinox-cyclus met 12 uur licht en 12 uur donker. Ze werden drie weken in deze omgevingen gehouden totdat ze gespeend werden.

"Als ze geboren zijn, zijn de hersenen van muizen minder ontwikkeld dan die van een menselijke baby. Als gevolg hiervan worden hun hersenen nog steeds in deze periode bedraad," zei McMahon.

Zodra ze gespeen werden, werden de helft van de zomergeboren muizen op de zomercyclus gehouden en de helft werden de volgende 28 dagen overgebracht naar de wintercyclus als ze werden gerijpt. De wintergeboren muizen kregen dezelfde behandeling. De equinox-geboren muizen werden opgesplitst in drie groepen en in de zomer-, winter- en equinoxcycli geplaatst.

Nadat de muizen werden gerijpt, werden ze in een omgeving van voortdurende duisternis geplaatst. Dit elimineerde de dag / nacht signalen die normaal gesproken biologische klokken resetten en de wetenschappers toonden om de intrinsieke cycli van hun biologische klok te bepalen.

De wetenschappers vonden een significant verschil tussen de zomergeborenen en de wintergeborenen.

De zomergeboren muizen hebben hetzelfde gedragen of ze op de zomercursus waren gehouden of overgeschakeld naar de wintercyclus. Ze begonnen te rennen op het moment van de schemering (zoals bepaald door hun vroegere dag- / nachtcyclus), bleef tien uur lang en wachtte vervolgens 14 uur.

Het gedrag van de wintergeboren muizen was veel anders. Degenen die op de winterlichtcyclus door de rijping waren gehouden, lieten in principe hetzelfde patroon zien als hun zomerse neven: Ze werden actief op het moment van de schemering en bleven 10 uur voor het rusten. Echter, degenen die werden omgezet in een zomercyclus bleven actief voor een anderhalf uur.

Toen ze keken naar wat er in de hersenen van de verschillende groepen gebeurde, vonden ze een opvallend gelijkaardig patroon.

In de zomergeboren muizen piekte de activiteit van de neuronen in de SCN ten tijde van de schemering en bleef gedurende 10 uur. Toen de wintergeboren muizen werden gerijpt in de wintercyclus, piekte hun neuronale activiteit een uur na de schemering en bleef 10 uur door. Maar in de wintergeboren muizen die naar een zomercyclus werden overgeschakeld, pikte de master bioclock de activiteit twee uur voor de schemering en bleef 12 uur door.

Toen ze naar de equinox groep keken, vonden de wetenschappers variaties die halverwege de zomer- en wintergroepen vielen. Die onderworpen aan een zomer cyclus als ze gerijpt had biologische klokken die een uur piekte vóór de tijd van de schemering en de biologische klok van deze onderworpen aan een winter cyclus piekte een half uur na de tijd van de schemering. In beide gevallen was de duur van SCN activiteit 11 uur.

Hun analyse liet zien dat deze variaties veroorzaakt worden door veranderingen in de activiteitspatronen van de individuele neuronen, in plaats van door netwerkniveaus.

"Het is best opvallend hoe dicht de neuronale golfvorm en periode in overeenstemming zijn met hun gedrag," zei McMahon.

Opmerkingen:

Ciarleglio heeft zijn afstudeeropleiding afgerond en is nu assistent directeur van het Vanderbilt Brain Institute. De voorgraadse bijdragen aan de studie waren John Axley en Benjamin Strauss, die zijn afgestudeerd en gegaan op de afgestudeerde school en medische school. Karen Gamble, de bijdragende postdocenteur, is nu een faculteitslid in de afdeling psychiatrie aan de universiteit van Alabama Birmingham.

Het onderzoek werd gefinancierd door subsidies van de National Institutes of Health en werd uitgevoerd in samenwerking met het onderzoekscentrum Silvio O. Conte Neuroscience in Vanderbilt.

Bron: Vanderbilt Universiteit

Zeitgeist Moving Forward [Full Movie][2011] (Video Medische En Professionele 2019).

Sectie Kwesties Op De Geneeskunde: Psychiatrie