Ο υποθάλαμος του εγκεφάλου σας κρατά τα πράγματα ομαλά

Πριν από το πιο πρόσφατο γεύμα σας, μπορεί να είχατε νιώσει κάποιες έντονες πείνα, που σηματοδοτούσαν ότι ήρθε η ώρα να φάτε. Ίσως αναπτύξατε ξαφνική λαχτάρα για ιταλική ή άλλη κουζίνα. Αυτά τα σημάδια δεν προήλθαν από τον αέρα – είναι το έργο μιας περιοχής μεγέθους αμυγδάλου στον εγκέφαλο που ονομάζεται υποθάλαμος. Αυτή η περιοχή του εγκεφάλου, παρά το μικροσκοπικό της μέγεθος, έχει τεράστια δουλειά να μας κρατά ζωντανούς.

Με το παρατσούκλι ο κύριος πίνακας διανομής, ο υποθάλαμος λειτουργεί στο παρασκήνιο διασφαλίζοντας ότι το σώμα μας βρίσκεται στην καλύτερη δυνατή κατάσταση. Και, όπως και ο τρόπος με τον οποίο πολλοί ηθοποιοί παρασκηνίου διατηρούνται στις άκρες ενός καρέ, ο ρόλος του θεωρείται δεδομένος στην επιστημονική κοινότητα. «Ο υποθάλαμος είναι μια πολύ υποτιμημένη περιοχή», λέει

Dayu Lin

, καθηγητής στο τμήμα νευροεπιστήμης και φυσιολογίας στο NYU Grossman School of

Medicine

. Έχει δει το ερευνητικό ενδιαφέρον για την περιοχή του εγκεφάλου να μειώνεται, με μερικούς να θεωρούν ότι είναι λιγότερο ενδιαφέρουσα σε σύγκριση με περιοχές που εμπλέκονται στην ανώτερη και πολύπλοκη γνωστική λειτουργία.

Αλλά υπάρχουν ακόμη πολλά που πρέπει να αποκαλύψουμε ακόμη σχετικά με τον υποθάλαμο, όπως δείχνουν τέσσερις ανασκοπήσεις σε μια σειρά που δημοσιεύτηκε από το περιοδικό


Επιστήμη



σήμερα

. Η προηγμένη τεχνολογία έχει ανοίξει νέους τρόπους για την εξέταση της μικρής περιοχής του εγκεφάλου, τον επαναπροσδιορισμό των παλιών ρόλων της και τον εντοπισμό άγνωστων στο παρελθόν.

Ρυθμιστής του σώματος

Ο υποθάλαμος ελέγχει μια ποικιλία ζωτικών διεργασιών. Δουλεύοντας με την υπόφυση, είναι υπεύθυνη για όλη την παραγωγή ορμονών. Συμμετέχει επίσης στον έλεγχο της θερμοκρασίας, της αρτηριακής πίεσης, του καρδιακού ρυθμού, της όρεξης και άλλων τμημάτων της φυσιολογίας μας.

«Ο υποθάλαμος θεωρείται ως αναπόσπαστο στοιχείο στον έλεγχο του κεντρικού νευρικού συστήματος τόσο της σωματικής ορμονικής δραστηριότητας, όσο και μιας σειράς γνωστικών, συναισθηματικών και συμπεριφορικών καταστάσεων», λέει.

Τζέιμς Τζορντάνο

καθηγητής νευρολογίας του Κέντρου Pellegrino στο Ιατρικό Κέντρο του Πανεπιστημίου Georgetown, ο οποίος δεν συμμετείχε στις τρέχουσες μελέτες.

Πολύπλοκες δομές και κυκλώματα δίνουν στον υποθάλαμο ένα ευρύ φάσμα επιρροής σε πολλαπλές σωματικές διεργασίες, το

πρώτο νέο χαρτί

δείχνει. Ο υποθάλαμος χωρίζεται σε ένα σύμπλεγμα κυτταρικών σωμάτων, που ονομάζονται πυρήνες, με διασταυρούμενες οδούς που τον βοηθούν να επικοινωνεί και να συντονίζει τη δραστηριότητα μέσα του και με άλλες εξωτερικές περιοχές του εγκεφάλου. «Η υποθαλαμική λειτουργία είναι κρίσιμη για την ενοποιητική δραστηριότητα του εγκεφάλου και με αυτόν τον τρόπο μπορεί να θεωρηθεί σημαντική για τον καθορισμό της ακεραιότητας του σώματος με τον εγκέφαλο και της δραστηριότητας του εγκεφάλου με το σώμα», προσθέτει ο Giordano.

[Related: New human

brain

atlas is the most detailed one we’ve seen yet]

Μέχρι τώρα, η έλλειψη επιστημονικών πόρων εμπόδιζε τους ερευνητές να κατανοήσουν τη λειτουργία αυτών των κυττάρων. Ο Lin, ο οποίος συνέγραψε ένα άλλο έγγραφο σχετικά με τον ρόλο της περιοχής του εγκεφάλου στην κοινωνική συμπεριφορά, είπε ότι ήταν δύσκολο να μελετηθεί τι συνέβαινε σε αυτόν τον τομέα χωρίς να διαταραχθεί η επικοινωνία μεταξύ των κυττάρων. Η προηγούμενη έρευνα βασίστηκε σε ζώα με βλάβες σε συγκεκριμένες περιοχές του υποθαλάμου, αλλά αυτό δεν δίνει μια πλήρη εικόνα του πώς τα αφαιρεμένα κύτταρα αλληλεπιδρούν με την υπόλοιπη περιοχή.

Η εφεύρεση του 2009 του

αλληλουχία μονοκυτταρικού RNA

, μια εργαστηριακή τεχνική που επιτρέπει στους επιστήμονες να αναλύουν τις γενετικές πληροφορίες μεμονωμένων κυττάρων, βοήθησε στην καλύτερη ανατομή των κυκλωμάτων που δίνουν στα υποθαλαμικά σμήνη τις διάφορες λειτουργίες τους. Στην πρόσφατη εργασία, οι ερευνητές χαρτογράφησαν τους υποτύπους κυττάρων στον υποθάλαμο με βάση. Οι επόμενες προκλήσεις θα είναι να καταλάβουμε γιατί ορισμένοι τύποι κυττάρων ομαδοποιούνται και πώς οι συστάδες διέπουν διαφορετικές συμπεριφορές.

Αυτό δεν είναι το μόνο νέο εργαλείο που χρησιμοποίησαν αυτοί οι επιστήμονες. Μια άλλη νέα ερευνητική τεχνική, η οπτογενετική, επιτρέπει στους νευροεπιστήμονες να χρησιμοποιούν το φως για να παρακολουθούν τη δραστηριότητα των εγκεφαλικών κυττάρων. Μια τρίτη, η ανάδρομη ανίχνευση, χρησιμοποιεί έναν ιό για να παρακολουθεί τις νευρικές συνδέσεις ξεκινώντας από τις συνάψεις μέχρι τα κυτταρικά τους σώματα, κάτι που βοήθησε στον εντοπισμό κυκλωμάτων που δεν είχαν ξαναδεί. Στο μέλλον, αυτά θα μπορούσαν να αποκαλύψουν τους άλλους ρόλους του υποθαλάμου στη ρύθμιση συμπεριφορών που περιλαμβάνουν απαντήσεις στον πόνο και

άγχος

. Ταυτόχρονα, οι συγγραφείς της μελέτης εικάζουν ότι ο υποθάλαμος συνδέεται άμεσα με το μικροβίωμα του εντέρου, υπονοώντας ότι αυτή η περιοχή του εγκεφάλου θα είναι υπεύθυνη για τα βακτηριακά αποτελέσματα του εντέρου καθώς και για τη σεροτονίνη και άλλες ορμόνες που εμπλέκονται στη ρύθμιση της τροφής.

Ύπνος, κοινωνικοποίηση και στόχοι

Οι άλλες τρεις εργασίες επικεντρώνονται σε ορισμένες από τις κύριες λειτουργίες αυτού του ελεγκτή εγκεφάλου. Ο ύπνος, για παράδειγμα, διέπεται από συγκεκριμένους νευρώνες που λειτουργούν ως «διακόπτης» για τη μετάβαση από την ηρεμία στην εγρήγορση. Αλλά δεν είναι μόνο αυτός ο σκοπός τους. Τα κύτταρα ύπνου-εγρήγορσης εμπλέκονται εξίσου με άλλες υποθαλαμικές δραστηριότητες όπως ο έλεγχος του ενεργειακού μεταβολισμού και η θερμοκρασία του πυρήνα του σώματος.

«Το χειρόγραφό μας υπογραμμίζει το γεγονός ότι τα περισσότερα νευρωνικά κυκλώματα στον υποθάλαμο εξυπηρετούν περισσότερες από μία λειτουργίες και ότι είναι όλα αλληλένδετα», λέει.

Luis de Lecea

καθηγητής ψυχιατρικής και συμπεριφορικών επιστημών στο Πανεπιστήμιο του Στάνφορντ που υπηρέτησε ως συγγραφέας του νέου

άρθρο κριτικής

. «Ο ύπνος είναι [also] συνυφασμένη με σχεδόν όλη τη λειτουργία του εγκεφάλου και η απώλεια ύπνου επηρεάζει πολλές πτυχές της υγείας μας, συμπεριλαμβανομένης της γήρανσης και του νευροεκφυλισμού».

Αλλο

άρθρο κριτικής

επικεντρώθηκε στον τρόπο με τον οποίο ο υποθάλαμος μπορεί να προωθήσει τα κίνητρα προς τα απαραίτητα για να επιβιώσουμε, όπως φαγητό και νερό. Για να μας στοχεύσει σε τέτοιους στόχους, ο υποθάλαμος οργανώνει τα νευρικά του κυκλώματα ώστε να συνεργάζονται με την κοιλιακή τετηγματική περιοχή, ένα μέρος του εγκεφάλου που εμπλέκεται στις διαδικασίες ανταμοιβής. Η οπτογενετική διέγερση έχει αποκαλύψει ότι ο υποθάλαμος στέλνει μηνύματα στην κοιλιακή τετηγματική περιοχή που ενισχύουν ή αναστέλλουν τα κίνητρα και θα μπορούσαν να εξηγήσουν τη συμπεριφορά αναζήτησης τροφής.

[Related: Psychedelics and anesthetics cause unexpected chemical reactions in the brain]

Επηρεάζει επίσης τον τρόπο με τον οποίο αλληλεπιδρούμε με τους άλλους σε μια σειρά κοινωνικών συμπεριφορών. Αυτά μπορεί να περιλαμβάνουν φιλικές και γονικές αλληλεπιδράσεις ή επιθετικές ή σεξουαλικές ενέργειες. «Αυτές οι συμπεριφορές είναι κρίσιμες για να επιβιώσουν τα ζώα στην κοινότητα και να αναπαραχθούν. Ο υποθάλαμος είναι απαραίτητος για τη μεσολάβηση αυτών των καθημερινών αλληλεπιδράσεων», λέει ο Lin, συν-συγγραφέας του

αυτό το χαρτί

.

Σε αυτή την έρευνα, ο Lin προτείνει ένα σύστημα διπλού ελέγχου μεταξύ του υποθαλάμου και του εγκεφαλικού στελέχους-νωτιαίου μυελού. Όταν κάποιος εντοπίζει ένα άτομο με το οποίο θέλει να αλληλεπιδράσει, ο υποθάλαμος εμπλέκεται με το σύστημα ντοπαμίνης -η ντοπαμίνη είναι σημαντική για τις κινήσεις και την ανταμοιβή- για να διατηρήσει το κοινωνικό ενδιαφέρον και να ενισχύσει άλλες κοινωνικά αποδεκτές ενέργειες. Το κύκλωμα εγκεφαλικού στελέχους-νωτιαίου μυελού λαμβάνει στη συνέχεια αυτές τις πληροφορίες και τις χρησιμοποιεί για να καθοδηγήσει ευνοϊκές κοινωνικά αντιδράσεις και ενέργειες.

Από τα ζώα εργαστηρίου στην ανθρώπινη υγεία

Μεγάλο μέρος της δουλειάς για τη διερεύνηση των εσωτερικών και των εξόδων του υποθαλάμου είναι σε ζώα. Τα διαγονιδιακά

ποντίκια

– γενετικά χειραγωγημένα ζώα που χρησιμοποιούνται για τη μελέτη βιολογικών διεργασιών και ανθρώπινων ασθενειών – διευκολύνουν τους επιστήμονες να εξετάσουν ένα συγκεκριμένο τμήμα του υποθαλάμου, λέει ο Lin, χωρίς να θέσουν κανένα πλάσμα σε αναισθησία. Αυτό είναι ιδιαίτερα χρήσιμο για τη μελέτη των κοινών συμπεριφορών, επειδή τα ζώα πρέπει να κινούνται ελεύθερα για να ενεργοποιηθούν τα κοινωνικά κυκλώματα του εγκεφάλου τους.

Αν και αυτές οι μελέτες προέρχονται από ζώα, οι νέες πληροφορίες για τον υποθάλαμο χρησιμοποιούνται ήδη για τη διαμόρφωση θεραπειών για τον άνθρωπο. Γίνονται προσπάθειες για χρήση

βαθιά εγκεφαλική διέγερση για τη στόχευση του οπίσθιου άκρου του υποθαλάμου

για την πρόληψη ή τη μείωση της επιθετικότητας, για παράδειγμα. Υπάρχει επίσης δυνατότητα στη στόχευση συγκεκριμένων κυκλωμάτων στον υποθάλαμο να σταματήσουν άλλα προβλήματα όπως π.χ

αυπνία

και

εθισμός

. Στα επόμενα 10 χρόνια, προβλέπει ο Lin, θα ακούμε περισσότερα νέα για κλινικές δοκιμές που στοχεύουν τον υποθάλαμο για τη θεραπεία ενοχλητικών συμπεριφορών.