Hogyan segíthet a szezonális depresszió kezelésében a fényintenzitás agyi leképezésének feltárása?

A fény érzékelése nem csak a látás alapjául szolgál, hanem a legtöbb élőlénynél a napszaki ritmusokat is szabályozza. Az azonban még nem teljesen világos, hogyan történik ez pontosan. Egy amerikai kutatócsoport feltárta a jelenség hátterében álló neurális kódolási stratégiát, aminek szerepe lehet a szezonális depresszió vagy az éjszakai műszak káros hatásainak enyhítésében.

Az ember a fényből nyeri ki a legtöbb információt, ezért is van az, hogy a látás a legfontosabb érzéki modalitás. A retinában lévő fotoreceptorok a fény hatására jelet képeznek, amit már a retina bonyolult hálózata elkezd feldolgozni. A jel a látórendszer köztes állomásain eljut a látókéregbe, ahol a további jelfeldolgozási folyamatok eredményeképp kialakul a látottak neurális reprezentációja. Mindennek eredményeképp kialakul az ember elméjében a látás szubjektív élménye. E folyamat a valóságban lenyűgözően komplikált, olyannyira, hogy a kutatók máig sem értik minden részletét.

Mindezek mellett a látásból származó információ felhasználása is igen sokszínű. Alapvető jelentősége van például a mozdulatok megtervezésében, de hatással van a többi érzékszervtől érkező jelek értelmezésére is. A XXI. század elején azonban kiderült, hogy a külső megvilágítás intenzitásának érzékelése nem kifejezetten a látórendszer feladata. Pontosabban, a fényerősség érzékelése nem a klasszikus fotoreceptorokhoz köthető. A külső fény intenzitásának érzékelése azért fontos, mert ez hatással van a napszaki ritmusra. A napszaki ritmust magát a hipotalamusz egy sejtcsoportja (szuprakiazmatikus mag) hozza létre, azonban ismert, hogy ezt a ciklust a külső megvilágítás befolyásolja. Ennek köszönhető például az időátállási probléma a hosszú repülőutak után.

A látórendszer első idegi eleme a retina. A retinára vetül a szemlencse által fókuszált kép. A retinában csapok és pálcikák reagálnak a beérkező fényre, majd az általuk létrehozott jel a retina más sejtjein (pl. bipoláris sejteken) keresztül eljut a retinális ganglionsejtekig, amelyek nyúlványai a látóideget alkotják. (Forrás: Martin, 2023 – Science).

Melanopszin a retinában

A XX. század végére már világos volt, hogy a retinohipotalamikus traktus e jelenség anatómiai alapja. A retinától a hipotalamuszig húzódó pálya változtatja meg a szuprakiazmatikus mag sejtjeinek aktivitását, átmetszése eredményeképp a külső megvilágítás nem módosítja a kísérleti állatok napszaki ritmusát. 2002-ben egy amerikai kutatócsoport fedte fel, hogy a retinohipotalamikus traktus nem a retina fotoreceptoraitól származó jeleket továbbítja. A retinohipotalamikus traktuson a retinális ganglionsejtek egy speciális csoportja kommunikál a hipotalamusszal. A vizsgálataik során kiderült, hogy a retinohipotalamikus traktus azért továbbít jelet a csapok és pálcikák elnémítása ellenére is, mert a retinális ganglionsejtek némelyike maga is érzékeny a fényre, vagyis fotoreceptív. Ezek a sejtek a melanopszin nevű fehérjét fejezik ki, amely retinalt köt. A retinal a fotonok hatására átalakul, amely beindít egy olyan jelátviteli mechanizmust, melynek eredményeképp ioncsatornák nyílnak a sejt membránjában. A retinális ganglionsejtek tehát jelet képeznek és így értesül a hipotalamusz a külső megvilágítás intenzitásáról.

E felismerés újabb kérdéseket vetett fel, például, hogy pontosan hogyan kódolják a sejtek a fényintenzitást. A kérdés azért igazán érdekes, mert a külső megvilágítás intenzitása egy nagyon széles tartományt ölel fel, míg az idegsejtek által létrehozható jel változatossága viszonylag szűk tartományban mozog. Az idegi kódolás alapjait Keith Lucas és Edgar Adrian fedezték fel a XX. század első felében. Azt találták, hogy minél magasabb frekvenciájú jelet képez a béka lábának egyik izmát beidegző ideg, annál nagyobb erővel húzódik össze az izom. Az idegsejtek által képzett jel, az akciós potenciál, lefutása mindig azonos, így az információt az akciós potenciálok létrehozásának gyakorisága kódolja. Az akciós potenciálok generálása azonban energiaigényes, így az idegsejtek nem képesek tartósan 50 Hz fölötti aktivitást létrehozni. Ez azért fontos szempont a fényintenzitás érzékelése szempontjából, mert a fényintenzitás általában lassan változik és ismert, hogy a retinohipotalamikus traktusban a fényintenzitás nagyságának megfelelő nagyságú populációaktivitás alakul ki. Vajon hogyan? Erre a kérdésre kereste a választ egy amerikai kutatócsoport.

A fényintenzitás neurális kódja

Mivel a retinális ganglionsejteknek csak nagyjából 0,4 %-a fejezi ki a melanopszint, a sejtek elektrofiziológiai vizsgálatához olyan módszerre van szükség, amivel egyértelműen azonosítani lehet ezeket. Az amerikai kutatók ezért egy antitestet hoztak létre, amely a melanopszin sejten kívüli részéhez köt. Makákóktól származó retinákat vizsgáltak, melyeket eltávolítottak az állatokból és mesterségesen tartottak életben. Az antitestekkel megfestették a melanopszint kifejező sejteket és ezek elektromos tevékenységét vizsgálták.

Egyrészt kiderült, hogy ezek a ganglionsejtek sokkal szélesebb intenzitás tartományban képesek folyamatos aktivitást produkálni, mint a csapok és pálcikák. Ennek hátterében az a tényező állhat, hogy a melanopszin másként működik, mint a látásért felelős receptorok. A melanopszin a fotonok elnyelése hatására inaktiválódik, azonban szintén fotonok hatására kerülhet vissza az aktív állapotba. Ezzel szemben a klasszikus opszinok a foton elnyelését követően egy több lépésből álló folyamaton keresztül válhatnak csak újra aktívvá.

Emellett az is kiderült, hogy a retinohipotalamikus traktust létrehozó ganglionsejtek egyedi válaszmintázatokat mutatnak. Ez azt jelenti, hogy a fényintenzitás széles tartományát úgy fedik le a sejtek, hogy mindegyik más és más szeleteire érzékeny. A fényintenzitás széles és a neuronális kódolás szűk tartománya közötti űrt tehát az egységben az erő elvével hidalja át az idegrendszer. Az idegsejtek egymagukban valóban képtelenek lennének lefedni ezt a tartományt, ezért felosztják egymás között. Hogy ezt pontosan milyen sejtélettani folyamatok teszik lehetővé, az egyelőre nem világos, további vizsgálatokra lesz szükség ennek megértéséhez.

A melanopszint kifejező retinális ganglionsejtek egyedi válaszmintázattal rendelkeznek, így a sejtek együttes erővel képesek kódolni a külső megvilágítás intenzitásának széles tartományát (Forrás: Martin, 2023 – Science).

Miért jó tudni, hogyan kódolja az idegrendszer a fényintenzitást?

A fényintenzitás kódolásának logikáját megérteni azért is fontos, mert a külső fény érzékelése markáns hatást fejt ki az ember közérzetére. A borongós időben érzett letargia, a napsütésben előbújó felszabadultság mind ehhez a rendszerhez köthetők. A szezonális affektív zavar esetében például már ki is mutatták, hogy a melanopszin génjének egy bizonyos mutációja fokozza a zavar kialakulásának esélyét. A szezonális affektív zavarral küzdőknél az év egy bizonyos szakában jelentkeznek a depresszió tünetei (rossz hangulat, alacsony önértékelés, levertség). Ez az időszak általában a tél, de nem minden esetben. Az új eredmények a szakértők szerint hozzájárulhatnak a szezonális affektív zavar kezelésének fejlődéséhez, sőt esetleg a napszaki ritmus megzavarásából adódó problémák enyhítéséhez is hozzájárulhatnak. A váltott műszakban dolgozók, a friss szülők és a világjárók alvási problémáit is enyhítheti a melanopszint kifejező sejtek működéséhez igazított megvilágítás használata a jövőben.

Ez a cikkem az Élet és Tudomány Agyi aktualitások rovatában jelent meg.