เป็นเวลาหลายทศวรรษที่ SCN ครองอำนาจสูงสุดในด้านความเข้าใจของนักวิทยาศาสตร์เกี่ยวกับนาฬิกาชีวิต มีเซลล์ประสาทเพียง 20, 000 เซลล์ที่สร้างโครงสร้าง – หนึ่งเซลล์ในแต่ละด้านของสมอง – แต่เซลล์สมองจำนวนน้อยก็เพียงพอที่จะกำหนดจังหวะรายวันสำหรับทั้งร่างกาย ราวกับว่าผู้อยู่อาศัยในเมืองเล็ก ๆ ในนิวอิงแลนด์กำหนดตารางเวลาของทุกคนบนโลกแล้วบางส่วน
“ฉันคิดว่า SCN เป็นนาฬิกาอะตอมในเครือข่ายตู้เอทีเอ็มนี้” Herzog กล่าว
เซลล์ร่างกายแต่ละเซลล์มีนาฬิกาของตัวเอง เช่นเดียวกับเครื่องคิดเงินแต่ละเครื่อง และนาฬิกาที่อยู่รอบข้างจะตรวจสอบกับผู้จับเวลาส่วนกลางเป็นระยะๆ เพื่อให้ตรงเวลาอยู่เสมอ
จังหวะของ SCN ถูกกำหนดโดยแสงเป็นส่วนใหญ่ เนื่องจากเซลล์พิเศษในเรตินาจะถ่ายทอดข้อความไปยังสมองเมื่อรับรู้ถึงแสงแดด ตัวชี้นำแสงส่งผลต่อเกียร์ของนาฬิกาโมเลกุลภายในเซลล์ประสาทของ SCN ซึ่งจะควบคุมอัตราการยิงของเซลล์ด้วยวิธีใดวิธีหนึ่ง ซึ่งเป็นความถี่ที่เซลล์ประสาทส่งสัญญาณไฟฟ้าไปยังเซลล์สมองอื่นๆ
“เรารู้ว่านาฬิกาอยู่ที่นั่น [ในสมอง] เราทราบอัตราการยิงที่แตกต่างกัน เราได้เรียนรู้มากมายเกี่ยวกับยีนที่ควบคุมกิจกรรมของนาฬิกา แต่ไม่มีสิ่งใดบอกเราว่านาฬิกาควบคุมสิ่งใดได้อย่างไร” Charles Bourque นักประสาทวิทยาจากมหาวิทยาลัย McGill ในมอนทรีออลกล่าว
เพื่อช่วยแก้ไขปัญหานี้ ทีมของ Bourque ได้ถอดรหัสข้อความทางเคมีบางส่วนที่ SCN ใช้เพื่อควบคุมจังหวะการทำงานของร่างกายที่ป้องกันไม่ให้ร่างกายขาดน้ำระหว่างการนอนหลับ
หนึ่งในการป้องกันหลักของร่างกายต่อภาวะขาดน้ำคือฮอร์โมนที่เรียกว่าวาโซเพรสซิน
ซึ่งส่งสัญญาณให้ไตกักเก็บน้ำ นักวิทยาศาสตร์ทราบมาหลายปีแล้วว่าฮอร์โมนถูกปลดปล่อยเมื่อสิ้นสุดระยะเวลาการนอนหลับโดยเซลล์ประสาทในนิวเคลียสซูปราออปติก
ซึ่งเป็นกลุ่มของเซลล์ในมลรัฐไฮโปทาลามัสซึ่งอยู่ห่างจาก SCN เพียงไม่กี่มิลลิเมตร และนักวิจัยยังได้ค้นพบว่าเมื่อคนหรือสัตว์ตื่นขึ้น เซลล์ประสาทในโครงสร้างใกล้เคียงอื่นที่เรียกว่าออร์กานัม vasculosum lamina terminalis หรือ OVLT จะรับรู้ถึงการสูญเสียน้ำและส่งสัญญาณการหลั่งของวาโซเพรสซิน และทำให้เกิดความกระหาย แต่ไม่มีใครรู้ว่านาฬิกาสมองกำหนดเวลาการปล่อย vasopressin ระหว่างการนอนหลับได้อย่างไร
ปรากฎว่าเซลล์ SCN ใช้ vasopressin เพื่อช่วยควบคุมการหลั่งของฮอร์โมนเองระหว่างการนอนหลับ Eric Trudel เพื่อนร่วมงานของ Bourque และ McGill ค้นพบ นักวิจัยได้นำชิ้นบาง ๆ ออกจากไฮโปทาลามัสของหนูที่มี SCN, นิวเคลียสของซูปราออปติก และ OVLT ทั้งหมดเข้าด้วยกัน ทีมงานบันทึกและจัดการกิจกรรมทางไฟฟ้าในบริเวณสมอง และพบว่าเมื่ออัตราการยิงของเซลล์ประสาทนาฬิกาสูง การสื่อสารระหว่าง OVLT และนิวเคลียสของ supraoptic จะลดลง ในทางกลับกัน เมื่อเซลล์ประสาทนาฬิกาสงบลง เช่นเดียวกับที่ทำเมื่อสิ้นสุดระยะเวลาการนอนหลับ การสื่อสารระหว่างส่วนอื่นๆ ของสมองก็แข็งแกร่งขึ้น
นักวิจัยสรุปได้ว่าสารเคมีในสมองบางส่วนที่ปล่อยออกมาจาก SCN ขัดขวางการสื่อสารระหว่างกลุ่มเซลล์ประสาทอีกสองกลุ่มในช่วงเวลาส่วนใหญ่เมื่อหนูหลับ การกำจัดสารเคมีอื่น ๆ ที่เป็นตัว เลือกแนะนำว่าต้องเป็น vasopressin ที่ทำงานร่วมกับสารอื่น ๆ ที่ยังไม่ระบุตัวตน ทีมงานรายงานออนไลน์เมื่อวันที่ 28 กุมภาพันธ์ในNature Neuroscience Vasopressin สร้างจากเซลล์ประสาท SCN ประมาณหนึ่งในสาม
นอกจาก vasopressin แล้ว นักวิทยาศาสตร์ยังเคยพบเห็นสารลึกลับที่นาฬิกาหลักหลั่งออกมามาระยะหนึ่งแล้ว เมื่อนักวิจัยย้าย SCN จากหนูที่มีนาฬิกาทำงานไปยังอีกตัวหนึ่งที่นาฬิกาถูกปิดการใช้งาน นาฬิกาใหม่สามารถกำหนดจังหวะของ circadian ได้ แม้ว่าจะไม่ได้เชื่อมต่อกับเครื่องกระตุ้นหัวใจแบบเดิมของสัตว์ก็ตาม นั่นบอกนักวิทยาศาสตร์ว่า SCN จะต้องให้สารซิงโครไนซ์บางอย่างที่กระจายและควบคุมวงจรสมองอื่นๆ นักประสาทวิทยา Rae Silver จากมหาวิทยาลัยโคลัมเบียและวิทยาลัยบาร์นาร์ดในนิวยอร์กซิตี้กล่าว
ยังไม่มีใครติดตามสารดังกล่าว แม้ว่านักวิจัยจาก University of Illinois at Urbana-Champaign อาจจะใกล้เข้ามาแล้วก็ตาม นาฬิกาหลักในสมองของหนูสร้างเปปไทด์ที่แตกต่างกันอย่างน้อย 102 ชนิด — โปรตีนสายสั้นหรือชิ้นส่วนของโปรตีน — นักวิจัยของรัฐอิลลินอยส์กล่าวในรายงานMolecular & Cellular Proteomicsเดือน กุมภาพันธ์ ซึ่งรวมถึงเปปไทด์ที่เพิ่งค้นพบใหม่ 33 ชนิด และอีก 12 ชนิดที่ได้รับการดัดแปลงด้วยวิธีที่แตกต่างกันหลังจากผลิตขึ้น ซึ่งทั้งหมดนี้เป็นตัวเลือกที่มีศักยภาพสำหรับสารที่ปรับนาฬิกาให้ตรงกัน
การควบคุมสหกรณ์
บางทีการค้นหาตัวควบคุมหลักที่ SCN ใช้เพื่อซิงโครไนซ์นาฬิกาอื่นๆ อาจไม่ง่ายนักเพราะไม่ใช่นาฬิกาเดียว Herzog และเพื่อนร่วมงานของเขาได้ค้นพบว่าไม่มีเซลล์ประสาทนาฬิกาใดเป็นเกาะ นักวิจัยรายงานเมื่อวันที่ 22 กันยายนใน Proceedings of the National Academy of Sciencesโดยลำพัง เซลล์ประสาทนาฬิกาแต่ละเซลล์มีโอกาสประมาณร้อยละ 25 ที่จะคงจังหวะชีวิตไว้ได้หลายวัน แต่เมื่อเซลล์ทำงานร่วมกัน ผลปรากฏว่าภายในนาฬิกาหลัก ไม่มีเครื่องกระตุ้นหัวใจหลักในระดับใด เซลล์ทั้งหมดร่วมมือกันสร้างจังหวะประจำวันที่แม่นยำแทน
แนะนำ : ข่าวดารา | กัญชา | เกมส์มือถือ | เกมส์ฟีฟาย | สัตว์เลี้ยง
