Sluneční světlo spouští neurální signály v hlavních mozkových hodinách – v suprachiasmatickém jádru. To následně koordinuje biologické hodiny regulující funkce v celém těle, včetně chování. Kredit: National Institute of General Medical Sciences.

Životní rytmus většiny z nás podléhá, až na občasné situace, více či méně zaběhanému dennímu stereotypu. I když v době moderní si krátké zimní dny prodlužujeme umělým osvětlením a chladu jsme vzdorovali (a snad i dál budeme) vytápěním, a také potravinová nabídka globálního trhu jen málo podléhá sezónním vlivům, naše tělo na evolučně zakódované mechanismy nezapomnělo. Náš mozek stále reaguje na změny spjaté se střídáním ročních období a podle nich upravuje i hormonální aktivitu. A ta reguluje například potřebu spánku či ovlivňuje stravovací návyky. Se zvětšující se zeměpisnou šířkou výrazně roste riziko takzvané „sezónní afektivní poruchy“ – depresivního stavu, jehož příčinou je nedostatek přirozeného slunečního světla v zimních měsících. Nemusíme ani cestovat k pólům blíž, abychom pocítili, jak chmurně působí delší období chladných sychravých dnů se zataženou oblohou. Možná se přes naší obdivuhodnou adaptační schopnost, za níž vděčíme výjimečné inteligenci, o slovo hlásí dávný, ale hluboce zakořeněný africký původ.

Cirkadiální rytmy

Když fotocitlivé buňky sítnice aktivuje denní světlo, vyšlou elektrický signál optickými nervy do týlního laloku v zadní části mozku. Zde se vytváří obraz, případně interpretace chcete-li toho, co vidíme. Cestou se však oční nervy před hypofýzou setkávají na křižovatce zvané optické chiazma (chiasma opticum). Má tvar čtyřrohé, něco přes centimetr velké plotýnky, v níž se část nervů kříží a přechází do opačné poloviny mozku, zatímco zbytek po okrajích chiazma pokračuje dál původní hemisférou. To zajišťuje, že se do obou mozkových zrakových center dostávají signály z jednoho i druhého oka.

Ilustrace lidského mozku zobrazující mozkovou kůru (cerebral cortex), suprachiasmatické jádro (suprachiasmatic nukleus), zrakový nerv, hypotalamus a epifýzu (pineal gland). Kredit: 黄雨伞 (Žlutý deštník), vlastní dílo, Wikipedia, CC BY 3.0

Pro naše vnitřní hodiny je ale důležité, že z optického chiazma vybíhají axony malé části nervových buněk do sousedního suprachiazmatického jádra (zkratka SCN ze „suprachiasmatic nukleus“) – dvou nenápadných malých oblastí, každá o 10 tisíci neuronech. Celkem tedy 20 tisíc neuronů, což  nejeví jako velké číslo, pokud si neuvědomíme, že v celém lidském mozku jich je průměrně 86 miliard. Tato nenápadná oblast řídí náš denní rytmus vázaný na sluneční záření. Pod vlivem světelných podmínek totiž v sousední hypofýze aktivuje nebo utlumuje sekreci některých hormonů, zejména melatoninu. Denní světlo tedy přes suprachiasmatické jádro našemu tělu říká, kdy je vhodné být vzhůru a kdy se uložit ke spánku. V tomto malém řídícím centru je podoblast, která si 24hodinový cyklus „pamatuje“ a jistou dobu ho dokáže udržovat, i když se ocitneme v úplné tmě. Pak ale postupně „pojem o čase“ ztrácíme, jak zjistili mnozí, kteří nelitovali času ani peněz na několikadenní pobyt v absolutní tmě, aby ve snaze „najít sebe sama“ si rozhodili zaběhaný hormonální cyklus a s ním spojenou biologickou aktivitu. Opatrní by při takových pokusech měli být lidé se sklonem k depresím. Ti, jimž byla diagnostikována bipolární porucha, by se raději měli takovým zážitkům vyhnout.

Hlavní autor studie Davide Dulcis, docent na katedře psychiatrie a člen Centra pro cirkadiánní biologii na Kalifornské univerzitě v San Diego Kredit: University of California San Diego

Adaptace na sezónní změny a nově odhalený mechanismus

I když základní mechanismus, jak lidský mozek vnímá a reaguje na denní i sezónní změny světelných podmínek, již není tajemstvím, k probádání zbývá mnoho detailů. Další střípek do mozaiky poznání nyní vložili vědci z Lékařské fakulty Kalifornské univerzity v San Diegu. V mozcích laboratorních myšek si posvítili na proces, kterým neurony suprachiazmatického jádra regulují expresi neurotransmiterů v reakci na délku dne, tedy to, co ovlivňuje sezónní změny chování. Výsledky studie zveřejnil 2. září časopis Science Advances. Autoři v ní popisují, jak se neurony SCN vzájemně koordinují, aby se přizpůsobily různým délkám denního světla, k jakým změnám dochází na buněčné úrovni neuronů i celé jejich sítě. Prokázali také, že sezónní změny světelné expozice mají v hypotalamu, v oblasti zvané paraventrikulární jádro, vliv na počet neuronů, které uvolňují neurotransmitery, například dopamin. Prostředníkem této závislosti je již zmíněné suprachiazmatické jádro, které na straně jedné dostává z optického chiazma informace o světelných podmínkách a na straně druhé částí svých neuronů komunikuje s paraventrikulárním jádrem a reguluje některé jeho hormonální aktivity. Následným veledůležitým členem tohoto komunikačního řetězce je pak hypofýza.

"Tím nejpůsobivějším objevem v rámci této studie je způsob cíleného ovlivnění aktivity specifických neuronů SCN (suprachiazmatického jádra), což pak indukuje uvolňování dopaminu v hypotalamické síti paraventrikulárního jádra," shrnul výsledky hlavní autor, Davide Dulcis, docent na katedře psychiatrie Lékařské fakulty a pracovník Centra pro cirkadiánní biologii na Kalifornské univerzitě v San Diegu.

Dulcisův tým tedy identifikoval v rámci neuronové sítě spojující dvě mozková jádra, suprachiazmatické a paraventrikulární, doposud neznámé adaptace na délku dne. Projevem na úrovni mozku jsou změny ve vylučování neurotransmiterů v synapsích této sítě a výsledkem sezónní změny některých funkcí organismu. Protože k této adaptaci dochází v neuronech umístěných v suprachiazmatickém jádře, představuje právě ono slibný cíl pro novou léčbu poruch spjatých se sezónními změnami v délce a intenzitě slunečního světla.

Video: Trochu náročnější vysvětlení mechanismu, kterým světlo ovládá některé procesy savčího organizmu.

Literatura: UC San Diego, Science Advances