Comment votre horloge circadienne suit-elle les saisons?

Source: Elena Zajchikova / Shutterstock

Jusqu'à présent, la neurobiologie spécifique de la façon dont nos horloges circadiennes suivent les saisons a été un mystère. Récemment, des chercheurs menés par Toru Takumi au RIKEN Brain Science Institute au Japon ont découvert un mécanisme clé qui explique comment le cerveau utilise les rythmes circadiens et la durée du jour pour se synchroniser avec les saisons.

L'étude de juin 2015, «couplage répulsif médiée par le GABA entre les neurones de l'horloge circadienne dans le SCN encode le temps saisonnier», a été publiée dans les Actes de la National Academy of Sciences .

Dans la nouvelle étude, les chercheurs ont identifié un mécanisme qui code la longueur d'un jour dans le réseau neuronal du noyau suprachiasmatique (SCN). Les chercheurs ont pu déterminer comment la machinerie de l'horloge circadienne encode les changements saisonniers en fonction de la quantité d'heures de jour.

Le noyau suprachiasmatique (SCN) est l'horloge circadienne principale

Le noyau suprachiasmatique est notre horloge circadienne maîtresse. Le SCN est également une horloge saisonnière qui mesure la longueur de la lumière du jour. Le cerveau humain suit les saisons en utilisant le même noyau de neurones qui régissent les rythmes circadiens.

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Source: Institut national de la santé / Domaine public

Le SCN contient environ 20 000 cellules nerveuses et est situé dans l'hypothalamus. Le SCN prend l'information sur la longueur du jour et de la nuit de la rétine, l'interprète et la transmet à la glande pinéale. En réponse à ces signaux du SCN, la glande pinéale sécrète l'hormone mélatonine.

La sécrétion de mélatonine atteint un sommet la nuit et des reflux pendant la journée, ce qui entraîne notre cycle de sommeil et de réveil. La destruction du SCN entraîne l'absence totale d'un cycle de veille et de veille prévisible.

Qu'est-ce qui motive les rythmes circadiens?

Les rythmes circadiens sont produits par des facteurs naturels à l'intérieur du corps, mais sont principalement motivés par l'exposition à la lumière. Les perturbations des rythmes circadiens sont directement liées aux troubles du sommeil. Des rythmes circadiens anormaux ont également été associés à l'obésité, au diabète, à la dépression, au trouble bipolaire et au trouble affectif saisonnier (TAS).

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L'exposition à la lumière du soleil allume et éteint les gènes qui contrôlent l'horloge circadienne. Fait intéressant, les chercheurs de RIKEN ont constaté que tous les neurones du SCN ne marchaient pas au même rythme. Deux régions du SCN sont légèrement décalées et, à mesure que la durée du jour augmente, l'écart de phase entre ces régions augmente également.

Source: Gracieuseté de RIKEN

Dans un communiqué de presse, le chef de file Jihwan Myung a déclaré: «Tout comme les autres animaux, nos corps suivent les saisons. Des changements soudains dans la durée saisonnière du jour peuvent causer de graves troubles de l'humeur chez certaines personnes. Comprendre comment ajuster notre horloge saisonnière interne pourrait conduire à des moyens efficaces d'aider les personnes dont les horloges internes ont été perturbées. "

Les chercheurs ont découvert que le SCN divise les oscillations de l'horloge circadienne en deux groupes correspondant à la durée du jour. L'étude rapporte que la distribution du chlorure à travers le RCS déclenche ces changements.

Plus précisément, les chercheurs ont constaté que le neurotransmetteur GABA joue un rôle important dans ce processus. Dans la plupart des cas, le GABA inhibe l'activité des neurones. Cependant, certains neurones SCN sont en réalité excités par le GABA.

Myung explique, "GABA devient excitateur lorsque les niveaux de chlorure à l'intérieur des neurones sont élevés. Nous avons soupçonné que les changements dans la fonction GABA à travers le SCN pourraient représenter la force répulsive qui pousse ces deux groupes de neurones déphasés. "L'estimation du couplage par les chercheurs a révélé que le réseau SCN a des couplages qui peuvent être soit ) ou "déphaseur" (désynchronisation).

Des millions souffrent du désordre affectif saisonnier (SAD)

Le trouble affectif saisonnier est déclenché par les changements du jour et peut entraîner des symptômes dépressifs en hiver et une anxiété accrue en été. Souffrez-vous de SAD?

Le traitement du TAS comprend souvent la photothérapie, également connue sous le nom de «photothérapie». Les patients qui utilisent la photothérapie connaissent généralement des bienfaits pendant la première semaine. La plupart des études ont montré que la luminothérapie est plus efficace si elle est utilisée comme traitement saisonnier pendant plusieurs semaines jusqu'à ce que l'exposition à la lumière naturelle soit possible.

Les neuroscientifiques ne sont pas sûrs des mécanismes exacts qui causent la dépression saisonnière. Une théorie est que SAD est déclenchée par un manque de sérotonine. Une autre théorie est que le TAS peut être le résultat d'une production excessive de mélatonine pendant les jours d'hiver. Normalement, les niveaux de mélatonine commencent à augmenter en fin d'après-midi en soirée, restent élevés tout au long de la nuit, puis tombent tôt le matin avant de se réveiller.

Conclusion: Optogénétique peut réinitialiser l'horloge circadienne dans un laboratoire

Traditionnellement, les neuroscientifiques croyaient que le taux de décharge des neurones SCN était strictement dirigé par la sortie de l'activité de l'horloge circadienne. Récemment, des chercheurs de l'Université Vanderbilt ont été en mesure de stimuler ou de supprimer les neurones du RCS de manière à émuler leurs niveaux d'activité de jour et de nuit. Cela a permis aux chercheurs de réinitialiser l'horloge circadienne chez la souris.

L'étude de février 2015 publiée dans la revue Nature Neuroscience a rapporté que la manipulation des taux de décharge des neurones de l'horloge circadienne en utilisant l'optogénétique peut réinitialiser l'horloge circadienne. Optogenetics insère des gènes qui expriment des protéines optiquement sensibles dans les cellules cibles, ce qui permet aux cellules de réagir à la lumière.

Dans un communiqué de presse, Douglas McMahon, auteur principal de l'étude, a déclaré: «Nous avons découvert que nous pouvons modifier les rythmes sommeil / éveil d'un animal en stimulant artificiellement les neurones de l'horloge biologique maîtresse située dans une région du cerveau appelée suprachiasmatique. noyau (SCN), avec un laser et une fibre optique. "

Jeff Jones, qui a mené l'étude avec son collègue doctorant Michael Tackenberg, a ajouté: «Cela nous permet de contrôler les neurones d'horloge pour la première fois.» Bien que cette étude ait été réalisée chez la souris, les chercheurs sont optimistes. perturbations de l'horloge circadienne chez les humains.

Si vous souhaitez en savoir plus sur ce sujet, consultez mes posts Psychology Today :

• "Rythmes circadiens liés au vieillissement et au bien-être"
• "L'Optogénétique permet aux neuroscientifiques d'éradiquer la peur"
• "L'exposition à la lumière naturelle améliore les performances sur le lieu de travail"
• "Pourquoi un voyage en camping est-il le remède ultime contre l'insomnie?"
• "Les neuroscientifiques découvrent comment nous apprenons quand nous dormons"

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