سروتونین یک مولکول چندمنظوره است که در سراسر مغز یافت می‌شود و نقشی در حافظه، شناخت، و احساسات شادی و دیگر احساسات بازی می کند. به طور خاص، محققان مدت‌ها درباره نقش سروتونین در خواب بحث کرده اند: آیا سروتونین باعث خواب می شود، یا برخلاف آن، باعث بیداری می شود؟
حال، دانشمندان Caltech به این نتیجه رسیده اند که سروتونین برای خواب مدل های گورخرماهی و موش ضروری است.
مقاله ای این تحقیق را بصورت برخط در نسخه ۲۴ ژوئن ژورنال Neuron تشریح می کند. این کار تحقیقی مشترک آزمایشگاه‌های David Prober دانشگاه فنی کالیفرنیا (Caltech)، پروفسور زیست شناسی و عضو هیات دانشگاه فنی کالیفرنیا (Caltech)، پروفسور زیست شناسی و عضو هیات علمی موسسه Tianqiao و موسسه علوم اعصاب Chrissy Chen در Caltec Heritage Medical Research، و مدیر مرکز علم اعصاب مولکولی وسلولی موسسه Chen می باشد.
مطالعات قبلی بر روی سروتونین و خواب نتایج متناقضی در پی داشته است. برخی پژوهش‌ها نشان دادند که سروتونین باعث خواب می شود، اما پژوهش‌های دیگری نشان دادند که نورون های تولید کننده سروتونین در طی بیداری بیشترین فعالیت را داشته و آزادکننده مواد شیمیایی درطول بیداری بودند.
به منظور حل وفصل این بحث، گروه Caltech روی ناحیه ای در مغز که هسته رافه (raphe nuclei) نام دارد تمرکز کردند، که محل اصلی نورون های تولید کننده سروتونین ( یا سروتونرژیک) است. رافه ها ساختارهای تکاملی قدیمی هستند که در ساقه مغز انواع گسترده ای از ارگانیسم ها ازجمله ماهی تا انسان بافت می شوند و مسئولیت برای تولید و ارسال سروتونین به دیگر مناطق مغز را بعهده دارند.
این تحقیق که توسط Grigorios Oikonomou، دانشمند ارشد فوق دکترای آزمایشگاه David Prober هدایت می شد کار خود را با استفاده از گورخرماهی یا zebrafish، که ماهی ریز شفافی است و به صورت وسیع بعنوان مدل در مطالعات خواب مورد استفاده قرار می گیرد، شروع کرد. این ماهی، مثل انسان، روز فعال است — یعنی خواب آنها اکثرا در موقع شب اتفاق می افتد.
اول، محققان این ماهی را به صورت ژنتیکی جهش دادند تا رافه آنها سروتونین تولید نکند. تیم تحقیقاتی دریافتند که این ماهی های جهش یافته نصف ماهی های طبیعی هم جنس خود خوابیدند. محققان در آزمایش دیگری کل رافه را برداشتند و دریافتند که این ماهی ها خیلی کمتر از متعارف می خوابند.
در این مورد Oikonomou می‌گوید” این نتیجه گیری بدین معنی است که سروتونین تولید شده توسط رافه برای میزان خواب طبیعی ماهی لازم می باشد.”
در مجموعه سوم از آزمایشات، ماهی‌های zebrafish بصورت ژنتیکی تغییر داده شدند تا رافه آنها توسط نور فعال شود. تابانیدن نور بر این ماهی‌ها آنها را می خواباند واین بدین معنی است که فعال سازی رافه منجر به خواب می‌شود. این تاثیر نیازمند سروتونین است، زیرا فعال سازی رافه در ماهی که سروتونین سنتز نمی‌کند تاثیری بر خواب ندارد.
گروه آزمایشگاه Prober سپس همکاری با دانشمندان در آزمایشگاه Gradinaru برای ادامه مطالعات سروتونین در موش ها.شروع کردند. این گروه که توسط دانشجوی تحصیلات تکمیلی، Michael Altermatt هدایت می شد، نورون های سروتونرژیک در رافه موش را آزمایش کردند و تایید کردند، که مطابق با نتیجه مطالعات قبلی، آنها براستی اغلب فعال هستند، در حالیکه حیوانات در طول خواب بیدار ولی کم تحرک می باشند.
همانطور که آزمایشگاه Prober بر روی zebrafish انجام دادند، گروه آزمایشگاه Gradinaru نیز بصورت ژنتیکی نورون های سروتونرژیک در رافه موش را حذف کردند و دریافتند که موش کمتر از معمول خوابید. تحریک این نورون ها با نور همچنین موش را، تنها زمانی که روشنایی در فرکانس هایی که با الگوی طبیعی فعالیت این نورون ها درطول بیداری هماهنگ بود، به خواب فرو برد.
در این مورد Altermatt اذعان می‌کند: ” تناقض آشکاری اینجا وجود دارد: تحریک نورون‌ها حیوانات را به خواب می برد، و با این حال، نورون ها درطول روز بصورت عادی فعال هستند.”
Oikonomou توضیح می‌دهد: ” دو عامل اصلی وجود دارد که خواب را کنترل می‌کنند. یکی ساعت شبانه روزی است — هنگامیکه هوا در طول روز روشن است، بدن بیدار است، و هنگامیکه تاریک می‌شود، بدن می داند که زمان خواب است. عامل دیگر فشار خواب هموستتیک است. هنگامیکه شما صبح بیدار می‌شوید، شما استراحت کرده اید، و پرانرژی هستید. همانطور که روز پیش می‌رود، شما خسته تر و خواب آلوده تر می‌شوید، بنابراین بوجود آمدن فشار برای خواب بوجود می آید. اگر شما آن شب نخوابید، فشار خواب شما حتی بالاتر است، و روز بعد شما حتی خسته تر خواهید بود حتی اگر بیرون روشن باشد، و ساعت شبانه روزی شما دستور می‌دهد که شما بایستی بیدار بمانید.”
” نظریه اینست که شما برای خوابیدن به فشار خواب بالا نیاز دارید و ساعت شبانه روزی نیاز به تنظیم با ساعت روز دارد — موقع شب برای موجودات روزانه مثل ما و موقع روز برای حیوانات شبانه.”
محققان تئوریزه می‌کنند که شلیک نورن‌ها در رافه و آزادسازی سروتونین راهی است برای مغز تا فشار خواب را بوجود آورد. محققان، در حقیقت دریافتند که zebrafish فاقد سروتونین همانند موش با رافه تخریب شده نشاندهنده فشار خواب کاهش یافته می باشد.
در حالیکه این مطالعات در خصوص مدل های حیوانی بود، منطقه رافه و تولید سروتونین آن مشابه در مغز انسانها هستند. این پژوهش میتواند به توضیح برخی از اثرات جانبی داروهای متعارف ضدافسردگی که سطوح سروتونین در مغز را افزایش میدهند، کمک کند.
