Menu
Forfattere
Har du nogensinde undret dig over, hvorfor du er aktiv om dagen og søvnig om natten? Hvorfor er nogle dyr som ugler og mus det modsatte? En stor del af forklaringen er den såkaldte døgnrytmefotoreception, som er den måde, vi synkroniserer kroppens indre 24-timers ur med lyscyklussen udenfor. Denne proces starter i øjet. I denne artikel diskuterer vi, hvad der kendetegner døgnrytmelyset, og hvilke forskere der har hjulpet os med at forstå denne proces. Vi udforsker de vigtigste dele, der er involveret i døgnrytmefotosansen: fotopigmenter, som er de pigmenter i øjet, der ændrer sig, når de absorberer lys, og som findes i hver deres celle. Til sidst undersøger vi ganglieceller, som er særlige celler i øjet, der sender information til hjernen.
Hvorfor er du aktiv om dagen og søvnig om natten? Denne cyklus sker på grund af en proces, der kaldes circadian photoreception. Det er den måde, vi synkroniserer kroppens indre 24-timers ur med de lyse og mørke perioder udenfor. Fotoreception betyder, at et biologisk system registrerer lys. Døgnrytme betyder en rytme, der er tæt på 24 timer. Så cirkadisk fotoreception er den måde, hvorpå biologiske ur af hjernen, en særlig del af hjernen kaldet SCN, synkroniserer sin 24-timers rytme med solopgangen. Hjernens biologiske ur er til gengæld ansvarlig for at opretholde mange døgnrytmer: mentale, fysiske og adfærdsmæssige ændringer, der er knyttet til 24-timers-uret. Døgnrytmens fotoreception er en del af det visuelle system, så det er relateret til processer, der foregår i øjnene. Når man tænker på øjnene, tænker man normalt på synet. Fotoreceptorer er en særlig type nerveceller i øjnene, som reagerer på lys. Om dagen bruger vi fotoreceptorer, der kaldes tappe. Om natten, når der er lidt lys, bruger vi en anden type fotoreceptorer, som kaldes stave. Stave og tappe indeholder fotopigmenter fotopigmenter er særlige pigmenter, som ændrer sig, når de absorberer lys. Hver fotoreceptorcelle indeholder kun én type eller farve fotopigment.
Forskere fandt ud af, at døgnrytmefotofølelse kræver øjnene. Hvordan testede de dette? De brugte mus, da mus ligner mennesker med hensyn til genetik og adfærd. Mus og mennesker har de samme fotopigmenter i de samme typer celler. Cellerne ser endda ens ud og har samme størrelse. Forskerne fjernede de celler, der forbinder musenes øjne med deres hjerner. Derefter testede de musene for at se, om de stadig vågnede ved “solopgang”. Det gjorde de ikke! Musene havde dog stadig regelmæssige søvncyklusser, men de faldt i søvn og vågnede op uafhængigt af solopgangen. Det fik forskerne til at konkludere, at i hvert fald en del af døgnrytmens fotoregistrering må foregå i øjet [1]. Senere viste forskere, at nogle mennesker, der var helt blinde, stadig synkroniserede deres søvncyklusser med lyscyklusser [2]! Dette var et tidligt bevis på, at mennesker, ligesom mus, havde ekstra fotoreceptorer ud over dem, der bruges til synet. Forskere fandt også en vej, der forbinder øjet med det biologiske ur i hjernen, som er forskelligt fra den del af hjernen, der gør det muligt for os at se. Dette biologiske ur i hjernen kaldes SCN, som står for suprachiasmatic nucleus (Figur 1). Selv om SCN er et lille hjerneområde, er det meget vigtigt og forbundet med flere andre hjerneområder [3].
Lyset registreres af vores øjne, og informationen sendes til hjernen gennem synsnerverne. Hjernens centrale ur, den suprachiasmatiske kerne, findes der, hvor nerverne fra de to øjne mødes over ganen. Det er det samme hos mennesker og mus.
For at forstå mere om døgnets fotoreception placerede forskerne mus i tre forskellige situationer. De placerede nogle mus under forhold, der svarede til lys om dagen og mørke om natten, og registrerede deres aktivitet. Musene løb kun på deres løbehjul om natten. Derefter placerede de kun mus i mørke. Selv om der ikke var noget sollys, der fortalte musene, hvad klokken var, fulgte musene deres biologiske ur [4]. Det betyder, at de vågnede og gik i seng med en daglig rytme, men den rytme matchede ikke længere uret på væggen.
Til sidst lyste forskerne en lille smule lys på musene i det konstante mørke. Derefter placerede de musene i mørket igen. De fandt ud af, at musene næste dag stod op et par timer tidligere, og i resten af eksperimentet vågnede musene på dette nye tidligere tidspunkt. De konkluderede, at musenes søvn/vågne-cyklusser var blevet nulstillet. Det blinkende lys ændrede det tidspunkt, de vågnede på. Hvis de gav det samme lysglimt på et andet tidspunkt af dagen, vågnede musene desuden et par timer senere den følgende dag. Igen var deres indre ur blevet nulstillet [5].
Dernæst ville forskerne teste, om lysets styrke og den tid, de lyste på musene, havde indflydelse på resultaterne. De fandt ud af, at musenes døgnrytmelys kræver mere lys for at blive aktiveret end stave gør – stave bliver aktiveret med meget lidt lys. Den lysmængde, der er nødvendig for døgnrytmens fotoreception hos mus, ligger lige over styrken af måneskin. Det giver mening, fordi mus er natdyr (dyr, der vågner om natten). Når mus er vågne i måneskinnet, ønsker de ikke, at måneskinnet skal nulstille deres indre ur, fordi de allerede er ved at vågne på det rigtige tidspunkt (figur 2). I stedet bruger de den smule lys, de ser ved solnedgang og solopgang, til at indstille deres ure.
Månelyset er ikke stærkt nok til at nulstille musens biologiske ur. Mennesker er dog vågne i løbet af dagen. Det betyder, at alt lys, vi ser om natten, kan nulstille vores døgnrytme. Ser du tv eller bruger en elektronisk enhed, når du går i seng? Dette lys kan være stærkt nok til at forstyrre døgnrytmeopfattelsen. I stedet kunne du læse en bog!
Forskerne fandt også ud af, at det cirkadiske fotoregistreringssystem ser ud til at tælle antallet af lysglimt, det registrerer over lange perioder. Det er anderledes end den måde, stave og tappe fungerer på. Det døgnrytmeafhængige fotoregistreringssystem kan måle mængden af lys, der kommer ind i øjnene. Så et skarpt lys over kort tid kan have samme effekt som et svagere lys, der skinner over lang tid [6].
Forskerne ønskede at finde ud af, præcis hvor de fotoreceptorer, der er ansvarlige for døgnets fotoreception, var placeret. De fleste forskere antog, at stængerne eller tappene var ansvarlige, men de var nødt til at teste denne idé.
Clyde Keeler var en af de første forskere, der fandt mus, som ikke havde stave og tappe, hvilket betyder, at disse mus var blinde. Men Keeler fandt ud af, at disse mus stadig kunne reagere på mængden af lys ved at ændre størrelsen på deres pupiller [7]. Senere gennemførte Melanie Freedman og Russel Foster et lignende eksperiment. De fandt ud af, at blinde mus stadig kunne reagere på lysets styrke og ændre deres sengetider i overensstemmelse hermed. De konkluderede, at der måtte være et andet fotopigment i nethinden – men andre forskere ville have flere beviser [8].
Fosters studerende, Ignacio Provencio, hjalp med at finde bevis for et nyt fotopigment. Dette nye fotopigment, kaldet melanopsin var forskellig fra de fotopigmenter, der findes i stave og tappe. Opdagelsen af dette fotopigment i frøhud var med til at bevise, at Foster havde ret.
Provencio opdagede, at melanopsin fandtes i ganglionceller placeret i det inderste lag af øjet (figur 3) [9]. Ganglieceller er særlige celler, der sender information til hjernen. Normalt reagerer ganglieceller, som får information om lys fra stave og tappe, ikke direkte på lys. Men forskeren David Berson fandt ud af, at ganglieceller, der indeholder melanopsin, reagerer direkte på lys. Forskerne gav disse ganglieceller et særligt navn: intrinsisk fotosensitive retinale ganglieceller (ipRGC’er). Navnet lyder kompliceret, men når vi bryder det ned, er det let at forstå. Intrinsisk betyder “af natur”. Fotosensitiv betyder “følsom over for lys”. Retinal henviser til, hvor cellerne findes, nemlig i nethinden. Den sidste del er typen af celle-ganglieceller [10].
Lyset skinner gennem gangliecellerne i nethinden til stængerne og tappene bagest i øjet. Stængerne og tappene sender lysinformationen tilbage til gangliecellerne, som så sender informationen videre til hjernen. Nogle ganglieceller kaldet ipRGC’er reagerer direkte på lys og har ikke brug for stave og tappe til at tale med hjernen. Det er melanopsin inde i ipRGC’erne, der faktisk registrerer lyset. Nethinden kan bruge enten melanopsin eller stave og tappe til at opnå cirkadisk fotoreception (CPr). Hvis ipRGC’erne selv er døde, er der ingen døgnrytmefotoseparation.
Forskere fandt ud af, at ipRGC’er bruger den samme vej fra øjet til hjernen, som det cirkadiske fotoreceptionssystem bruger [10, 11]. De fandt også ud af, at ipRGC’er har brug for omtrent samme mængde lys for at blive aktiveret, som mennesker og mus har brug for til at indstille deres indre ur [12]. Derudover ser ipRGC’erne ud til at tælle antallet af lysglimt, de får over lange perioder. Det betyder, at ipRGC’er tæller lysglimt: For eksempel vil kort, skarpt lys og langt, svagt lys føre til det samme antal lysglimt. Dette var en virkelig stor ting i det visuelle videnskabelige samfund, fordi det udfordrede den vedvarende idé om, at fotoreception kun forekommer i stave og tappe!
Selvom vi ved, at ipRGC’erne reagerer på lys, er de også forbundet med de andre fotoreceptorer, som stave og tappe. Nederst i figur 3 opsummeres, hvordan disse strukturer arbejder sammen.
Når forskerne fjerner melanopsin, sker der stadig en døgnrytmeopfattelse. Det betyder, at melanopsin ikke er nødvendigt for døgnets fotoreception, fordi stængerne og tappene kan tage over. Når stave og tappe fjernes, sker der også stadig døgnrytmeopfattelse. Det betyder, at stave og tappe ikke er nødvendige for døgnets fotoreception, fordi melanopsin kan tage over. Når både melanopsin, stave og tappe fjernes, sker der ingen døgnrytmefotoseparation [13]. Så de tre fotoreceptorer er nødvendige dele af det cirkadiske fotoreceptionssystem. Hvis ipRGC’erne selv fjernes, i stedet for bare at slukke for deres fotopigmenter, er der heller ingen døgnrytmefotoseparation. Det betyder, at de melanopsin-udtrykkende ipRGC’er er den eneste vej, hvorigennem information fra øjet kommer til hjernens biologiske ur. ipRGC’er kan fange lys ved hjælp af et hvilket som helst af de tre fotopigmenter: stave, tappe eller melanopsin [14].
Døgnfotoregistrering er navnet på den proces, hvor vi tilpasser kroppens indre 24-timers ur til lyscyklussen udenfor, og den starter i øjnene. Opdagelsen af døgnrytmefotoseparation førte til opdagelsen af et nyt fotopigment, melanopsin, som var revolutionerende for synsvidenskaben. Før dette troede forskerne, at stave og tappe var de eneste fotopigmenter hos mennesker. Døgnrytmens fotoreception afhænger af melanopsinholdige celler kaldet ipRGC’er, som udgør den eneste vej, hvormed information bevæger sig fra øjet til det biologiske ur i hjernen. Fordi dette er adskilt fra vores syn, betyder det, at vores hjerner er opmærksomme på lys, som vi ikke “ser”. Vores øjne indstiller vækkeurene i vores SCN, og vores SCN vækker os på det rigtige tidspunkt.
Døgnrytmens fotoreception: Den måde, hvorpå vi synkroniserer kroppens indre 24-timers ur med lyscyklussen udenfor.
Biologisk ur: En organismes indre ur, der opretholder dens døgnrytme.
Fotoreceptor: En særlig celletype, der reagerer på lys. Fotoreceptorer omfatter stave og tappe.
Fotopigment: Pigmenter, der ændrer sig kemisk, når de absorberer lys.
Suprakiasmatisk kerne (SCN): Et lille hjerneområde over ganen, som modtager lysinformation fra øjet og styrer døgnrytmen.
Melanopsin: Et fotopigment, der er mest følsomt over for blåt lys og er vigtigt for døgnets fotoregistrering.
Ganglieceller: Celler, der udgør den inderste del af nethinden. Forgreninger fra disse celler danner en nerve, der går ind i hjernen for at sende information om lys.
Intrinsisk fotosensitive retinale ganglieceller (ipRGC’er): Ganglieceller, der er følsomme over for lys, fordi de indeholder fotopigmentet melanopsin.
Nethinden: Det tynde, lysfølsomme væv, der beklæder indersiden af øjet.
[1] Richter, C. P. 1978. “Mørk-aktiv” rotte omdannet til “lys-aktiv” rotte ved ødelæggelse af 24-timers ur: funktion af 24-timers ur og synkronisatorer. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 75:6276-80. doi: 10.1073/pnas.75.12.6276
[2] Czeisler, C. A., Shanahan, T. L., Klerman, E. B., Martens, H., Brotman, D. J., Emens, J. S., et al. 1995. Undertrykkelse af melatoninudskillelse hos nogle blinde patienter ved udsættelse for stærkt lys. N. Engl. J. Med. 332:6-11. doi: 10.1056/NEJM199501053320102
[3] Moore, R. Y., og Lenn, N. J. 1972. En retinohypothalamisk projektion hos rotten. J. Comp. Neurol. 146:1-14. doi: 10.1002/cne.901460102
[4] Pittendrigh, C. S., og Daan, S. 1976. En funktionel analyse af cirkadiske pacemakere i natlige gnavere. J. Comp. Physiol. 106:223-52. doi: 10.1007/BF01417856
[5] De Coursey, P. J. 1960. Daglig lysfølsomhedsrytme hos en gnaver. Science 131:33-5. doi: 10.1126/science.131.3392.33
[6] Takahashi, J. S., DeCoursey, P. J., Bauman, L. og Menaker, M. 1984. Spektral følsomhed af et nyt fotoreceptivt system, der formidler inddragelse af pattedyrs døgnrytmer. Nature. 308:186-8. doi: 10.1038/308186a0
[7] Keeler, C. E. 1927. Irisbevægelser hos blinde mus. Am. J. Physiol. 81:107-12. doi: 10.1152/ajplegacy.1927.81.1.107
[8] Freedman, M. S., Lucas, R. J., Soni, B., von Schant, M., Muñoz, M., David-Gray, Z., et al. 1999. Regulering af pattedyrs døgnrytme ved hjælp af ikke-stavformede, ikke-kogleformede, okulære fotoreceptorer. Science. 284:502-4. doi: 10.1126/science.284.5413.502
[9] Provencio, I., Rollag, M. D., og Castrucci, A. M. 2002. Fotoreceptivt net i pattedyrs nethinde. Nature. 415:493-3. doi: 10.1038/415493a
[10] Berson, D. M., Dunn, F. A. og Takao, M. 2002. Fototransduktion af retinale ganglieceller, der indstiller det cirkadiske ur. Science. 295:1070-3. doi: 10.1126/science.1067262
[11] Hattar, S., Liao, H. W., Takao, M., Berson, D. M. og Yau, K. W. 2002. Melanopsin-holdige retinale ganglionceller: arkitektur, projektioner og iboende lysfølsomhed. Science. 295:1065-70. doi: 10.1126/science.1069609
[12] Mure, L. S., Vinberg, F., Hanneken, A. og Panda, S. 2019. Funktionel mangfoldighed af menneskelige intrinsisk lysfølsomme retinale ganglionceller. Science. 366:1251-5. doi: 10.1126/science.aaz0898
[13] Panda, S., Provencio, I., Tu, D. C., Pires, S. S., Rollag, M. D., Castrucci, A. M., et al. 2003. Melanopsin er nødvendig for ikke-billeddannende fotiske reaktioner hos blinde mus. Science. 301:525-7. doi: 10.1126/science.1086179
[14] Güler, A. D., Ecker, J. L., Lall, G. S., Haq, S., Altimus, C. M., Liao, H. W., et al. 2008. Melanopsin-celler er de vigtigste kanaler for stav-kogle-input til ikke-billeddannende syn. Nature. 453:102-5. doi: 10.1038/nature06829
Vores fantastiske hjerner giver os mulighed for at gøre utrolige ting, men alligevel er de stadig mystiske på mange måder. Forskere har opdaget nogle situationer, hvor hjernen kan “narres”, og denne indsigt i hjernens indre arbejde har ført til nogle spændende nye teknologier, herunder virtual reality (VR). Ud over sin velkendte rolle inden for spil og underholdning har VR nogle fantastiske anvendelsesmuligheder inden for medicin. VR kan hjælpe patienter med at håndtere smerter, og det kan også hjælpe kirurger med at øve delikate procedurer og vejlede dem under operationer. Andre fremskridt kaldet hjerne-maskine-grænseflader kan lytte til hjernens snak og oversætte tanker til kommandoer til computere eller endda robotlemmer, hvilket i høj grad kan forbedre livet for mennesker med visse handicap. I denne artikel vil vi forklare, hvordan forskere bruger resultater fra banebrydende hjerneforskning til at producere spændende nye teknologier, der kan helbrede eller endda forbedre hjernens funktioner.
…
Dette studie undersøger, hvordan opmærksomhedsunderskud/hyperaktivitetsforstyrrelse (ADHD) påvirker gravide kvinder med fokus på, hvad det betyder for deres helbred. Forskningen er rettet mod unge og teenagere og hjælper med at forklare komplekse videnskabelige ideer på en måde, der er let at forstå. Den starter med at forklare, hvad ADHD er: en almindelig tilstand, der begynder i barndommen og kan fortsætte ind i voksenalderen. Derefter ser forskningen på de specifikke problemer, som kvinder med ADHD kan have, når de er gravide, f.eks. en højere risiko for depression, angst og komplikationer under graviditeten. Ved at undersøge detaljerede sundhedsjournaler fra mange forskellige kilder og sammenligne erfaringerne fra gravide kvinder med og uden ADHD finder undersøgelsen, at kvinder med ADHD er mere tilbøjelige til at få alvorlige helbredsproblemer, når de er gravide. Den viser dog også, at de, der tager ADHD-medicin, mens de er gravide, kan opleve et fald i disse helbredsproblemer, hvilket understreger vigtigheden af sikker brug af medicin. Undersøgelsen slutter med et råd til teenagere: Tal åbent med lægen, og træf informerede sundhedsvalg under graviditeten.
…
Alle får influenza eller forkølelse fra tid til anden. Vi designede et eksperiment for at undersøge, hvordan det påvirker hjernen at være syg oftere. For at gøre det brugte vi et stykke af en bakterie til at få voksne hanmus til at opleve symptomer på sygdom. Vi gav musene dette stof fem gange i alt. Musene fik det bedre i løbet af et par dage og holdt to ugers pause mellem eksponeringerne. Derefter målte vi, hvordan musene lærte og huskede ny information, og hvor godt deres hjerneceller arbejdede for at hjælpe dem med at lære. Vores eksperimenter tyder på, at sygdom ofte forstyrrer kommunikationen mellem hjernecellerne, så musene får problemer med at lære og huske. Vores data kan hjælpe læger med at forudsige, hvilke patienter der kan få hukommelsesproblemer, når de bliver ældre. Vores undersøgelse viser også, hvor vigtigt det er at holde sig så sund som muligt og tage skridt til at beskytte os selv og andre, når vi bliver syge.
…
Vidste du, at dine celler kan fortælle, hvad klokken er? Hver eneste celle i din krop har sit helt eget ur. Disse ure er ulig alle andre. Der er ingen tandhjul eller gear. Tiden indstilles af jordens rotation, så vores kroppe er perfekt afstemt med nat og dag. Selv om du måske ikke engang er klar over deres eksistens, styrer disse ure mange aspekter af dit liv. Fra hvornår du spiser og sover til din evne til at koncentrere dig eller løbe hurtigt – urene styrer det hele. Hvordan fungerer disse ure, og hvordan fortæller de tiden? Hvad sker der med vores ure, hvis vi ser tv sent om aftenen eller flyver til den anden side af jorden? Denne artikel undersøger disse spørgsmål og forklarer de videnskabelige opdagelser, der har hjulpet os med at forstå svarene.
…Få inspiration og viden om praksis og cases, evidens og forskning, kurser, netværksmøder og vores Læringsplatform – alt sammen til at styrke din faglige udvikling.
Du kan til enhver tid trække dit samtykke tilbage ved at afmelde dig nyhedsmailen.
Du modtager om et øjeblik en e-mail med et link, hvor du bekræfter tilmeldingen.
Med venlig hilsen
MiLife