HHMI BioInteractive

Więcej o anatomii ludzkiego SCN

Nawet przy braku zewnętrznych wskazówek czasowych, ludzie utrzymują rytm snu i czuwania bardzo zbliżony do 24 godzin. Typowy system okołodobowy organizmu składa się z komponentów, które otrzymują dane środowiskowe, które generują 24-godzinny rytm i które pośredniczą w rytmicznej produkcji do wszystkich tkanek ciała. U ssaków, kontrolującym elementem zegara, który generuje 24-godzinny rytm, jest jądro nadskrzyżowaniowe (SCN), znajdujące się w części mózgu zwanej podwzgórzem. SCN wytwarza sygnał, który może utrzymać resztę ciała w około 24-godzinnym harmonogramie. Jednakże, ponieważ okres zegara wewnętrznego nie wynosi dokładnie 24 godziny, wskazówki środowiskowe – przede wszystkim światło – są wymagane do zresetowania zegara każdego ranka i utrzymania organizmu w synchronizacji ze światem zewnętrznym. Obejrzyj animację, aby zobaczyć, jak światło słoneczne jest przekształcane w sygnał, który może zresetować neurony w SCN.

Światło wpada do oka i aktywuje neurony w siatkówce, które przekształcają fotony (cząsteczki światła) w sygnały elektryczne. Neurony siatkówki przekazują sygnały elektryczne z siatkówki za pomocą długich aksonów w nerwie wzrokowym. Po drodze znajduje się skrzyżowanie nerwu wzrokowego, gdzie nerwy wzrokowe lewego i prawego oka spotykają się i krzyżują. W miejscu skrzyżowania nerwów wzrokowych informacje wizualne biegną dalej w kierunku tylnej części mózgu, gdzie są przetwarzane na obrazy, które możemy świadomie postrzegać. Neurony przenoszące informacje do SCN podążają jednak inną drogą. Opuszczają one skrzyżowanie wzrokowe i kierują się ku górze, w stronę SCN (suprachiasmatic oznacza „ponad skrzyżowaniem”).

Sieć SCN jest małą, sparowaną, skrzydlatą strukturą w podwzgórzu, znajdującą się u podstawy mózgu. Animacja pokazuje odizolowaną lewą SCN, nerw wzrokowy i oko, podczas gdy prawa SCN jest pokazana jako osadzona w podwzgórzu w mózgu. W obrębie każdej strony SCN znajduje się sieć do kilku tysięcy neuronów. Eksperymenty z pojedynczymi wyizolowanymi neuronami SCN sugerują, że każda komórka SCN jest funkcjonalnym zegarem, zwykle zsynchronizowanym z aktywnością swoich sąsiadów.

Wewnątrz pojedynczego neuronu SCN białkowy produkt genu zegara biologicznego wyłącza produkcję większej ilości białka, tworząc pętlę ujemnego sprzężenia zwrotnego. Przejdź do animacji zatytułowanej „Model molekularny ssaków”, aby zobaczyć, jak te molekularne oscylacje skutkują rytmem okołodobowym.

Nawet w przypadku braku zewnętrznych wskazówek dotyczących czasu, ludzie utrzymują rytm sen-budzenie bardzo zbliżony do 24-godzinnego. Zazwyczaj system okołodobowy organizmu składa się z komponentów, które otrzymują dane środowiskowe, które generują 24-godzinny rytm i które pośredniczą w rytmicznym wyjściu do wszystkich tkanek ciała. U ssaków, kontrolującym komponentem zegara, który generuje 24-godzinny rytm, jest jądro nadskrzyżowaniowe (SCN), znajdujące się w części mózgu zwanej podwzgórzem. SCN wytwarza sygnał, który może utrzymać resztę ciała w około 24-godzinnym harmonogramie. Jednakże, ponieważ okres zegara wewnętrznego nie wynosi dokładnie 24 godziny, wskazówki środowiskowe – przede wszystkim światło – są wymagane do zresetowania zegara każdego ranka i utrzymania organizmu w synchronizacji ze światem zewnętrznym. Obejrzyj animację, aby zobaczyć, jak światło słoneczne jest przekształcane w sygnał, który może zresetować neurony w SCN.

Światło wpada do oka i aktywuje neurony w siatkówce, które przekształcają fotony (cząsteczki światła) w sygnały elektryczne. Neurony siatkówki przekazują sygnały elektryczne z siatkówki za pomocą długich aksonów w nerwie wzrokowym. Po drodze znajduje się skrzyżowanie nerwu wzrokowego, gdzie nerwy wzrokowe lewego i prawego oka spotykają się i krzyżują. W miejscu skrzyżowania nerwów wzrokowych informacje wizualne biegną dalej w kierunku tylnej części mózgu, gdzie są przetwarzane na obrazy, które możemy świadomie postrzegać. Neurony przenoszące informacje do SCN podążają jednak inną drogą. Opuszczają one skrzyżowanie wzrokowe i kierują się ku górze, w stronę SCN (suprachiasmatic oznacza „ponad skrzyżowaniem”).

Sieć SCN jest małą, sparowaną, skrzydlatą strukturą w podwzgórzu, znajdującą się u podstawy mózgu. Animacja pokazuje odizolowaną lewą SCN, nerw wzrokowy i oko, podczas gdy prawa SCN jest pokazana jako osadzona w podwzgórzu w mózgu. W obrębie każdej strony SCN znajduje się sieć do kilku tysięcy neuronów. Eksperymenty z pojedynczymi wyizolowanymi neuronami SCN sugerują, że każda komórka SCN jest funkcjonalnym zegarem, zwykle zsynchronizowanym z aktywnością swoich sąsiadów.

Wewnątrz pojedynczego neuronu SCN białkowy produkt genu zegara biologicznego wyłącza produkcję większej ilości białka, tworząc pętlę ujemnego sprzężenia zwrotnego. Przejdź do animacji zatytułowanej „Model molekularny ssaków”, aby zobaczyć, jak te molekularne oscylacje skutkują rytmem okołodobowym.

Tło anatomii ludzkiego SCN

Żywe organizmy wykształciły wewnętrzne mechanizmy odmierzania czasu, aby zsynchronizować zachowanie i fizjologię z cyklami dnia i nocy. Te zegary biologiczne zostały znalezione u organizmów tak różnych jak grzyby, muszki owocowe, chomiki i ludzie. Zegar biologiczny człowieka znajduje się głęboko w mózgu. Ta animacja zabiera widza na trójwymiarową wycieczkę po ścieżce wejścia światła do jądra nadskrzyżowaniowego (SCN), zbioru neuronów, który reguluje nasze rytmy okołodobowe.

Ta animacja została zaprojektowana w połączeniu z serią HHMI’s 2000 Holiday Lectures on Science Clockwork Genes: Discoveries in Biological Time.

Human SCN Anatomy Teaching Tips

Animacje w tej sekcji mają szeroki zakres zastosowań w klasie. Skorzystaj z poniższych wskazówek, aby zacząć, ale oczekuj bardziej szczegółowych wskazówek dydaktycznych w najbliższej przyszłości. Powiedz nam, jak używasz animacji w swojej klasie, wysyłając e-mail na adres [email protected].

1. Użyj animacji, aby abstrakcyjne idee naukowe stały się widoczne i konkretne.

2. Wyjaśnij ważne zasady naukowe poprzez animacje. Na przykład animacje zegarów biologicznych można wykorzystać do zademonstrowania podstaw transkrypcji i translacji.

3. Upewnij się, że uczniowie nauczą się materiału, powtarzając fragmenty animacji tak często, jak uznasz to za konieczne, aby wzmocnić podstawowe zasady naukowe. Można uruchamiać, wznawiać i odtwarzać fragmenty animacji.

4. Zachęć uczniów do korzystania z animacji zgodnie z ich własnym stylem uczenia się. Uczniowie, którzy są bardziej wzrokowcami, mogą najpierw obejrzeć animacje, a później przeczytać tekst, podczas gdy inni mogą woleć najpierw przeczytać objaśnienia, a potem obejrzeć grafikę.

5. Włącz animacje do modułów nauczania opartych na sieci Web, które tworzysz jako uzupełnienie programu nauczania w klasie.

6. Zachęć studentów do włączenia animacji do ich własnych projektów opartych na sieci Web.

Zasoby dotyczące anatomii SCN człowieka

1. Bear, MF, Connors, BW, and Paradiso, MA. Neuroscience: odkrywanie mózgu. Baltimore: Williams and Wilkins, 1996.

2. Herzog, ED, Takahashi, JS, and Block, GD. Zegar kontroluje okres okołodobowy w izolowanych neuronów jądra nadskrzyżowaniowego. Nature Neuroscience 1:708-713

3. Lydic, R, Albers, HE, Tepper, B, and Moore-Ede, MC. Three-dimensional structure of the mammalian suprachiasmatic nuclei: a comparative study of five species. J. Comp. Neurol. 204: 225-237, 1982.

4. van den Pol, A. Hypothalamic suprachiasmatic nucleus: intrinsic anatomy. J. Comp. Neurol. 191: 661-702, 1980.

Human SCN Anatomy Credits

Director: Dennis Liu, Ph.D.

Kierownictwo naukowe: Joseph Takahashi, Ph.D.

Scientific Content: Donna Messersmith, Ph.D.

Animator: Eric Keller