Гипоталамус является чрезвычайно важной частью мозга, которая, как полагают, участвует в управлении различными видами поведения и функциями организма. Например, было предложено, чтобы он участвовал в регулировании температуры тела, циркадного ритма, реакции на стресс, иммунного ответа и даже сексуального поведения и сексуальной ориентации. Читайте дальше, чтобы узнать больше об этой важной области мозга, о том, как она работает и как ее активность может быть связана со многими различными важными аспектами поведения и общего состояния здоровья!
Что такое гипоталамус?
Гипоталамус является важнейшей частью мозга и является частью лимбической системы. Он связан с другими частями центральной и автономной нервной систем и, в частности, получает множество сигналов от ствола головного мозга.
Гипоталамус состоит из нескольких отдельных “ядер”, или групп нейронов, каждая из которых выполняет специализированные функции.
Считается, что гипоталамус играет много важных ролей в мозге. Он играет важную роль в высвобождении гормонов, регулируя аппетит, жажду, сексуальное поведение и, возможно, даже сексуальную ориентацию [1].
Части гипоталамуса
Гипоталамус состоит по крайней мере из трех отдельных областей: передней области, туберальной области и задней области. В каждой области также есть разные области.
Передняя область состоит из преоптической, медиальной и латеральной областей.
- Преоптическая область: эта область помогает регулировать температуру тела и, как полагают, играет важную роль в родительском и сексуальном поведении [2].
- Медиальная область: считается, что эта область отвечает за стимуляцию высвобождения следующих гормонов: ГнРГ, вазопрессина, окситоцина, соматостатина, тиреотропин-рилизинг-гормона и кортикотропин-рилизинг-гормона. Он также может участвовать в регулировании температуры тела, потоотделения и циркадного ритма.
- Латеральная область: эта область является основным местом расположения нейронов орексина. Нейроны орексина в значительной степени проецируются на таламус, который участвует в контроле цикла сна, регуляции энергии и других важных мотивированных форм поведения [3].
Бугорчатая область состоит из медиальной и латеральной областей.
- Медиальная область: считается, что она участвует в контроле кровяного давления, частоты сердечных сокращений и стимуляции желудочно-кишечного тракта. Может также быть вовлечен в аппетит и чувство сытости, а следовательно, и в пищевое поведение в целом.
- Латеральная область: эта область сильно заселена нейронами орексина. Нейроны орексина тесно связаны с таламусом, который играет важную роль в регулировании сна и бодрствования, использовании энергии и других важных мотивированных поведениях [3].
Задняя область состоит из медиальной и латеральной областей.
- Медиальная область: считается, что она в первую очередь отвечает за память, регулирует кровяное давление и выделение гормона вазопрессина.
- Латеральная область: эта область также сильно заселена нейронами орексина. Нейроны орексина соединяются в первую очередь с таламусом и, как полагают, играют роль в бодрствовании и внимании, энергетическом балансе, питании, памяти и сне [3].
Основные функции гипоталамуса
Гипоталамус участвует в реагировании как на внутренние состояния организма (такие как голод или выработка энергии), так и на внешние раздражители (такие как использование света для регулировки циркадного ритма или стимуляция реакции на стресс) [4].
Гипоталамус и стресс
Одной из важных функций гипоталамуса является активация реакции на стресс.
Один из способов сделать это — стимулировать гипофиз, надпочечники и продолговатый мозг, три другие ключевые части мозга, которые участвуют в реакции организма на стресс. Эти другие области, в свою очередь, выделяют различные гормоны и другие соединения, которые в дальнейшем вызывают реакцию организма на стресс (например, влияя на потребление энергии по всему телу, частоту сердечных сокращений и т.д.) [5, 6].
Некоторые соединения, участвующие в реакции гипоталамуса на стресс, включают глюкокортикоиды и другие стероидные гормоны [6].
Стресс также может быть вызван избытком кортикотропин-рилизинг-гормона (CRH), который вырабатывается гипоталамусом. Различные цитокины, такие как IL-1, TNF и IL-6, также могут стимулировать гипоталамус к выделению кортизола, что еще больше способствует стрессовой реакции организма
Гипоталамус также может играть определенную роль в “обучении” тому, как реагировать на повторяющиеся стрессоры. Например, считается, что стресс запускает синаптическую пластичность в гипоталамусе, что позволяет ему усваивать новые паттерны реагирования на стрессоры, которые затем он может сохранить для следующего раза, когда произойдет аналогичное стрессовое событие [5].
Гипоталамус и циркадный ритм
Считается, что гипоталамус является одной из основных областей мозга, ответственных за управление “биологическими часами” организма, технически известными как циркадный ритм.
Одним из способов, с помощью которого гипоталамус регулирует циркадный ритм, является использование визуальных сигналов о освещении, чтобы определить, какое сейчас время суток. Это, в свою очередь, определяет суточные и сезонные ритмы других важных процессов организма, таких как температура тела и цикл сна/бодрствования [7, 8].
Некоторые исследователи полагают, что аномальная активность в гипоталамусе может быть связана с нарушением циркадного ритма, а иногда даже с бессонницей [7, 8].
Гипоталамус и иммунный ответ
Поскольку гипоталамус является одной из основных систем мозга, участвующих в регулировании температуры тела, считается, что он также играет роль в том, как организм и мозг реагируют на инфекции и другие стимулы, связанные с иммунитетом [4].
Например, считается, что гипоталамус играет непосредственную роль в повышении или понижении температуры тела, когда иммунная система обнаруживает присутствие вторгшихся микроорганизмов или других инфекционных агентов. Эти изменения температуры тела могут помочь бороться с инфекцией, затрудняя размножение захватчика, тем самым давая остальной иммунной системе больше шансов бороться с инфекцией на более ранней стадии [9].
Гипоталамус реагирует на запахи
Считается, что гипоталамус является одной из основных областей мозга, участвующих в использовании запахов (“обонятельных стимулов”) для стимулирования определенных типов поведения [10].
Примеры поведения, которое может быть вызвано гипоталамусом в ответ на определенные запахи, включают эмоциональные состояния и даже сексуальное возбуждение [11, 12].
Гипоталамус стимулирует выделение гормонов
Считается также, что гипоталамус помогает регулировать выделение многих различных гормонов, что он делает в первую очередь путем стимуляции передней доли гипофиза. В свою очередь, нейроэндокринные клетки гипоталамуса регулируются сигналами обратной связи от эндокринных желез и других факторов, которые помогают “точно настроить” точное количество различных гормонов и других соединений, которые выделяются по всему телу и мозгу [13].
Некоторые из соединений, на которые гипоталамус реагирует и помогает регулировать, включают [13]:
- Допамин, который побуждает переднюю долю гипофиза вырабатывать пролактин и стимулировать выработку грудного молока.
- Окситоцин, который контролирует несколько важных поведений, таких как цикл сна и социальная близость, а также участвует в репродуктивной системе (лактация, оргазмы).
- Вазопрессин, который действует как антидиуретический гормон – другими словами, он регулирует уровень воды и увеличивает всасывание воды в кровь почками при низком уровне воды.
- Соматостатин, который регулирует рост, а также уровни нескольких различных важных гормонов щитовидной железы.
- Тиреотропин-рилизинг-гормон, который также стимулирует выделение гормонов щитовидной железы.
- Кортикотропин-рилизинг-гормон, который стимулирует высвобождение кортикостероидов, которые помогают регулировать обмен веществ.
- Гонадотропин-рилизинг-гормон, который стимулирует переднюю долю гипофиза выделять фолликулостимулирующий гормон и лютеинизирующий гормон, каждый из которых участвует в репродуктивной системе и сексуальном поведении.
Гипоталамус и усталость
Считается, что латеральный гипоталамус играет роль в контроле усталости посредством регулирования воспаления, а также контроля высвобождения орексина.
Гипоталамус и настроение
Считается, что мотивация частично основана на относительных уровнях адреналина и дофамина в гипоталамусе, а также на уровнях орексина и MCH [14, 15]. Дофамин может активировать орексин [16].
Гипоталамус также может играть важную роль в настроении, определяя уровни кортикотропин-рилизинг-гормона (CRH), который можно обнаружить в передней области гипоталамуса. Например, некоторые исследователи сообщили, что у пациентов с депрессией часто наблюдается повышенный уровень CRH [17].
Гипоталамус и контроль аппетита
Считается, что одной из основных функций гипоталамуса является регулирование и контроль аппетита и потребления пищи, что, в свою очередь, влияет на общий энергетический гомеостаз организма [18].
Вообще говоря, активность гипоталамуса может быть одним из наиболее важных факторов в определении общей массы тела.
Сообщалось, что стимуляция гипоталамуса приводит к приему пищи, в то время как сообщалось, что повреждение области приводит к прекращению приема пищи. Кроме того, воспаление гипоталамуса в некоторых случаях было связано с ожирением [19].
Считается, что гипоталамус контролирует аппетит посредством высвобождения и регуляции многих различных вторичных гормонов и других соединений, включая орексин, грелин, NPY, T3, лептин, норэпинефрин, серотонин, MCH, FGF2 1 + 19 и GLP-1, которые сложным образом взаимодействуют друг с другом для регулирования аппетит и пищевое поведение [20, 21, 22, 23].
Более конкретно, считается, что орексин, Т3, грелин, MCH, FGF21 и NPY повышают аппетит, тогда как считается, что лептин, инсулин, норадреналин, серотонин, GLP-1 и FGF19 действуют как средства, подавляющие аппетит [24]. Например, сообщалось, что низкий уровень серотонина в гипоталамусе приводит к увеличению тяги к углеводам, а низкий уровень орексина связан со снижением аппетита.
Кроме того, относительно более высокие уровни лептина были связаны со снижением аппетита и общего потребления пищи [25].
Наконец, воспаление из-за увеличения TNF было связано с потерей веса (в первую очередь в результате уменьшения голода).
Гипоталамус и страх
Считается, что гипоталамус играет основную роль в контроле “защитного поведения”, а также вызывает состояния страха через свои связи с миндалиной. Посмотрите на Картинку ниже для пошагового руководства о том, как это работает.
При воздействии опасной ситуации гипоталамус будет стимулироваться, и организм проявит защитное поведение. В частности, считается, что премаммиллярное ядро, расположенное в задней области гипоталамуса, играет центральную роль как в приобретенных, так и в необученных защитных реакциях на хищников и другие распространенные природные стрессоры [26].
Гипоталамус и проблемы с вниманием
Некоторые ранние данные свидетельствуют о том, что гипоталамус также может быть вовлечен в регуляцию внимания [15].
Эта потенциальная функция вместе с ее возможной ролью в мотивации может частично объяснить, почему проблемы с мотивацией и вниманием часто возникают вместе [15].
Хотя точные механизмы все еще изучаются, считается, что орексин, гормон, концентрирующий меланин [15], а также уровни дофамина [14] и ацетилхолина [27] участвуют в потенциальной роли гипоталамуса во внимании.
Воспаление также может влиять на уровень этих нейротрансмиттеров и других соединений. Например, считается, что орексин повышает уровень ацетилхолина [28], а воспаление может привести к снижению уровня этого нейромедиатора. Однако ацетилхолин также увеличивает содержание орексина, поэтому взаимодействие между ними может быть не совсем простым [29].
Гипоталамус и сексуальная ориентация
Некоторые интересные предварительные исследования предполагают, что гипоталамус может быть одной из основных областей мозга, в которых структурные различия между мужчинами и женщинами могут играть ключевую роль в определении сексуальной ориентации человека.
Например, в одном раннем исследовании, посвященном роли гипоталамуса в реакции на запахи (обонятельные сигналы), сообщалось, что гипоталамус гетеросексуальных мужчин и гомосексуальных женщин реагировал на эстроген, тогда как гипоталамус гомосексуальных мужчин и гетеросексуальных женщин больше реагировал на тестостерон [30, 31].
