視交叉上核

視交叉上核（SCN ）は、視交叉の真上に位置する視床下部の脳の小さな領域です。動物の睡眠サイクルを調節する役割を担っています。 ^{[ 1 ] [ 2 ]}光感受性網膜神経節細胞からの光入力の受容により、体内の従属的な細胞時計を調整し、環境に同調することができます。 ^{[ 1 ] [ 3 ]} SCNが生成する神経活動とホルモン活動は、約24時間周期でさまざまな身体機能を調節します。

視交叉上核（SCN）は、脳の他の多くの領域とも相互作用する。SCNには、バソプレシンや血管作動性腸管ペプチドなど、いくつかの種類の細胞、神経伝達物質、ペプチドが含まれている。

SCNの障害や損傷は、さまざまな気分障害や睡眠障害と関連付けられており、概日リズムの調節におけるSCNの重要性を示唆している。^{[ 4 ]}

SCNは視床下部の前部に位置し、視交叉のすぐ背側、つまり上方（したがってsupra）にあり、第三脳室の両側（左右どちらか）に位置する。約10,000個のニューロンからなる2つの核で構成されている。^{[ 5 ]}

SCNの形態は種によって異なる。[ 6 ^{] VP -} IRニューロンの濃度など、特定のSCN領域における異なる細胞表現型の分布は、SCNの形状を変化させる可能性がある。^{[ 6 ]}

核は腹外側部と背外側部に分けられ、それぞれコアとシェルとも呼ばれる。^{[ 5 ]}これらの領域は時計遺伝子の発現が異なり、コアは刺激に応じて発現し、シェルは構成的に発現する。

投射に関して言えば、コアは網膜視床下部路、膝状体視床下部路、およびいくつかの縫線核からの投射という 3 つの主要な経路を介して神経支配を受けています。^{[ 6 ]}背内側視交叉上核は主にコアと他の視床下部領域によって神経支配を受けています。最後に、その出力は主に室傍核と背内側視床下部核に向けられており、これらは両方とも、視交叉上核が身体の概日リズム調節に及ぼす影響を媒介しています。^{[ 6 ]}

SCN内で最も豊富に存在するペプチドは、アルギニンバソプレシン（AVP）、血管作動性腸ペプチド（VIP）、およびペプチドヒスチジンイソロイシン（PHI）である。これらのペプチドはそれぞれ異なる領域に局在している。AVPを含むニューロンは背内側に存在し、VIPおよびPHIを含むニューロンは腹外側に存在する。^{[ 7 ]}

^{細菌[ 8 ]}、植物、菌類、動物などのさまざまな生物は、遺伝的にほぼ24時間のリズムを示します。これらの時計はすべて同様のタイプの遺伝的フィードバックループに基づいているようですが、関与する特定の遺伝子は、それぞれの界で独立して進化してきたと考えられています。睡眠、身体活動、覚醒度、ホルモンレベル、体温、免疫機能、消化活動など、哺乳類の行動と生理機能の多くの側面は概日リズムを示します。SCNの機能に関する初期の実験では、ハムスターのSCNを損傷しました^{[ 9 ]} 。SCNを損傷したハムスターは、日中の活動リズムを失いました^{[ 9 ]} 。さらに、ハムスターのSCNをSCNを損傷したハムスターに移植すると、ハムスターはSCNを移植したハムスターのリズムを採用しました^{[ 9 ]} 。これらの実験を総合すると、SCNはハムスターの概日リズムを生成するのに十分であることが示唆されます。

その後の研究では、ラットの骨格、筋肉、肝臓、肺組織が24時間周期のリズムを生成し、シャーレ内で隔離すると時間とともに減衰するが、SCNはリズムを維持することが示されている。^{[ 10 ]}これらのデータは、SCNが「スレーブ発振器」を同期させることで全身の制御を維持し、スレーブ発振器は独自のほぼ24時間周期のリズムを示し、局所組織の概日現象を制御するというモデルを示唆している。^{[ 11 ]}

SCNは、網膜視床下部路を介して網膜の特殊な光感受性神経節細胞から入力を受け取ります。^{[ 12 ]}腹外側SCN （vlSCN）のニューロンは、光誘導遺伝子発現能力を持っています。網膜のメラノプシン含有神経節細胞は、網膜視床下部路を介して腹外側SCNに直接接続しています。^{[ 12 ]}網膜が光を受け取ると、vlSCNはこの情報をSCN全体に伝達し、人や動物の1日のリズムを自然界の24時間周期に同調、同期させます。 ^{[ 12 ]}人間を含む生物を光/暗周期などの外因性キューに同調させることの重要性は、このプロセスが正常に機能しないいくつかの概日リズム睡眠障害に反映されています。 ^{[ 13 ]}

背内側視交叉上核（dmSCN）のニューロンは、恒常的な暗闇下でも持続する内因性の24時間周期リズムを持っていると考えられている（ヒトでは平均約24 時間11 分）。^{[ 14 ]} GABA作動性メカニズムは、視交叉上核の腹側領域と背側領域の結合に関与している。^{[ 15 ]}

代謝過程の直接的な神経制御と概日リズム制御行動に関する情報は、恒温脊椎動物と変温脊椎動物のどちらにおいても十分に知られていないが、哺乳類のマウスや変温爬虫類、特にトカゲなどのモデル動物の視交叉上核（SCN）については広範な研究が行われている。SCNは、網膜視床下部路からの神経支配による光受容だけでなく、恒温性を持つ脊椎動物の体温調節、および変温脊椎動物の概日時計の運動やその他の行動出力の調節にも関与していることが知られている。^{[ 16 ]}両クラスの脊椎動物の行動の違いを、SCNおよび視床下部近傍のさまざまな他の核のそれぞれの構造と特性と比較すると、これらの行動が異なる概日制御の結果であることがわかる。最終的には、脊椎動物の概日リズムによって制御される行動に対する視交叉上核（SCN）の直接的および間接的な役割を完全に解明するためには、多くの神経行動学的研究を行う必要がある。

視交叉上核（SCN）は、網膜から直接神経信号を受け取る多くの神経核の一つである。

その他には、外側膝状体（LGN）、上丘、基底視覚系、および前蓋核などがある。

• 外側膝状体（LGN）は、色、コントラスト、形状、動きに関する情報を視覚皮質に伝達し、同時に視交叉上核（SCN）にも信号を送る。
• 上丘は眼球の動きと方向を制御する。
• 基底視覚系は眼球運動も制御する。^{[ 22 ]}
• 前蓋は瞳孔の大きさを制御する。

SCNは哺乳類の概日リズムの中枢ペースメーカーであり、哺乳類の概日リズムの調整役を担っています。無傷のSCNのニューロンは、電気活動において協調した概日リズムを示します。^{[ 23 ]} SCNから分離されたニューロンは、試験管内で概日リズムを生成および維持することが示されており、^{[ 24 ]} SCNの個々のニューロンは細胞レベルで独立した概日振動子として機能することができることを示唆しています。^{[ 25 ]} SCNの各細胞は周囲の細胞と振動を同期させ、相互に強化し合う正確な振動のネットワークを形成し、SCNマスタークロックを構成します。^{[ 26 ]}

Neurons in the SCN fire action potentials in a 24-hour rhythm, even under constant conditions.^[37] At mid-day, the firing rate reaches a maximum, and, during the night, it falls again. Rhythmic expression of circadian regulatory genes in the SCN requires depolarization in the SCN neurons via calcium and cAMP.^[37] Thus, depolarization of SCN neurons via cAMP and calcium contributes to the magnitude of the rhythmic gene expression in the SCN.^[37]

Further, the SCN synchronizes nerve impulses which spread to various parasympathetic and sympathetic nuclei.^[38] The sympathetic nuclei drive glucocorticoid output from the adrenal gland which activates Per1 in the body cells, thus resetting the circadian cycle of cells in the body.^[38] Without the SCN, rhythms in body cells dampen over time, which may be due to lack of synchrony between cells.^[37]

多くのSCNニューロンは網膜を介した光刺激に敏感である。^{[ 39 ]}光応答は概日リズムに対する光の影響と関連していると考えられる。さらに、生きたラットや単離したSCN細胞にメラトニンを投与すると、これらのニューロンの発火率が低下する。^{[ 40 ] [ 41 ]}時差ぼけ、季節の変化、一定の光条件による光入力の変動はすべてSCNニューロンの発火リズムを変化させ、光とSCNニューロン機能の関係を示している。^{[ 37 ]}

The idea that the SCN is the main sleep cycle regulator in mammals was proposed by Robert Moore, who conducted experiments using radioactive amino acids to find where the termination of the retinohypothalamic projection occurs in rodents.^[45][46] Early lesioning experiments in mouse, guinea pig, cat, and opossum established how removal of the SCN results in ablation of circadian rhythm in mammals.^[45]

• Chronobiology
• Photosensitive ganglion cell
• Sense of time
• Retinohypothalamic tract
• Shift work sleep disorder
• Non-24-hour sleep–wake disorder

• 図はthebrain.mcgill.caに掲載されています。