视交叉上核(Suprachiasmatic Nucleus,简称SCN)是一个坐落于下视丘、横跨视神经交叉上方的小型脑区。它被认为是调节动物睡眠周期的中心,并且其运作方式对人体的生理行为起着重要的影响。 SCN透过接收来自感光视网膜神经节细胞的光信号,协调全身其他细胞时计,从而适应外部环境。 SCN所产生的神经和荷尔蒙活动大致上以24小时的周期运作,而这也影响着我们的许多生理功能,包括睡眠模式、警觉性、以及荷尔蒙分泌等。
SCN被认为是哺乳动物生物钟的主要指挥官,负责协调生理节律。
SCN位于下视丘的前部,位于视神经交叉的上面,靠近第三脑室的两侧。这个小核由约10,000个神经元组成,并且根据不同物种,其形态各异。 SCN可分为腹外侧和背外侧两部分,分别称为核心(core)和外壳(shell)。核心对刺激的基因表达做出反应,而外壳则持续表达这些基因。此外,SCN通过视网膜下丘脑径、外侧膝状体下丘脑径以及部分脑干腹侧核(raphe nuclei)进行神经投射。 SCN的丰富多肽包括抗利尿激素(AVP)、肠促胰腺多肽(VIP)等。
动物界的各种生物,包括细菌、植物、真菌和动物,都表现出近24小时的生物节律。这些生物钟的运作主要依赖一组相似的基因反馈环路。研究显示,将SCN移植到无SCN的动物中后,这些动物能够采纳移植源动物的行为模式,这进一步证实了SCN在生成生理时钟中的关键角色。
早期的实验显示,去除SCN会导致动物失去其生物节律,强调了SCN的作用。
SCN不仅独立运作,还与其他脑区高度互动。它能够接受来自视网膜的光信号,并让这些信息在神经网络中传递,协调其它脑区的活动,维持整体的生理控制。此过程中的分子机制涉及不同神经递质和多肽,这些物质在SCN中分布不均,并有助于调控生理过程。
专门的视网膜神经元能够直接刺激SCN,使其参与调控生理活动。
SCN的功能丧失可能与一系列生理和心理障碍有关,例如情绪障碍和睡眠障碍。在临床研究中,发现患有重性抑郁症的人群在SCN作业上出现异常,表明生理时钟的失调可以引起情绪和行为的显著改变。然而,尤其在现代社会,环境因素如光污染或工作时间不规则,均可能导致SCN的功能受到影响。
对SCN及其与周边脑区的交互关系的研究仍然在持续深入,尤其是在解释不同环境因素如何影响生理行为方面。理解这些结构和功能之间的联系,不仅能提高对生物时钟的理解,亦可能为相关的睡眠和情绪障碍的治疗提供新的见解。
随着我们所掌握的知识逐渐增多,SCN的研究无疑将揭示更多有关生命运作的奥秘。这让我们不禁思考,当代科技如何应用这些知识以改善人类的健康与福祉?