Исследователи предположили далее, что за зимнюю депрессию могут быть ответственны эпифиз и связанные с ним структуры мозга. У людей участками мозга, реагирующими на общую освещенность, являются, как полагают, супрахиазменные ядра, находящиеся в гипоталамусе (ниже рис. 95; см. также рис. 65). Нейроны этих ядер посылают сигналы (через несколько синапсов спинного мозга и симпатической нервной системы) эпифизу, в котором происходит превращение серотонина в мелатонин. (Напомним, что у некоторых животных концентрация мелатонина в ходе циркадианного цикла повышается только после наступления темноты.) В порядке эксперимента сезонную депрессию пробуют лечить, подвергая больного за несколько часов до наступления дня воздействию мощного источника света, содержащего волны всего спектра. И хотя неясно, имеет ли мелатоиин какое-либо отношение к депрессии и результатам такого лечения, искусственное удлинение дня как будто помогает пациентам преодолеть депрессию.

Рис. 94. Состояние больной с зимней депрессией значительно улучшилось после того, как врачи стали подвергать ее воздействию белого света, удлиняя тем самым светлое время суток.

Научные разработки в этой области носят весьма гипотетический и экспериментальный характер, так как механизмы, управляющие биологическими ритмами у человека, выявить очень трудно. И тем не менее каждый день приносит новые знания, и исследователи уже могут сформулировать достаточно обоснованные теории о пейсмейкерах (водителях ритма) человеческого мозга.

В конце 60-х годов физиолог Курт Рихтер провел ряд экспериментов на крысах, пытаясь найти участки мозга, ответственные за ритмичность. Он разрушал отдельные области мозга — всего более чем в 200 различных местах — у сотен крыс, а затем следил за нарушениями циркадианных ритмов в потреблении пищи, питье, характере активности у каждого животного. В результате длительной серии опытов Рихтер установил, что нарушения суточных ритмов у крыс возникают при повреждении определенной части гипоталамуса.

В те же годы было проведено другое исследование, поставившее ученых в тупик. У крыс с циркадианными ритмами, приуроченными к световому циклу, в лабораторных условиях не наблюдалось нарушения ритма даже при повреждении зрительных проводящих путей между сетчаткой и мозгом. Очевидно, механизм биологических часов, находящийся у крысы, по мнению Рихтера, в гипоталамусе, получал информацию о свете и темноте, минуя обычные зрительные каналы.

Эта загадка была вскоре разрешена в результате анатомических исследований, которые показали, что существует особый нервный путь, соединяющий сетчатку каждого глаза с гипоталамусом. Этот путь ведет от глаз прямо к двум небольшим скоплениям нейронов в гипоталамусе — так называемым супрахиазменным ядрам. Эти ядра лежат непосредственно над зрительной хиазмой, где перекрещиваются нервные волокна, идущие от каждого глаза. Вооруженные этой информацией, две исследовательские группы вскоре доказали, что супрахиазменные ядра — это важнейшие гипоталамические структуры, необходимые для осуществления нормальной циркадианной ритмичности у крыс.

Образования, аналогичные супрахиазменным ядрам, были позднее обнаружены у всех млекопитающих от утконоса до шимпанзе. И в гипоталамусе человека тоже имеются супрахиазменные ядра (рис. 95).

Рис. 95. На этом разрезе мозга, проходящем в срединной плоскости, можно видеть, что супрахиазменное ядро расположено над формация зрительным перекрестом в основании гипоталамуса. Показаны также широко дивергирующие аксоны, исходящие из одного источника — ретикулярной формации.

Каждое супрахиазменное ядро (их всего два — по одному с каждой стороны гипоталамуса) состоит приблизительно из 10000 небольших, плотно уложенных тел нервных клеток со слабо ветвящимися дендритами. Многие соседние нейроны образуют синапсы друг с другом в переплетении локальных сетей. Синапсы между близко расположенными нейронами — явление, не характерное для мозга, но, как полагают многие ученые, наши нейронные часы должны состоять именно из таких плотно упакованных взаимодействующих клеток. По-видимому, нейроны этих ядер выделяют несколько различных медиаторов, но пока в больших количествах здесь обнаружен только серотонин, который приходит от ядер шва по путям типа дивергентных сетей с одним входом.

Входные и выходные пути супрахиазменных ядер проследить довольно трудно из-за плотного расположения нейронов. Известен тракт, идущий от сетчатки, а также входные связи от одного из отделов гипоталамуса и от ядер шва в стволе мозга. Ядра шва содержат серотонинэргические нейроны, которые и служат источником больших количеств серотонина в супрахиазменных ядрах.

Нейроны, тела которых находятся в супрахиазменных ядрах, посылают свои аксоны к другим ядрам гипоталамуса (которые, возможно, тоже являются пейсмейкерами), а также к гипофизу и (через полисинаптическую сеть) к эпифизу и тем частям мозгового ствола, которые, как известно, участвуют в регулировании сна.

Данные о том, что супрахиазменные ядра действительно сами генерируют ритмы, были получены в экспериментах на крысах (S. Inouye, H. Kawamura). При регистрации электрической активности нервных клеток этих ядер и других областей мозга у нормальных животных во всех исследованных участках был обнаружен ритм спонтанных разрядов, соответствовавший циркадианному циклу сна и бодрствования. После того как все нервные связи между супрахиазменными ядрами и остальными частями мозга были перерезаны, циркадианный ритм активности сохранился только в этих ядрах. Результаты опытов ясно указывают на роль супрахиазменных ядер как пейсмейкеров, по крайней мере у крыс.