Neben Lichtreizen galt bisher das Stresshormon Noradrenalin als bedeutendstes Molekül für die Steuerung der Pupillengröße. Wissenschaftler der Eidgenössischen Technischen Hochschule (ETH) Zürich konnten nun anhand von Studien an Labormäusen nachweisen, dass der Neurotransmitter Orexin ebenfalls ein zentrales und unverzichtbares Molekül bei der Regulierung der Pupillengröße darstellt [1].
Orexin-Neuronen führen vom Hypothalamus in andere Hirnregionen, beispielsweise Regionen, die das Bewusstsein steuern oder für Körperfunktionen verantwortlich sind, die nicht willentlich beeinflusst werden können. Die Bindung des Neurotransmitters Orexin an diese Orexin-Neuronen ist somit unter anderem an der Regulierung des Schlaf-Wach-Rhythmus‘, der Aufmerksamkeit, des Belohnungssystems, des Appetits und des Energieverbrauchs beteiligt. Das Orexin-System ist somit neben dem Noradrenalin- und Serotonin-System ein weiteres neuromodulatorisches System, das für die Steuerung des Gehirns und des Bewusstseins zuständig ist. Bei ihren Versuchen verfolgten die Wissenschaftler die Reaktion einzelner Orexin-Neuronen bei Mäusen mit einer speziellen Form der Fluoreszenzmikroskopie. Es zeigte sich, dass sich nach der Stimulation der Orexin-Neuronen auch die Pupillen weiten. Schaltet man in Laborversuchen das Orexin- System aus, so kann eine normale Pupillengröße nicht aufrechterhalten werden, die Pupillen verbleiben in einem verengten Zustand. Die Beziehung zwischen Aktivität der Nervenzellen und dem Pupillendurchmesser ist dabei dosisabhängig: Die Pupillengröße zeigt somit die direkte Aktivität der Orexin-Neuronen an. Mit diesen neuen Erkenntnissen ist es nun möglich, Störungen der Orexin-Regulation, wie sie beispielsweise bei Narkolepsie, Alzheimer, Schlaganfällen und dem Prader-Willi-Syndrom vorkommen, direkt anhand der Pupillengröße zu untersuchen – zur Diagnose von Narkolepsie beispielsweise ist aktuell noch eine Wirbelkanalpunktion notwendig. Auch die Diagnostik und die Therapie von Aufmerksamkeits- und Schlafstörungen könnten zukünftig durch diese Entdeckung profitieren.
1. Grujic N, Tesmer A et al (2023) Control and coding of pupil size by hypothalamic orexin neurons, Nat Neurosci 26: 1160
doi: 10.1038/s41593-023-01365-w