Мозг предсказал появление боли и попытался быстрее от нее избавиться

Канадские ученые при помощи измерения моторных вызванных потенциалов в бицепсе изучили механизм «подготовки» кортикоспиального тракта к появлению болевого стимула. Исследовали выяснили, что при выполнении движений, которые могут принести боль, мозг посылает сигнал к мышце позже и слабее, но само действие при этом выполняется быстрее. Статья опубликована в The Journal of Physiology.

За болевые ощущения в организме человека отвечает особый тип первичных сенсорных нейронов — ноцицепторы. Они находятся, в основном, в коже, а также — в тканях внутренних органов, из-за чего их стимуляция может быть как внешней, так и внутренней. При внешней стимуляции организм подает сигнал, говорящий организму «отдалиться» от источника боли: из-за этого, например, при случайном прикосновении к раскаленной плите мы практически рефлекторно уберем руку. Считается, поэтому, что ноцицепторная и моторная системы тесно связаны, и о моторной реакции на болевой стимул известно достаточно много, но вопрос о том, как мозг «готовится» к боли при этом изучен мало.

Исправить это решила команда ученых из Университета Лаваля (Квебек, Канада) под руководством Сесилии Нэж (Cécilia Neige). Они провели эксперимент с использованием транскраниальной магнитной стимуляции (ТМС) и экзоскелетной системы KINARM. ТМС использовали в начале эксперимента, подавая импульсы различной силы для того, чтобы измерить порог возбудимости кортикоспинального тракта (моторные вызванные потенциалы, регистрируемые с мышц конечностей при стимуляции моторных зон) при сокращении или расслаблении двухглавой мышцы плеча (бицепс). С помощью этого исследователи измерили индивидуальные пороги возбуждаемости моторной коры участников (всего их было 30), необходимые для успешного сгибания и разгибания руки. 

Участников затем разделили на две группы: часть должна была получать болевой стимул при разгибании руки, а часть — при сгибании. Далее правую руку участников поместили в двигающуюся часть экзоскелета, положив ладонь на экран. Изначально рука была зафиксирована на 90 градусах в сгибе локтя. Через полторы секунды на экране появлялась цель (на 15 градусов выше или ниже положения ладони), после чего экзоскелет начинал двигать руку в ее направлении. В зависимости от группы (боль при сгибании или разгибании), ученые стимулировали ноцицепторы на коже руки при помощи лазера (длина волны 1340 нанометров): шестисекундные пульсации на участке кожи в пять миллиметров вызывали у участников неприятные ощущения.

После этого моторные вызванные потенциалы при движении рукой при сгибании и разгибании измерили еще раз, уже не подавая болевого стимула и не используя экзоскелет (участникам необходимо было двигать руку в направлении цели самостоятельно). Ученые выяснили, что амплитуда вызванных потенциалов в бицепсе была выше (p < 0,001) тогда, когда рука двигалась в направлении получения болевого стимула, а не от него. Кроме того, движения в направлении болевого стимула инициировались медленнее (вызванный потенциал возникал позднее), а время реакции было выше.

При получении травм конечностей лишнее движение может привести к болевым ощущениям и, как выяснили авторы работы, моторная система головного мозга это учитывает. При необходимости перемещения поврежденной конечности кортикоспинальный тракт подает ослабленный и замедленный сигнал к соответствующим мышцам, стараясь ограничить движение. При этом само движение происходит быстрее — из-за необходимости как можно быстрее прекратить болевые ощущения.

Помимо механизмов возникновения и внутренней мышечной регуляции болевых ощущений ученые изучают и возможные способы ее снижения (помимо медикаментозных). Так, например, эксперимент на мышах показал, что снизить болевые ощущения после операции может кофеин, а также — хороший сон до ее проведения.

Елизавета Ивтушок