Американские биологи провели эксперимент на мышах и обнаружили в одной из частей миндалевидного тела — небольшого участка мозга, отвечающего за обработку неприятных эмоциональных стимулов, — популяцию нейронов, которая отвечает за неприятные ощущения, вызванные воздействием болевого стимула. Статья опубликована в журнале Science.
Физиологически боль обычно описывают как активность ноцицепторов — чувствительных нейронов в периферийной нервной системе под воздействием болевых раздражителей (тех, которые могут повредить ткани организма). Активность этих нейронов (в основном, они расположены в коже) передает сигнал об опасности стимула центральной нервной системе (через спинной мозг — в головной). Работу ноцицепторной системы организма можно представить через реакцию человека, который прикоснулся к раскаленной плите: нейроны кожи реагируют на раздражитель и посылают болевой сигнал мозгу, после чего мозг передает сигнал об опасности обратно — и человек одергивает руку.
Боль, однако, — чувство не только физиологическое, но и аффективное, то есть эмоциональное. Именно эмоциональная реакция на болевое ощущение предотвращает стремление к повторной «встрече» с раздражающим стимулом. Тем не менее, физиологическая и аффективная реакция на болевой стимул — вещи разные, и если механизм первого изучен достаточно хорошо, то о втором известно очень мало.
Ученые под руководством Грегори Кордера (Gregory Corder) из Медицинской школы Стэнфордского университета решили сосредоточиться на миндалевидном теле (миндалине) — небольшом билатеральном участке головного мозга, который отвечает за обработку отрицательных эмоциональных стимулов — тех, которые вызывают страх и отвращение. Исследования показывают, что повреждения базолатеральной части миндалевидного тела приводят к достаточно редкому нарушению, при котором раздражающий стимул может вызвать боль, но при этом не вызывает неприятных эмоциональных ощущений.
Эксперимент проводили на мышах, в головной мозг которых вживили миниатюрный микроскоп, позволяющий визуализировать активность определенных нейронов: для этого ученые следили за заряженными ионами кальция (Ca2+), которые сигнализируют о генерации аксонами потенциала действия, то есть об активности нейронов. В качестве стимулов ученые использовали воздействие тепла, холода и укола острым предметом: вся стимуляция была достаточной для того, чтобы вызвать неприятные ощущения, но не приводила к повреждениям тканей. В качестве контрольного условия (стимуляции, не вызывающей неприятных ощущений) ученые использовали воздействие легким прикосновением.
Ученые выяснили, что неприятные стимулы приводят к большей активности нейронов миндалевидного тела, чем нейтральные.
Далее ученые проверили воздействие других эмоционально неприятных стимулов, но тех, которые при этом не вызывают боль: неприятный запах, горький вкус, громкий звук и других. Они выяснили, что, несмотря на то, что многие активные при воздействии этих стимулов нейроны миндалины пересекаются с нейронами, которые активны при восприятии боли, существует отдельная популяция нейронов, которые активны только при реакции на боль — всего таких нейронов оказалось шесть процентов.
Чтобы оценить роль нейронов миндалины в реакции на болевой стимул их временно ингибировали с помощью инъекции искусственного рецептора, селективно активируемого только с помощью искусственных препаратов (DREADD). После введения этих рецепторов нейроны мозга мышей отвечали на введение искусственной сигнальной молекулы клозапин-N-оксида: в зависимости от условия, нейроны либо активировали, либо ингибировали. Ученые обнаружили, что мыши с ингибированными нейронами миндалины, отвечающими за реакцию на болевой стимул, не стремились к тому, чтобы избегать причиняющие боль стимулы.
Наконец, ученые проверили роль отвечающих за неприятные ощущения от боли нейронов при наличии хронических болей. В отличие от обычной болевой реакции на раздражающий стимул хронические боли характеризуются наличием аллодинии (болевой реакции на стимулы, которые в обычных случаях ее не вызывают — например, как при воздействии света у больного мигренью) и гипералгезии (то есть повышенной болевой реакции на вызывающие боль стимулы, также известной как «гиперчувствительность»). Для этого ученые повредили мышам один из периферийных нервов в одной из лап. Такое повреждение привело к тому, что мыши начали бояться даже легкого касания, убирая лапу. Интересно, что сразу после повреждения активность нейронов миндалины при воздействии безобидного стимула не возросла, однако возросла через некоторое время (то есть когда сформировалось состояние хронической боли от поврежденной лапы). Исходя из этого, ученые сделали вывод, что нейроны миндалины, отвечающие за реакцию на боль, участвуют в возникновении аллодинии при хронических болях.
Авторам работы, таким образом, впервые удалось точно выделить популяцию нейронов, которые отвечают за неприятные эмоциональные ощущения от воздействия стимула, вызывающего боль. Проведенное исследование интересно еще и тем, что в будущем может помочь пациентам с диагностированными хроническими болями уменьшить воздействие нейтральных стимулов, так как, по сути, физиологическую болевую реакцию они не вызывают, при этом оставляя неприятные ощущения.
В прошлом году ученые выяснили, что нервная система способна предсказывать воздействие болевого стимула: в ситуации возможного появления боли мозг посылает в периферийную нервную систему более слабый сигнал, но при этом действия совершаются быстрее (предположительно, для того, чтобы боль прошла быстрее).
Елизавета Ивтушок