Американские ученые выяснили, что за связь между недосыпом и повышенной восприимчивости к боли отвечает работа не только соматосенсорной коры головного мозга, но и других отделов: в частности, островковой доли и прилежащего ядра, которые «решают», вызывает стимул боль или нет. Для этого исследователи провели фМРТ-эксперимент с участием людей, которые провели ночь в лаборатории. Статья опубликована в The Journal of Neuroscience.
Взаимосвязь недостатка сна и повышенной ноцицепции не раз показывалась учеными: в лабораторных условиях как у людей, так и у животных восприимчивость к воздействию болевых стимулов при недостатке сна повышается. При этом мозговая регуляция этого почти не изучена: помимо соматосенсорных отделов мозга, которые отвечают за обработку сигналов, полученных рецепторами в коже, в повышенной чувствительности при недосыпе могут участвовать и другие отделы мозга. Кроме того, неизвестно, как изменения гигиены сна влияют на болевой порог отдельной особи.
Этим решили заняться ученые под руководством Адама Краузе (Adam Krause) из Калифорнийского института в Беркли. Они провели два исследования с участием людей — в лабораторных условиях и онлайн-опрос. В первом эксперименте приняли участие 25 добровольцев, каждый из которых провел в лаборатории две ночи: одну — с восьмичасовым сном, а вторую — бессонную (промежуток между двумя ночами составлял минимум неделю).
Болевой порог каждого из участников измерили с помощью воздействия тепла: для этого на кожу их левой ноги помещали специальный нагревающийся прибор, температура которого постепенно повышалась на один градус. Участников эксперимента попросили отметить момент, когда боль от воздействия температурного стимула достигнет семи баллов по десятибалльной шкале.
На утро после проведенной в лаборатории ночи болевой порог участников проверили еще раз. Ученые выяснили, что бессонная ночь значимо (p = 0,0002) понизила болевой порог участников: недосып привел к тому, что болезненными для них были температуры и ниже тех, которые считались неприятными ранее.
Также ученые провели фМРТ-эксперимент, чтобы изучить активность мозга при воздействии болевых и нейтральных стимулов. Как и предполагалось, воздействие болезненно высоких температур повысило активность соматосенсорной коры головного мозга. Снижение активности наблюдалось в таламусе и прилежащем ядре — отделе мозга, который участвует в становлении болевого порога (то есть принимает решения относительно того, вызывает стимуляция боль или нет), а также в островковой доле, повреждения которой приводят к нарушениям в восприятии боли.
В онлайн-опросе влияния недосыпа на боль приняли участие 236 добровольцев, которые сообщили о том, что испытывают боли разного характера (например, хронические боли или боли после переломов). Каждый участник проходил два опроса: с утра — о том, как хорошо он спал, а вечером — насколько сильными были его или ее болевые ощущения в течение дня. Ученые проследили корреляцию между качеством сна и интенсивностью болевых ощущений в последующий день: причем недосып был связан с повышенными болевыми ощущениями даже в том случае, когда исследователи учли начальную интенсивность боли (p = 0,04).
Авторы работы пришли к выводу, что недосып понижает болевой порог людей, делая их более восприимчивыми к ноцицептивным стимулам. Механизм этого не ограничивается повышенной чувствительностью, как видно по активности соматосенсорной коры головного мозга, но также и распространяется на своеобразное ингибирование тех участков мозга, которые решают, является стимул физически неприятным или нет.
Боль — это ощущение не только физическое, но и психологические: воздействие болевого стимула часто связано с отрицательной эмоциональной реакцией. Недавно ученые провели эксперимент на мышах и показали, что за такую реакцию отвечает работа миндалевидного тела головного мозга.
Елизавета Ивтушок
И помогли начать половой акт
Американские ученые выяснили, что тельца Краузе в половом члене и клиторе мышей возбуждаются при легких прикосновениях и механических вибрациях с частотой 40-80 герц. Специфические для этих рецепторов нейроны в спинальных ганглиях передают информацию в серую спайку спинного мозга в пояснично-крестцовом отделе. Мыши без телец Краузе с трудом начинали половой акт, а самцы реже достигали эякуляции, что говорит об их важной роли в сексуальном поведении. Препринт работы опубликован на сайте bioRxiv.org. Кожа человека хорошо иннервирована: по всему телу располагаются рецепторы, которые представлены как свободными нервными окончаниями, отвечающими за основную перцепцию прикосновений, температуры и боли, так и нервными окончаниями, заключенными в капсулу. Считается, что они ответственны за перцепцию специфических воздействий. Например, тельца Пачини воспринимают грубое механическое давление, а тельца Руффини — растяжение. Долгое время считалось, что колбы Краузе в надсосочковом слое дермы специфически воспринимают холод, однако дальнейшие исследования этого не подтвердили. При этом еще в конце XIX века Вильгельм Краузе, который впервые описал эти рецепторы, обнаружил их в губах, языке и гениталиях человека. В половом члене и клиторе они выглядят иначе (в этих местах они называются тельца Краузе, или генитальные тельца): они имеют цилиндрическую форму и содержат простые окончания (в коже волокна чаще свернуты в клубочек). Однако до сих пор не до конца ясна их роль и специфика перцепции. Дэвид Джинти (David Ginty) с коллегами из Гарвардской медицинской школы исследовали физиологию телец Краузе у мышей. С помощью окрашивания нейрофиламента-200 и белка S100 (первый отражает нервные волокна крупного калибра, а второй — терминальные шванновские клетки), они обнаружили в гениталиях самок мышей высокую плотность телец Краузе по всему клитору, но при этом они отсутствовали в ткани влагалища. В гениталиях самцов тельца наблюдались по всей головке полового члена и внутренней поверхности крайней плоти. Несмотря на разные размеры женских и мужских гениталий, общее количество телец Краузе в клиторе и пенисе было сопоставимым. Таким образом, плотность телец Краузе была в 15 раз больше в клиторе, чем в головке полового члена. Затем с помощью генетических исследований ученые выяснили, что в тельцах Краузе располагаются чувствительные отростки двух групп нейронов спинальных ганглиев пояснично-крестцового отдела: TrkB и Ret. Кроме того, дальнейший анализ показал, что отростки этих нейронов специфически образуют тельца Краузе (им не удалось найти в них чувствительные волокна от других нейронов). Информация от этих нейронов далее следует в заднюю часть серой спайки спинного мозга, которая находится около центрального канала, в пояснично-крестцовом отделе спинного мозга. Благодаря оптогенетическим методам и механическому воздействию удалось выяснить, что волокна нейронов TrkB и Ret являются А-волокнами, то есть хорошо миелинизированными волокнами со скоростью передачи импульса 3-11 метров в секунду. Кроме того, у волокон нейронов TrkB были низкие пороги механического возбуждения, быстрая адаптация и точная синхронизация по фазе для каждого цикла механических колебаний. При этом волокна нейронов Ret демонстрировали более высокие пороги механического возбуждения. Обе группы нейронов активно реагировали на вибрации с частотой 40-80 герц. Затем ученые исследовали, как тельца Краузе могут влиять на сексуальное поведение мышей. Они обнаружили, что прямая оптогенетическая стимуляция полового члена (десять герц, импульс две миллисекунды в течение 20 секунд) у мышей, которым в тельца Краузе (нейроны TrkB) внедрили опсины, приводила к эрекции у 6 из 10 животных. У контрольных мышей без опсинов эрекции не наблюдалось. Рефлекторные реакции на оптогенетическую стимуляцию телец Краузе нейронов Ret не тестировались, поскольку их было сложно промаркировать опсинами. Хотя у самцов, у которых не было телец Краузе, не наблюдалось проблем с эрекцией, у них были проблемы с введением полового члена во влагалище: они дольше начинали этот процесс и хуже его осуществляли. Кроме того, меньшее количество самцов без телец Краузе достигли эякуляции по сравнению с контрольной группой. У самок потеря телец Краузе также сопровождалась проблемами с началом полового акта. Таким образом, команда Джинти впервые так подробно описала структуру и физиологию телец Краузе в гениталиях мыши. По мнению ученых их результаты можно распространить и на человека, поскольку, например, вибрации с частотой 40-80 герц считаются возбуждающими и для людей. Однако у человека дополнительно необходимо исследовать влияние телец Краузе на сексуальное поведение. Об эволюции полового члена и его восприятия можно прочитать в книге Эмили Уиллингем «Парадокс пениса: Уроки жизни из мира животных» (издательство «Альпина нон-фикшн»).