У мышей нашли отвечающие за плацебо-обезболивание нейронные цепи

Исследователи из США разработали поведенческий эксперимент, который вызывает у мышей похожий на плацебо эффект облегчения боли. С помощью различных методов визуализации они выяснили, что этот эффект опосредуют нейроны ростральной зоны передней поясной коры, которые проецируются на ядра моста. Эти нейроны кодируют ожидание облегчения боли — их ингибирование в ходе эксперимента снижало эффект обезболивания, а стимуляция усиливала его. Также ученые показали, что в плацебо-обезболивании играют роль опиоидные рецепторы в нейронах ядер моста, и клетки Пуркинье в мозжечке, куда нейроны моста проецируются. Статья принята к публикации в Nature.

Боль — это субъективное переживание, на силу которого влияет множество факторов. Так, существует эффект плацебо-обезболивания, когда ожидания облегчения боли достаточно для того, чтобы ее интенсивность снизилась — даже в отсутствии какого-либо лечения. Данные томографии головного мозга человека показывают, что эффект плацебо-обезболивания коррелирует с активностью в некоторых областях мозга — например, в передней поясной коре. Однако механизмы этого эффекта до конца не ясны.

Грегори Шеррер (Grégory Scherrer) из Университета Северной Каролины в Чапел-Хилл и его коллеги разработали семидневный тест, который должен был сформировать у мышей похожее на плацебо ожидание облегчения боли. Для этого мышей помещали в экспериментальную арену, состоящую из двух визуально различающихся камер. В первые три дня на этапе привыкания полы в обеих камерах нагревались до 30 градусов Цельсия — это безвредная температура для мышей. Грызуны могли свободно исследовать обе камеры. С четвертого по шестой день (этап обучения) пол первой камеры нагревался уже до 48 градусов Цельсия, что причиняло мышам боль и дискомфорт и заставляло их перемещаться прыжками, вставать на дыбы и облизывать лапы. Однако они могли переместиться во вторую камеру, где температура пола по-прежнему составляла 30 градусов. Таким образом у мышей вырабатывался условный рефлекс, связывающий вторую камеру с облегчением боли. На седьмой (тестовый) день пол в обеих камерах нагревали до 48 градусов, мышей снова запускали в арену и наблюдали за их поведением. Для контрольной группы грызунов пол в обеих камерах был нагрет до 48 градусов, начиная с четвертого дня.

Во время обучения мыши из экспериментальной группы начинали все больше предпочитать вторую камеру — ту, где они не испытывали боль. На седьмой день, когда пол нагрели и во второй камере, это предпочтение сохранялось: мыши по-прежнему ждали, что в этой камере им будет не так больно, поэтому стремились туда. Кроме того, находясь во второй камере даже с нагретым до 48 градусов полом грызуны реже облизывали лапы, вставали на дыбы и прыгали — это указывало на то, что они испытывают нечто похожее на эффект плацебо. Этот анальгетический эффект сохранялся как минимум неделю после обучения. В части экспериментов мышей на седьмой день помещали в ту же арену, но для того, чтобы вызвать боль, вводили им формалин, а температуру полов в обеих камерах оставляли на уровне 30 градусов. Примечательно, что ассоциация «во второй камере не так больно» работала и тут: чувствительность мышей к боли, вызванной инъекцией, во второй камере снижалась, и они проводили в ней больше времени по сравнению с контролем.

Поскольку исследования на людях показали, что в механизме плацебо-обезболивания задействованы нейроны передней поясной коры (ACC), и особенно ее ростральной зоны (rACC), ученые пометили пресинаптические окончания нейронов rACC мышей, введя в них вирусный вектор. Так они выяснили, что эти нейроны во время эксперимента передавали сигналы в три области мозга — полосатое тело, таламические и субталамические ядра и в ядра моста (Pn). Исследователи сосредоточились на цепи rACC-Pn, поскольку ранее не было известно, какую роль ядра моста играют в модуляции боли. С помощью кальциевой визуализации авторы обнаружили, что активность нейронов rACC, проецирующихся в Pn, начинала возрастать во время обучения. Повышенная активность этих нейронов наблюдалась и на этапе теста. Она повышалась, когда мыши переходили из первой камеры во вторую (туда, где они ожидали облегчения боли), и снижалась, когда те возвращались. При этом чем активнее были эти нейроны, тем быстрее мыши покидали первую камеру. Так же эти клетки становились менее активными со временем, что согласовалось с нарушением ожиданий мышей. Так ученые заключили, что путь rACC-Pn у мышей кодирует ожидание облегчения боли. А электрофизиологический анализ срезов мозга мышей показал, что во время обучения повышалась также возбудимость нейронов rACC.

Дальше ученые попробовали оптогенетически воздействовать на мышиные нейроны rACC, проецирующиеся в Pn, во время теста. Ингибирование активности этих нейронов заставляло мышей чаще облизывать лапы, подпрыгивать и вставать на дыбы, когда они находились во второй камере. И, напротив, когда ученые стимулировали эти нейроны, мыши реже облизывали лапы, но не начинали реже прыгать или вставать на дыбы. Исследователи объяснили это тем, что существует некий предел плацебо-обезболивания — и, вероятно, при стимуляции нейронов rACC он достигается. Дополнительно исследователи протестировали наивных мышей на механическую или тепловую чувствительность, параллельно воздействуя на нейроны rACC — в этом случае стимуляция нейронов тоже приводила к снижению чувствительности, а их ингибирование — к повышению. Это указывало на то, что путь rACC-Pn можно активировать, чтобы вызвать обезболивающий эффект.

Далее ученые попробовали манипулировать функцией Pn нейронов; одноклеточная транскриптомика показала, что среди них есть как возбуждающие нейроны, экспрессирующие везикулярный транспортер глутамата 1 или 2 (или сразу оба), так и тормозные. Неожиданно очень большая часть нейронов Pn экспрессировали рецепторы — Oprd1 (54 процента клеток) и Oprm1 (26 процентов); большинство нейронов (81 процент), экспрессирующих Oprd1, были возбуждающими. Ингибирование этих нейронов во время теста действовало так же, как ингибирование нейронов rACC — мыши начинали чаще облизывать лапы и подпрыгивать. То же происходило, когда мышам во время теста вводили агонист опиоидных рецепторов налоксон. Когда нейроны Pn, экспрессирующие Oprd1, ингибировали во время обучения, эффект обезболивания во время теста тоже снижался.

В конце ученые исследовали основную мишень Pn нейронов — мозжечок. Повышенная активность мозжечка наблюдается у людей во время плацебо-обезболивания. Сначала исследователи выяснили, что нейроны Pn проецируются в основном в три области мозжечка — дольку VI, Crus I и Crus II. Визуализация кальция показала, что во время обучения в мозжечке повышается активность клеток Пуркинье, получающих сигналы от нейронов Pn. Таким образом, авторы определили кортико-мосто-мозжечковый путь, ответственный за плацебо-индуцированное облегчение боли у мышей. Механизмы, с помощью которых мозжечок модулирует эффект плацебо, еще предстоит изучить, однако авторы отметили, что их результаты открывают возможность воздействовать на обнаруженный ими путь для лечения боли.

Ранее ученым удалось добиться легкого психоделического эффекта от плацебо: для этого участников эксперимента поместили в подходящие условия.