Ученые обнаружили «нейроны страха», которые превращают боль в страдание

Фото из открытых источников

Когда человек получает болезненную травму, физические ощущения — это только начало. Эмоциональная память об этой боли — страх, тревога и ужас, связанные с этим переживанием, — может сохраняться ещё долго после заживления раны. Новое исследование выявило особую группу клеток мозга, которая действует как внутренняя система оповещения, связывая физическую боль с эмоциональным стрессом и воспоминаниями об угрозах.

Это открытие может объяснить, почему у некоторых людей развиваются хронические болевые состояния или повышенная чувствительность к угрозам после пережитой травмы. Исследование, опубликованное в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences, раскрывает, как мозг обрабатывает не только ощущение боли, но и её эмоциональный смысл.

Ученые из Института биологических исследований Солка сосредоточились на нейронах, которые производят белок CGRP (пептид, связанный с геном кальцитонина) в области мозга, называемой таламусом. Эти нейроны CGRP выполняют функцию центрального узла, получая болевые сигналы из спинного мозга и передавая их в центры обработки эмоций в головном мозге.

Как объясняют исследователи: «Боль — это одновременно сенсорное и эмоциональное переживание, вызванное различными вредными стимулами». Примечательно, что эти же нейроны реагируют как на физическую боль, так и на общие угрозы, что свидетельствует о том, что мозг использует единую систему для обработки всех форм опасности.

Исследовательская группа использовала передовые методы трассировки для точного картирования связей между спинным и головным мозгом. Они обнаружили, что нейроны CGRP в таламусе получают сигналы непосредственно из спинного мозга, а именно из заднего рога, где болевые сигналы впервые поступают в центральную нервную систему.

Чтобы изучить реакцию этих нейронов на различные виды боли, исследователи использовали метод, называемый фиброфотометрией, который работает как крошечный фонарик, измеряющий активность клеток мозга в режиме реального времени. Они подвергали лабораторных мышей различным болевым стимулам, включая механическое давление, тепло и химические раздражители, вызывающие воспаление.

Нейроны CGRP активировались по мере усиления боли. При давлении на лапу мыши силой 50 граммов нейроны реагировали минимально. Но при давлении силой 300 граммов, достаточном для возникновения значительного дискомфорта, нейроны активировались более активно.

Эксперименты с температурой дали схожие результаты. При умеренно высокой температуре (около 25°C) нейроны практически не реагировали. Но при повышении температуры до 54°C нейроны CGRP становились чрезвычайно активными, сигнализируя об интенсивной боли.

Возможно, самым интересным открытием стало то, что исследователи обнаружили, что искусственная активация этих нейронов CGRP может вызывать воспоминания об угрозе даже без реального болезненного опыта. Используя оптогенетику, которая позволяет учёным управлять определёнными нейронами с помощью световых импульсов, они стимулировали нейроны CGRP, одновременно подвергая мышей воздействию безвредных тонов.

Позже, когда мыши услышали те же звуки, они проявили реакцию страха, как будто перенесли реальную травму. Это показывает, что нейроны CGRP не просто передают болевые сигналы, но и активно создают эмоциональные ассоциации, которые превращают физическую боль в длительный психологический стресс.

Когда исследователи подавили активность этих нейронов с помощью генетических методов, у мышей наблюдалось снижение болевых реакций в ходе нескольких тестов. Животные с подавленными нейронами CGRP были менее чувствительны к механическому давлению, теплу и воспалительной боли. Они также демонстрировали менее тревожное поведение и более слабую реакцию страха в экспериментах по обусловливанию.

Исследование может иметь потенциальное значение для понимания болевых ощущений у человека. Исследователи обнаружили, что нейроны CGRP экспрессируют гены, связанные с несколькими расстройствами, связанными с болью, включая врожденную нечувствительность к боли и мигрени.

Люди с врожденной нечувствительностью к боли не могут испытывать физический дискомфорт, но им также трудно распознавать общие угрозы, что часто приводит к сокращению продолжительности жизни из-за повторных травм. Исследование предполагает, что это может происходить из-за того, что мутации в генах, ответственных за обработку боли, нарушают работу тех же нейронов CGRP, которые отвечают как за боль, так и за обнаружение угроз.

Люди с хроническими болевыми состояниями, такими как мигрень и фибромиалгия, часто испытывают повышенную чувствительность к обычным сенсорным стимулам. Исследование показало, что гены, связанные с мигренью, высокоактивны в нейронах CGRP, что указывает на роль этих клеток в гиперчувствительности к боли.

Препараты, воздействующие на CGRP, уже одобрены для профилактики мигрени, и это исследование предполагает, что они могут быть эффективны и в более широком применении, включая лечение боли и обработку угроз. Это открытие также помогает объяснить, почему хроническая боль часто сочетается с тревожными расстройствами, посттравматическим стрессом и депрессией.

Исследователи приходят к следующему выводу: «Вместе с предыдущими исследованиями наше исследование предполагает наличие единой системы восприятия угрозы, которая объединяет мультимодальные интероцептивные и экстероцептивные аверсивные сенсорные стимулы».

Хотя исследование проводилось на лабораторных мышах, фундаментальные структуры мозга и изученные химические пути в значительной степени схожи у всех видов млекопитающих, что позволяет предположить, что результаты, вероятно, применимы и к физиологии человека. В будущих исследованиях можно будет изучить, может ли воздействие на нейроны CGRP помочь в лечении различных состояний, от хронической боли до тревожных расстройств и ПТСР.

Вместо того чтобы рассматривать физическую боль и эмоциональный стресс как отдельные явления, открытие нейронов CGRP как центральной системы сигнализации показывает, что они тесно связаны — две стороны одной эволюционной медали, призванной сохранять жизнь организмов и защищать их от вреда.