Боль — не только физическое ощущение: она может сопровождаться тревогой и другими эмоциональными реакциями. При этом механизмы, которые связывают болевые сигналы с переживаниями, до сих пор изучены не полностью. Исследователи обнаружили, что в этом процессе участвуют разные нервные связи, которые могут влиять на отдельные стороны реакции организма. О том, как мозг регулирует боль и тревожное поведение, — в материале «Известий».
Два пути из одной области мозга
Ученые из Китая обнаружили две группы нервных связей, которые начинаются в латеральном гипоталамусе — области мозга, участвующей в регуляции поведения, мотивации и эмоциональных реакций. Нейроны этой зоны направляют отростки в две другие структуры: паравентрикулярное ядро таламуса и латеральное парабрахиальное ядро. Обе области участвуют в обработке болевых сигналов и эмоциональной информации.
Исследователи изучали ГАМК-ергические нейроны — нервные клетки, которые используют гамма-аминомасляную кислоту (ГАМК) в качестве основного сигнального вещества. Обычно оно снижает активность других нейронов. Анализ показал, что большая часть изученных клеток направляет отростки только в одну из двух структур. Лишь небольшая доля нейронов связана сразу с обеими.
Исследование опубликовано в журнале PLOS Biology. По подсчетам авторов, 55,4% выявленных ГАМК-ергических нейронов проецировались в паравентрикулярное ядро таламуса, 36,9% — в латеральное парабрахиальное ядро, а 7,5% направляли отростки в обе области. Таким образом, даже внутри одной зоны мозга исследователи обнаружили несколько относительно самостоятельных каналов передачи сигналов.
Один путь усиливает тревожность
Первая из изученных связей соединяет латеральный гипоталамус с паравентрикулярным ядром таламуса. Чтобы проверить ее роль, ученые выборочно активировали и подавляли эту цепь у мышей с помощью оптогенетики — метода, позволяющего управлять активностью определенных нервных клеток светом.
Когда исследователи активировали связь, у животных усиливались признаки тревожного поведения. Мыши реже заходили в центральную часть открытого пространства и проводили меньше времени в открытых участках специального лабиринта. При этом чувствительность к механическим и температурным болевым стимулам заметно не менялась. Похожий эффект наблюдался как у здоровых животных, так и у мышей с нейропатической болью.
При подавлении активности этого пути результаты оказались другими. У мышей с повреждением нерва повышались пороги чувствительности к механическому и температурному воздействию, а поведенческие признаки тревожности ослабевали. Однако у животных без нейропатической боли такого сочетанного эффекта не обнаружили.
Это указывает на зависимость работы нервной цепи от состояния организма: ее подавление влияло одновременно на болевые реакции и тревожное поведение именно в модели нейропатической боли.
Другая связь регулирует болевые ощущения
Второй путь соединяет латеральный гипоталамус с латеральным парабрахиальным ядром. В отличие от первой цепи, он преимущественно влиял на болевую чувствительность. Когда ученые активировали эту связь, у мышей снижались пороги реакции на механические и температурные раздражители. Иными словами, животные становились более чувствительными к воздействию.
При этом исследователи не выявили сопоставимых изменений тревожного поведения. Подавление активности этой нервной цепи, напротив, повышало болевые пороги как у здоровых мышей, так и у животных с нейропатической болью. На показатели тревожности такое вмешательство заметно не влияло.
Таким образом, две связи из одной области мозга проявили разные функции в поведенческих экспериментах. Путь к паравентрикулярному ядру таламуса был связан прежде всего с тревожными реакциями и мог влиять на боль при нейропатии, а путь к латеральному парабрахиальному ядру преимущественно регулировал болевую чувствительность.
Как нейроны усиливают болевой сигнал
Исследователи также изучили, каким образом связь с латеральным парабрахиальным ядром влияет на работу клеток внутри этой структуры. Оказалось, что гипоталамические ГАМК-ергические нейроны преимущественно воздействуют на местные тормозные клетки. Они снижают активность этих нейронов, которые в обычных условиях сдерживают работу других клеток.
В результате возникает эффект растормаживания: когда тормозные нейроны становятся менее активными, возбуждающие клетки парабрахиального ядра получают возможность сильнее реагировать на болевые стимулы. Ученые подтвердили это с помощью регистрации активности нейронов и экспериментов с избирательным управлением нервными цепями.
Такой механизм объясняет, почему активация ГАМК-ергической связи, которая сама по себе использует тормозной сигнал, в итоге может усиливать болевые реакции. Она подавляет не те клетки, которые непосредственно передают возбуждение, а нейроны, ограничивающие их активность.
Что это меняет в понимании хронической боли
Результаты помогают точнее описать связь между физическими ощущениями и эмоциональными последствиями боли. Хроническая боль нередко сопровождается тревожностью, однако эти состояния не обязательно регулируются одной и той же нервной цепью. Работа показывает, что отдельные связи гипоталамуса могут по-разному влиять на чувствительность к боли и поведение, связанное с тревогой.
Авторы предполагают, что выявленные механизмы могут стать основой для дальнейшего изучения хронической боли и ее эмоциональных последствий. В частности, исследователи обращают внимание на возможность избирательно воздействовать на отдельные нервные цепи, а не на все процессы обработки боли одновременно.
Однако пока речь идет только об экспериментах на мышах. Полученные результаты не доказывают, что у человека эти связи работают точно так же, и не означают, что ученые уже нашли способ отдельно устранять боль или тревожность. Для проверки этих выводов необходимы дальнейшие исследования.