Ученые раскрыли нейронный механизм, который может привести к лучшему облегчению боли
Исследователи определили точный путь в мозге, который подавляет боль в угрожающих ситуациях.
Исследование на мышах, опубликованное сегодня в виде рецензируемого препринта в eLife , редакторы описывают как своевременный и важный вклад в наши знания о механизмах контура анальгезии, обусловленной страхом, — естественного подавления боли в опасных ситуациях.
Они утверждают, что доказательства убедительны, а работа предоставляет важные идеи, представляющие интерес для системных и поведенческих нейробиологов, особенно тех, кто интересуется эмоциональным поведением, болью и/или функцией среднего мозга.
В угрожающих ситуациях обусловленная страхом анальгезия является необходимой реакцией выживания. Структура среднего мозга, называемая околоводопроводным серым веществом (PAG), играет ключевую роль в этом процессе. Известно, что в этой структуре вентролатеральное околоводопроводное серое вещество (vIPAG) помогает модулировать болевые и эмоциональные реакции . PAG получает множество сигналов из областей мозга , участвующих в обработке страха, которые затем проецирует в спинной мозг через другую ключевую структуру, называемую ростральным вентромедиальным продолговатым мозгом.
«vIPAG идеально расположен в мозге, чтобы обеспечить эмоциональную регуляцию болевого поведения, однако лежащие в его основе нейронные цепи и механизмы в значительной степени неизвестны», — говорит соавтор исследования Нэнси Винке, которая на момент проведения исследования работала научным сотрудником в Нейроцентре Мажанди, Университете Бордо и INSERM (Франция), а в настоящее время работает в Институте биомедицинских исследований имени Фридриха Мишера в Базеле (Швейцария).
«Мы разработали уникальную поведенческую модель, в которой защитное состояние, вызванное стимулом, способствует изменению болевой чувствительности, а затем использовали ее для определения точных цепей, используемых для подавления боли в периоды страха».
Винке был ведущим автором исследования вместе с Фрэнком Эби, постдокторантом в Институте нейродегенеративных заболеваний Университета Бордо, и Даниэлем Джеркогом, на момент исследования постдокторантом в Нейроцентре Мажанди, Университете Бордо и INSERM. Джерког в настоящее время работает на кафедре нейронауки, факультета здравоохранения и медицинских наук Копенгагенского университета, Дания.
Чтобы изучить вклад различных клеток vlPAG в болевое поведение, модулированное страхом, исследователи обусловили группу мышей ассоциировать слуховой сигнал с пугающим событием, в то время как контрольный звук не был связан ни с одним событием. Затем они сравнили, насколько чувствительны эти мыши к боли при воздействии условного или нейтрального сигнала. Они наблюдали значительную задержку болевой реакции, когда мышам предъявляли сигнал, вызывающий страх, по сравнению с контрольным стимулом. Это говорит о том, что наличие условного сигнала, предсказывающего угрозу, может избирательно вызывать анальгезию.
Затем команда попыталась определить типы клеток в vlPAG, которые опосредовали этот эффект, сосредоточившись на самой многочисленной группе — интернейронах, экспрессирующих соматостатин (SST). Они использовали подход, называемый оптогенетикой, — где свет используется для управления активностью нейронов — для выборочной модуляции SST-положительных клеток в vlPAG. Они отметили, что ингибирование SST-положительных клеток увеличивало время до болевой реакции, когда мыши подвергались воздействию сигнала угрозы и контрольного стимула.
Эти результаты предполагают, что SST-положительные клетки vIPAG могут быть частью цепи, участвующей в регуляции страха подавления боли. Но чтобы увидеть, подавляют ли эти клетки боль при отсутствии страха, команда использовала оптогенетику для исследования электрических сигналов от клеток vIPAG к спинному мозгу. Они обнаружили, что активация SST-положительных клеток vIPAG увеличила передачу ноцицептивного ответа — то есть обнаружение болевых стимулов — в спинном мозге, тогда как ингибирование клеток снизило ноцицепцию.
Затем команда приступила к определению того, опосредуют ли SST-положительные клетки vIPAG свое воздействие на анальгезию через структуру, называемую рострально-вентромедиальным продолговатым мозгом (RVM), или контактируя с другими клетками непосредственно в спинном мозге. Для этого они картировали нейронные связи с помощью специальных трассеров, которые перемещаются вдоль нервов. Действительно, как они и ожидали, это выявило клетки RVM, проецирующиеся в область спинного мозга, участвующую в регуляции боли, с тесным участием SST-положительных клеток vlPAG.
Хотя исследование проливает свет на новый мозговой контур, участвующий в подавлении боли во время вызванного страха, авторы отмечают, что различные типы эмоциональных реакций, например, вызванные контекстом окружающей среды или хроническим стрессом, могут включать отдельные пути. Для изучения того, применимы ли эти результаты к другим формам эмоционально обусловленного восприятия боли, и как они могут быть перенесены на людей, потребуются дальнейшие исследования.
«Наши результаты выявляют новый контур между средним мозгом и стволом мозга, включающий клетки, которые могут регулировать как выражение страха, так и анальгезию», — говорит соавтор Сирил Херри, главный исследователь в Нейроцентре Мажанди, Университете Бордо и INSERM. «Учитывая связь между тревогой и расстройствами, связанными с болью, знания о контурах, лежащих в основе эмоциональной регуляции болевых расстройств, крайне необходимы.
«Следующим шагом будет понимание того, как на эту схему влияют различные негативные эмоциональные состояния, такие как депрессия или стресс. Эти результаты должны помочь нам понять взаимодействие между болью и эмоциями и способствовать разработке более эффективных, целенаправленных методов обезболивающей терапии».