Мозг заглушает сенсорные стимулы вместе с сердцебиением

Чувствительность мозга к сенсорным стимулам зависит от сердечного цикла и его восприятия мозгом. Этот обнаруженный учеными из Лейпцига факт, о котором они подробно рассказали в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences, поможет посмотреть по-новому на нейрональные механизмы тревоги.

Credit: public domain

Чувствительность человека к внешним раздражителям зависит от многих факторов. Один из главных подобных факторов – это состояние его нервной системы. Как выяснили исследователи, чувствительность также зависит и от сердечного цикла.

Обычно мы не замечаем наше сердцебиение, так как мозг подавляет его восприятие, но в необычных ситуациях мы начинаем ощущать его, например в моменты эмоционального возбуждения или нарушений ритма. Очевидно, что мозг активно подавляет восприятие нашего сердцебиения, но в результате может также пострадать наше восприятие других сенсорных раздражителей. К этому выводу пришли ученые из Института когнитивных наук и наук о мозге (Лейпциг) Общества Макса Планка при участии Вадима Никулина, ведущего исследователя из Института когнитивных нейронаук НИУ Высшей школы экономики.

Сердечный цикл состоит из двух фаз: систолы и диастолы. Во время систолы сердечные мышцы сокращаются, а во время диастолы они расслабляются. Ранее предполагалось, что человек более восприимчив к различным стимулам во время диастолы и менее чувствителен во время систолы.

Чтобы выяснить, что происходит с мозгом во время различных фаз сердечного цикла и как меняется восприятие стимулов, ученые провели эксперимент, стимулируя пальцы 37 субъектов едва заметным электрическим током. После каждого теста участников спрашивали, чувствовали ли они какую-либо стимуляцию. В то же время активность их мозга и сердца контролировалась с помощью ЭЭГ и ЭКГ, соответственно.

Дизайн эксперимента. Тридцать семь субъектов получили слабый электрический импульс на левый указательный или средний палец в 800 из 960 испытаний в течение восьми экспериментальных блоков. Испытуемым сказали, что каждое испытание содержало стимул; однако в 160 псевдослучайных исследованиях стимул фактически не был представлен. В каждом испытании участников просили сначала выполнить задачу обнаружения «да/нет», а затем задачу определения местоположения стимула. Credit: Arno Villringer et al. / Proceedings of the National Academy of Sciences 2020

Как и ожидалось, во время систолы участники часто не замечали наличия раздражителей. Снижение чувствительности сопровождалось изменением мозговой активности. Записи ЭЭГ могут показать потенциал P300, связанный с обнаружением стимулов. Во время систолы этот потенциал был менее выражен. Интересно, что амплитуда вызванного потенциала предстимульного сердцебиения отрицательно коррелировала с обнаружением и локализацией соматосенсорных стимулов. Таким образом, чем больше потенциал, вызванный сердцебиением, тем ниже потенциал P300 и тем более вероятно, что субъект не будет ощущать ток.

Результаты исследования могут дать новое для понимания нейрональных процессов, связанных с состояниями тревоги. Такие состояния ассоциируются не только с изменением частоты сердечных сокращений, но и с изменением восприятия своего же собственного сердцебиения.

Текст: Екатерина Полищук

Heart–brain interactions shape somatosensory perception and evoked potentials by EsraAl, Fivos Iliopoulos, Norman Forschack, Till Nierhaus, Martin Grund, Paweł Motyka, Michael Gaebler, Vadim V. Nikulin, Arno Villringer in Proceedings of the National Academy of Sciences. Published May 2020, 117 (19) 10575-10584

DOI:10.1073/pnas.1915629117