Когда мы ощущаем боль в одной из частей тела, мы часто инстинктивно стремимся к ней прикоснуться. Это явление получило название опосредованного прикосновением обезболивания. В новом исследовании, представленном в Science Advances, исследователи показывают, как кора головного мозга участвует в регуляции этого явления.
Вероятно, каждый человек замечал, что в то время, когда он испытывает боль в каком-либо участке тела, он инстинктивно касается ее: нажимает, массирует, надавливает. В какой-то степени боль от этих действий как будто несколько ослабляется. Это явление давно известно науке под названием опосредованной прикосновением анальгезией (touch-mediated analgesia).
В процессе изучения этого феномена выяснилось, что в спинном мозге есть нейроны широкого динамического диапазона, которые получают как сенсорные сигналы, так и болевые импульсы. Ряд проведенных исследований (к примеру, 1 и 2) позволяет сказать, что супраспинальные механизмы (то есть некие механизмы головного мозга), вероятно, участвуют в интерпретации этих стимулов. Однако некоторые исследователи предполагают, что в этом виде анальгезии задействован не только спинной мозг, но и кора. Например, тактильный стимул, полученный через 60 мс после болевого электрического стимула (сигнал которого уже достиг коры через 60 мс), все еще может подавлять корковые реакции на боль. Но если для этого явления и существует корковый механизм, то какие области коры задействованы в нем – неизвестно.
Команда исследователей из Кембриджского университета (Великобритания) в своей новой работе постаралась найти ключевые элементы работы этого механизма, демонстрируя его действие на лабораторных мышах. Они предположили, что особое движение вибрисами или усами у мышей (whisking) может подавлять болевые ощущения, которые они чувствуют на морде.
Мыши используют усы (вибриссы) для изучения пространства, ритмично перемещая их вперед и назад. Это движение считается естественной, довольно нежной вибрацией, которая активирует тактильные рецепторы на морде и посылает информацию в мозг в виде вибротактильных сигналов. Каждый ус при этом имеет свою репрезентацию в бочкообразной области соматосенсорной коры (somatosensory barrel cortex, S1B), которая отвечает за обработку тактильной информации, полученной от них. Если движение вибриссами действительно снижает восприятие боли у мышей, то по этой модели можно изучать роль соматосенсорной коры в прикосновении, ноцицепции и их взаимодействиях.
Также авторы работы делают акцент на том, что в отличие от простого отдергивания части тела от раздражителя (у мышей без головы), действие по перемещению конечности к морде и потиранию стимулируемой области – это целенаправленное действие, которое нельзя считать простым низкоуровневым рефлексом. Это поведение, вероятно, требует локализации раздражителя на лице, восприятия раздражителя как вредного и создания двигательного действия для облегчения преходящей боли, что делает его разумным заменителем восприятия боли.
Результатами эксперимента исследователи показали, что самопроизвольное движение вибрисами действительно подавляло болевые реакции у мышей, когда время действия неприятного раздражителя (тыкание в морду или раздражающее тепло) приходилось на время активности этого движения. Выяснилось, что эффект требует передачи тактильных сигналов через путь от вентропостериорного медиального ядра (VPM) в таламусе к S1B, при этом блокирование этого пути в значительной степени уменьшало анальгетический эффект от движения. Это указывает на участие S1B в обезболивании, вызванном поглаживанием
Нейроны VPMNtng1, как выяснилось, передают в основном безобидные тактильные стимулы и минимально реагируют на болевые. В S1B существует множество нейронов, которые неспецифически реагируют на все типы сенсорных стимулов, но подмножество нейронов S1B L2/3 активируется только в ответ на одну модальность и может активироваться безвредным прикосновением, теплом и вредными механическими раздражителями.
Команда исследователей обнаружила, что когда движение вибрисами активировано и животные трут морду в ответ на болезненный раздражитель, нейронам головного мозга требуется больше времени, чтобы принять паттерны возбуждения, связанные с этим растирающим движением.
Одной из заслуг исследователей стала разработка вычислительных инструментов, которые помогли упорядочить запутанные сигналы от нейронов, связанные с восприятием тепла, раздражающего прикосновения (тыкания) и движением вибрисов.
Таким образом, исследователи установили простую и надежную поведенческую парадигму для изучения вызванного прикосновением обезболивания. И хотя для человека такой подход к облегчению боли как будто является обычным опытом, модели облегчения боли через соответствующее поведение у животных ранее не существовало. Кроме того, авторы выражают надежду на то, что другие нейробиологи будут использовать разработанные ими новые алгоритмы, помогающие разобраться в запутанных нейронных сигналах.
Авторы уверены, что новые результаты могут пролить свет на природу состояния, называемого таламическим болевым синдромом – хроническое болевое расстройство, которое может развиться у пациентов после инсульта в результате поражения таламуса.
Автор: Анна Удоратина
Somatosensory cortical signature of facial nociception and vibrotactile touch–induced analgesia by Jinghao Lu et al. Science Advances. Published: November 2022.
