Болевые ощущения включают не только физический дискомфорт: им могут сопутствовать тревога и прочие эмоциональные отклики. Связи между болевыми сигналами и переживаниями пока изучены не до конца. Ученые выяснили, что задействованы различные нейронные пути, влияющие на отдельные аспекты реакции организма. В материале «Известий» рассказывается, как головной мозг управляет болью и тревожным поведением.

Два маршрута из одного мозгового участка

Китайские исследователи выявили две группы нейронных связей, берущих начало в латеральном гипоталамусе — зоне мозга, отвечающей за поведение, мотивацию и эмоциональные реакции. Отростки нейронов этой области идут к двум другим структурам: паравентрикулярному ядру таламуса и латеральному парабрахиальному ядру. Оба участка задействованы в обработке болевых сигналов и эмоциональной информации.

Специалисты изучали ГАМК-ергические нейроны — нервные клетки, использующие гамма-аминомасляную кислоту как основной нейромедиатор. Обычно это вещество подавляет активность других клеток. Анализ показал: большинство рассмотренных нейронов направляет отростки лишь в одну из двух зон. Только малая часть клеток связана с обеими одновременно.

Результаты опубликованы в журнале PLOS Biology. Согласно 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 в пределах одной мозговой зоны были обнаружены несколько относительно независимых путей передачи информации.

Первая цепь повышает тревогу

Первая из изученных связей соединяет латеральный гипоталамус с паравентрикулярным ядром таламуса. Чтобы оценить ее роль, ученые избирательно активировали и подавляли эту цепь у мышей с помощью оптогенетики — методики управления конкретными нервными клетками посредством света.

При активации связи у животных нарастали проявления тревожности. Грызуны реже посещали центр открытой площадки и меньше времени проводили на открытых участках специального лабиринта. При этом восприимчивость к механическим и температурным болевым раздражителям заметно не менялась. Сходный эффект наблюдался как у здоровых животных, так и у мышей с нейропатической болью.

Подавление активности этого пути дало иные результаты. У мышей с повреждением нерва повышались пороги ответа на механические и температурные стимулы, а поведенческие признаки тревоги уменьшались. Однако у грызунов без нейропатической боли такого сочетанного эффекта не выявили.

Это свидетельствует о том, что функционирование нервной цепи зависит от состояния организма: ее угнетение одновременно меняло болевые реакции и тревожное поведение именно при модели нейропатической боли.

Вторая цепь управляет болевой чувствительностью

Второй путь идет от латерального гипоталамуса к латеральному парабрахиальному ядру. В отличие от первой цепи, он в основном воздействовал на болевое восприятие. При активации этой связи у мышей снижались пороги реакции на механические и тепловые раздражители. Иными словами, животные становились более чувствительными к воздействию.

При этом сопоставимых изменений тревожного поведения ученые не обнаружили. Угнетение этого нервного пути, напротив, повышало болевые пороги как у здоровых мышей, так и у особей с нейропатической болью. На показатели тревожности такое вмешательство заметно не влияло.

Таким образом, две связи из одной мозговой зоны выполняли разные функции в поведенческих экспериментах. Путь к паравентрикулярному ядру таламуса был прежде всего связан с тревожными реакциями и мог влиять на боль при нейропатии, тогда как путь к латеральному парабрахиальному ядру преимущественно контролировал болевую чувствительность.

Как нейроны усиливают болевой сигнал

Исследователи также выяснили, каким образом связь с латеральным парабрахиальным ядром воздействует на клетки внутри этой структуры. Оказалось, что гипоталамические ГАМК-ергические нейроны преимущественно действуют 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 больше возможностей реагировать на болевые стимулы. Это было подтверждено с помощью регистрации нейронной активности и экспериментов с избирательным управлением нервными цепями.

Подобный механизм объясняет, почему активация ГАМК-ергической связи, которая сама передает тормозной сигнал, в итоге способна усиливать болевой ответ. Она подавляет не клетки, непосредственно передающие возбуждение, а нейроны, ограничивающие их активность.

Что это меняет в понимании хронической боли

Полученные результаты точнее описывают связь между физическими ощущениями и эмоциональными последствиями боли. Хроническая боль часто сопровождается тревожностью, однако эти состояния не обязательно контролируются одним и тем же нервным маршрутом. Работа показывает, что отдельные связи гипоталамуса могут по-разному влиять на болевую чувствительность и поведение, связанное с тревогой.

Авторы предполагают, что обнаруженные 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 данные 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.