Исследование, опубликованное 28 июля в журнале Nature Communications, показало, что тело использует полностью раздельные и специализированные пути для передачи ощущений прохлады и тепла от кожи к мозгу. Этот вывод представляет собой «важный сдвиг» в научном понимании сенсорного восприятия, как отметил соавтор исследования Бо Дуань из Мичиганского университета в интервью для Live Science.
Впервые ученым удалось полностью проследить сенсорную цепь, отвечающую за восприятие прохлады — от первоначального стимула на коже до его обработки в мозге. Этот путь оказался более сложным, чем предполагалось ранее. Он включает четыре ключевых этапа: активация специфических рецепторов на коже, возбуждение сенсорных нейронов, усиление сигнала в спинном мозге и его последующая передача в головной мозг для интерпретации.
Главным открытием стал ранее неизвестный этап обработки сигнала. Сигнал о прохладе значительно усиливается в спинном мозге еще до того, как достигнет головного мозга. Этот процесс амплификации осуществляется специализированными интернейронами, которые реагируют исключительно на сигналы о прохладе в диапазоне от 15 до 25 градусов по Цельсию и не отвечают на тепло или другие температурные раздражители.
Новые данные опровергают устоявшееся в нейробиологии убеждение. Ранее считалось, что все температурные ощущения, от ледяного холода до обжигающего жара, передаются по одному общему нейронному пути. Теперь доказано, что разные части температурного спектра используют отдельные, непересекающиеся цепи для передачи информации.
Исследование проводилось на мышах с использованием передовых методов визуализации, генетического анализа, электромониторинга сердца и поведенческих тестов. В ходе ключевого эксперимента ученые отключили специализированные интернейроны в спинном мозге грызунов. После этого животные перестали реагировать на прохладные температуры, что прямо подтвердило критическую роль этих клеток в передаче сигнала.
Хотя эксперименты проводились на мышах, исследователи уверены, что полученные результаты применимы и к людям. Предыдущие работы показали наличие у человека тех же компонентов сенсорного пути. Сами рецепторы на коже, чувствительные к температуре, уже были хорошо известны и стали частью исследований, удостоенных Нобелевской премии по физиологии и медицине в 2021 году.
Открытие имеет значительный потенциал для медицины, в первую очередь для разработки новых методов обезболивания. Знание о существовании отдельного пути для прохлады открывает возможности для создания целевых терапий для лечения холодовой аллодинии — состояния, при котором даже легкое охлаждение вызывает сильную боль.
Холодовая аллодиния является одним из частых побочных эффектов у онкологических больных, проходящих курс химиотерапии. Новое понимание механизма восприятия прохлады может лечь в основу разработки препаратов, которые будут избирательно блокировать именно этот сенсорный путь, избавляя пациентов от боли без влияния на другие ощущения.
В дальнейшем научная группа под руководством Бо Дуаня планирует изучить, как открытый путь прохлады взаимодействует с другими сенсорными цепями, в частности с теми, что отвечают за боль и зуд. Также стоит задача выяснить, как сбои в работе этих систем приводят к аномальной температурной чувствительности.
Изображение носит иллюстративный характер
Впервые ученым удалось полностью проследить сенсорную цепь, отвечающую за восприятие прохлады — от первоначального стимула на коже до его обработки в мозге. Этот путь оказался более сложным, чем предполагалось ранее. Он включает четыре ключевых этапа: активация специфических рецепторов на коже, возбуждение сенсорных нейронов, усиление сигнала в спинном мозге и его последующая передача в головной мозг для интерпретации.
Главным открытием стал ранее неизвестный этап обработки сигнала. Сигнал о прохладе значительно усиливается в спинном мозге еще до того, как достигнет головного мозга. Этот процесс амплификации осуществляется специализированными интернейронами, которые реагируют исключительно на сигналы о прохладе в диапазоне от 15 до 25 градусов по Цельсию и не отвечают на тепло или другие температурные раздражители.
Новые данные опровергают устоявшееся в нейробиологии убеждение. Ранее считалось, что все температурные ощущения, от ледяного холода до обжигающего жара, передаются по одному общему нейронному пути. Теперь доказано, что разные части температурного спектра используют отдельные, непересекающиеся цепи для передачи информации.
Исследование проводилось на мышах с использованием передовых методов визуализации, генетического анализа, электромониторинга сердца и поведенческих тестов. В ходе ключевого эксперимента ученые отключили специализированные интернейроны в спинном мозге грызунов. После этого животные перестали реагировать на прохладные температуры, что прямо подтвердило критическую роль этих клеток в передаче сигнала.
Хотя эксперименты проводились на мышах, исследователи уверены, что полученные результаты применимы и к людям. Предыдущие работы показали наличие у человека тех же компонентов сенсорного пути. Сами рецепторы на коже, чувствительные к температуре, уже были хорошо известны и стали частью исследований, удостоенных Нобелевской премии по физиологии и медицине в 2021 году.
Открытие имеет значительный потенциал для медицины, в первую очередь для разработки новых методов обезболивания. Знание о существовании отдельного пути для прохлады открывает возможности для создания целевых терапий для лечения холодовой аллодинии — состояния, при котором даже легкое охлаждение вызывает сильную боль.
Холодовая аллодиния является одним из частых побочных эффектов у онкологических больных, проходящих курс химиотерапии. Новое понимание механизма восприятия прохлады может лечь в основу разработки препаратов, которые будут избирательно блокировать именно этот сенсорный путь, избавляя пациентов от боли без влияния на другие ощущения.
В дальнейшем научная группа под руководством Бо Дуаня планирует изучить, как открытый путь прохлады взаимодействует с другими сенсорными цепями, в частности с теми, что отвечают за боль и зуд. Также стоит задача выяснить, как сбои в работе этих систем приводят к аномальной температурной чувствительности.
