Как мозг понимает, чего хочет тело

Уже почти век ученые исследуют, как мозг воспринимает внешние сигналы через органы чувств, и в этой области они добились неплохих успехов. Однако до сих пор мало известно о том, как мозг ощущает и организует обратную связь от внутренних органов, чтобы регулировать базовые физиологические функции, такие как голод, насыщение, жажда, тошнота, боль, дыхание и кровяное давление. Возможно, дело в том, что внутренние чувства сложнее внешних. Если зрение основано только на восприятии света, то внутренние органы могут передавать информацию о механическом воздействии, температуре, уровне гормонов, присутствии токсинов и нутриентов.

Исследователи из Гарвардской медицинской школы использовали визуализацию с высоким разрешением, чтобы получить пространственную карту ответа нейронов ствола мозга на обратную связь от внутренних органов. Они сосредоточились на ядре одиночного пути (NTS), о котором известно, что он получает сенсорную информацию от внутренних органов через блуждающий нерв. NTS также передает полученную информацию другим областям мозга, где регулируются физиологические ответы и принимаются решения о смене поведения.

Используемый авторами метод двухфотонной визуализации кальция измеряет уровень кальция в индивидуальных нейронах, что позволяет оценить их активность. Таким образом они анализировали ответ индивидуальных нейронов NTS на стимуляцию внутренних органов мыши. Метод валидировали, измеряя ответ нейронов на растяжение желудка с помощью хирургически имплантированного шарика. Чем сильнее было растяжение, тем больше нейронов активизировалось и тем сильнее был ответ каждого нейрона.

После этого авторы активировали механосенсорные нейроны в разных частях тела одной мыши — ротовой полости, желудке, двенадцатиперстной кишке, тонком кишечнике и слепой кишке. В зависимости от места воздействия активировались различные нейроны и разное их количество. Были и такие нейроны, которые активировались в ответ на воздействие на два и более органа, но таких было мало.

После этого авторы захотели понять, как мозг реагирует на разные ощущения от одного органа, например, гортани. Мышам имплантировали канюлю, через которую медленно подавали воду. Нейрональный ответ отличался при стимуляции простой, соленой или подкисленной водой, но не сильно. Большинство нейронов, задействованных при стимуляции гортани, были задействованы при любой ее стимуляции. Разные стимуляции гортани коррелировали лучше, чем стимуляция гортани и другого органа. Схожие результаты получили при механической стимуляции двенадцатиперстной кишки с одновременной подачей глюкозы.

Также ученые установили, что сигналинг от внутренних органов к мозгу требует торможения нейронов. При фармакологической блокировке торможения нейроны NTS теряли селективность и начинали отвечать на сигналы от множества внутренних органов.

Таким образом, авторы составили карту нейронов NTS, которые отвечают на сигналы от различных органов пищеварительной системы мыши и гортани. Это только первый шаг к пониманию того, как внутренние органы «общаются» с мозгом. Однако если результаты работы подтвердятся на человеке, авторы надеются, что это поможет разработать лучшие терапевтические стратегии для борьбы с расстройствами питания и дыхания, диабетом и гипертензией.