Ученые нашли ядро таламуса, которое избирательно реагирует на боль

Авторы опубликованного в Nature Human Behaviour исследования выявили проводящий путь, активирующийся в ответ на болевой стимул и связывающий таламус с корой. Этот путь оказался общим для человека и крысы, и ключевую роль в нем играло взаимодействие между медиально-дорсальным ядром таламуса и дорсальной передней поясной корой.

Исследование включало несколько этапов, в первом из которых приняли участие 399 здоровых добровольцев. Им проводили функциональную МРТ и снимали электроэнцефалограмму (ЭЭГ), чтобы исследовать ответ на несколько стимулов: болевой, электротактильный, звуковой и зрительный. Далее ученые детально анализировали полученные данные с помощью моделирования и машинного обучения.

Оказалось, что медиально-дорсальное ядро таламуса (MD) активируется в ответ на болевые стимулы и никакие иные. Вентральное переднее латеральное ядро таламуса (VPL) в то же время откликается на соматосенсорные стимулы в целом, в том числе боль и прикосновения. Известно, что проекции ядер таламуса в кору различаются, и авторы работы сравнили проекции этих двух ядер таламуса. Они выяснили, что MD проецируется в дорсальную переднюю полосатую кору и билатеральные доли островковой коры, и эта связь активируется исключительно при болевых стимулах. При этом в ответ на болевые и тактильные стимулы активировались одни и те же проекции VPL.

Для дополнительного исследования различий реакций таламуса на разные стимулы ученые привлекли 25 дополнительных участников, которые сами описывали величину своего ответа и психологическое состояние. Ответ со стороны MD действительно оказался выше при болевых стимулах, чем при электротактильных, а ответы VPL на тактильные и болевые стимулы не различались.

Хотя с помощью фМРТ удалось установить роль MD в ответе на боль, авторы работы также воспользовались ЭЭГ на 220 здоровых добровольцах, чтобы добиться большего разрешения во времени. Эксперимент был построен похожим образом — участники получали различные стимулы (болевые, электротактильные, зрительные и слуховые) высокой или низкой интенсивности, а также оценивали субъективное восприятие этих стимулов. Ученые выяснили, что данные ЭЭГ позволяют отличить болевой стимул от трех других вариантов. Для этих же участников были доступны данные фМРТ, и авторы сопоставили их с результатами ЭЭГ. На сочетании фМРТ и ЭЭГ они показали, что существует временной интервал от 89 до 295 мс после воздействия болевого стимула, в течение которого MD избирательно отвечает на боль.

Чтобы детальнее описать физиологию найденной закономерности, ученые исследовали реакции крыс на боль и электротактильные стимулы. Активацию тех или иных участков мозга они отслеживали при помощи электродов, имплантированных в мозг крыс. Исследование показало, что и у крыс при болевых и электротактильных стимулах функционируют разные проводящие пути. Так, после тактильных стимулов наибольшую активность демонстрировало VPL и его проекции в первичную соматосенсорную кору, а при болевых стимулах выраженно активировалось медиально-дорсальное ядро. Кроме того, его активность зависела от интенсивности болевого стимула.

Из полученных данных следует, что как у человека, так и у крыс важнейшую роль в передаче болевого сигнала играет медиально-дорсальное ядро таламуса и его проекция в дорсальную переднюю полосатую кору и билатеральные доли островковой коры.

Болевой сигнал передается быстрее, чем мы думали