Воспоминания о холоде вызывают физиологическую реакцию согревания

Поддержание оптимальной температуры тела необходимо для выживания и требует адаптации, которая может быть как поведенческой, так и связанной с непроизвольными физиологическими реакциями. Международная группа исследователей показала в экспериментах на мышах, что воспоминание о воздействии холода может изменять метаболическую активность всего тела и управлять терморегуляцией.

Роль мозга в терморегуляции очевидна, но механизмы, посредством которых ощущения тепла и холода сохраняются, извлекаются и переводятся в физиологические реакции, остаются неясными. Неизвестно также, могут ли воспоминания о температурных условиях без самого температурного воздействия вызывать физиологические эффекты, подобно тому, как воспоминания о стрессе вызывают учащенное сердцебиение или реакцию замирания.

Исследователи несколько раз помещали мышей в контейнер с температурой 4 °C, чтобы связать холод с определенным контекстом (эксперимент по Павлову). Воздействие холода активирует выработку тепла в организме через термогенез, не связанный с дрожью и сужением сосудов, — активизацию расщепления глюкозы и потребления кислорода, главным образом в буром жире. Когда этих мышей сажали в такой же контейнер, но при комнатной температуре (21 °C), у них возрастала скорость метаболизма, повышались температура тела и продукция углекислого газа, хотя потребление пищи не менялось. Простого припоминания контекста, связанного с холодом, было достаточно, чтобы вызвать физиологическую защитную реакцию.

Эффект возникал только при воспоминании о холоде, но не при попадании в новую среду или стрессе, вызванном запахами хищников. Более того, только память о холоде увеличивала экспрессию генов в клетках бурого жира, участвующих в термогенезе, в том числе гена разобщающего белка 1 (UCP1).

Авторы исследовали экспрессию маркера нейронной активности FOS в различных регионах мозга подопытных мышей и обнаружили ключевое для эффекта «памяти о холоде» взаимодействие между двумя областями мозга: гиппокампом, который регулирует память, и гипоталамусом, который играет важную роль в поддержании стабильных внутренних условий организма (гомеостаза).

Эксперимент повторили с линией трансгенных мышей, у которых нейроны, активированные после введения определенного вещества, экспрессируют флуоресцентный белок; таким образом были помечены нейроны, которые активировались во время воздействия холода и воспоминания о том, как холодно было в прошлый раз. Авторы выявили нейронные репрезентации (энграммы) холодовой памяти в области гиппокампа, называемой зубчатой извилиной. Во время припоминания холода нейронная активность в зубчатой извилине коррелировала с активностью в латеральном гипоталамусе — области мозга, участвующей в терморегуляции и контроле метаболизма. Активность этих областей также коррелировала с повышенным потреблением кислорода, то есть припоминание напрямую влияло на метаболизм.

Для дальнейшего изучения роли нейронов памяти о холоде в активации термогенеза авторы использовали оптогенетический подход. В этом варианте эксперимента нейроны зубчатой извилины, которые были активны во время воздействия холода, «заставляли» экспрессировать светочувствительный белок каналородопсин. Это позволяло реактивировать те же самые нейроны (воспоминание мыши о холоде) воздействием света, с помощью имплантированного световода. Искусственная активация энграммы памяти о холоде, хотя животное находилось в нейтральной среде, воспроизводила те же физиологические реакции: повышенную скорость метаболизма, активацию гипоталамуса, повышенную экспрессия участвующих в термогенезе генов в клетках бурого жира. И наоборот, когда исследователи подавляли эти чувствительные к холоду нейроны гиппокампа во время воспоминания, метаболический ответ блокировался. Стимуляция неродственных нейронов гиппокампа не дала никакого эффекта.

Таким образом, воспоминания могут влиять на физиологические состояния, выходящие за рамки эмоциональных реакций. Хорошо известны телесные реакции, вызываемые воспоминанием о страхе, однако запуск метаболических адаптаций к холоду при воспоминании о холодном месте — новый факт.

Авторы выявили повышенную активность генов термогенеза в бурой жировой ткани как во время воздействия холода, так и при воспоминании о холоде. Эти эффекты может опосредовать латеральный гипоталамус, который регулирует активность бурой жировой ткани, высвобождая сигнальные пептиды. Однако необходимы дальнейшие исследования, чтобы понять, каким образом влияют на гипоталамическую регуляцию области мозга более высокого порядка, такие как фронтальная кора.

Удивительная способность мозга интегрировать память и физиологический контроль — важная стратегия выживания в изменчивой среде, отмечается в комментарии Nature. Новое исследование позволит лучше понять, каким образом приобретенный опыт формирует автономную регуляцию и системную физиологию. Возможно, подобные механизмы, управляемые памятью, существуют и у людей, и их можно задействовать для модуляции метаболической функции при ожирении или иных нарушениях метаболизма. «С текущими технологическими достижениями оптогенетики у людей это направление исследований открывает интересные пути для будущих терапевтических подходов», — говорится в статье.

Холод заставляет бурые адипоциты переключать АТФ-синтазу в режим гидролиза