Исследователи обнаружили механизм, который возможно объясняет, почему некоторые участки тела такие чувствительные.
Это перевод интервью журнала sciencedaily с командой ученых из Гарвардской медицинской школы, исследующих прикосновения. Оригинал здесь https://www.sciencedaily.com/releases/2021/10/211011110839.htm
Исследователи обнаружили механизм, который лежит в основе высокой чувствительности определенных участков поверхности кожи. Анализ, проведенный на мышах, показал, что чувствительность определенных участков кожи происходит от большого количество сильных связей между нейронами в этих регионах, а также между ними и клетками в тех секторах мозга, что получают сигналы от них. Это открытие дает почву для лучшего понимания механизма аномалий в осязании и тактильных ощущениях при некоторых нейродегенеративных заболеваний у людей.
Некоторые участки тела – в частности руки и губы, например, более чувствительны, чем другие, этот факт делает их главными инструментами в деле распознания самых сложных деталей мира вокруг нас.
Эта способность – ключ к нашему выживанию, она позволяет нам безопасно передвигаться по окружающему нас миру и быстро понимать и реагировать на новые ситуации. Возможно, это неудивительно, что такое большое пространство в мозгу отводится этим чувствительным кожным покровам, что специализируются на прикосновениях и сборе детальной информации через сенсорные нейроны кожи.
Но как связь между сенсорными нейронами и мозгом создает такую уникальную чувствительную кожу?
Новое исследование, проведенное учеными Гарвардской медицинской школы, открыло механизм, который лежит в основе большой чувствительности некоторый участков кожи.
Исследование, которое было проведено на мышах и опубликовано 11 октября в журнале Cell, показывает, что чрезмерное представительство чувствительных участков кожи в мозгу, развивающиеся в подростковом возрасте распространяется до мозгового ствола. Более того, сенсорные нейроны, что населяют наиболее чувствительные части кожи и отправляют информацию в мозговой ствол формируют больше сильных связей, чем нейроны в менее чувствительных частях тела.
«Исследование дает механистическое понимание того, почему больше мозгового пространства отведено поверхностям кожи с большей чувствительностью прикосновения» — говорит главный автор работы Дэвид Гинти. Эдвард Р и Анна Г. Лефлер, профессора нейробиологии в Гарвардской медицинской школе утверждают — «По сути, это механизм, который помогает объяснить, почему у некоторых участков тела (особенно там где это физиологически необходимо), больше чувствительности, чем в других».
Хотя исследование было проведено на мышах, преобладание регионов от чувствительных участков кожи в мозгу прослеживается у всех млекопитающих – это значит, что механизм может быть аналогичным и для других видов. С точки зрения эволюции, млекопитающие имеют много разнообразных форм тела, которые в свою очередь имеют множество участков с высокой чувствительностью на разных кожных поверхностях. Например, у людей высокочувствительные руки и губы, а у свиней высокочувствительные пяточки. Так Гинти думает, что этот механизм дает гибкость в развитии для разных видов, необходимую для появления высокой чувствительности в разных местах тела.
Такие открытия хоть и общего порядка, могут в один прекрасный день помочь понять дефекты, которые проявляются в осязании людей с некоторыми неврологическими заболеваниями.
Ученые давно знали, что некоторые части тела доминируют в мозгу, как показывает сенсорная карта мозга, которая называется соматосенсорным гомункулом. Это схематичное изображение частей тела человека, в соответствии с размерами регионов мозга, которые отвечают за эти части тела. Подобная иллюстрация человека включает в себя чрезмерные по размеру руки и губы. Ранее считалась, что доминирование чувствительных участков кожи в мозгу может быть связано с высокой плотностью нейронов, проходящих через эти участки кожи. Однако, предыдущая работа, проведённая в лаборатории Гинти показало, что в то время, как чувствительные участки кожи действительно включает в себя больше нейронов, эти дополнительные нейроны – не являются достаточной причиной для такого серьезного доминирования этих участков тела в мозгу.
«Мы заметили, что было меньшее количество нейронов, которые иннервировали чувствительные участки кожи по сравнению с тем, что мы ожидали исходя из их представлении в мозгу» — сказал со-автор Брендан Лехерт, научный сотрудник-нейробиолог, который проводил исследование с Селине Сантьяго, также научный сотрудник в Лаборатории Гинти.
Чтобы исследовать это противоречие, исследователи провели серию экспериментов на мышах, которые включали в себя проекцию мозга и нейронов во время стимуляции различными способами. Сначала они проверили, как различные участки кожи были представлены в мозгу в течении своего развития. На ранних этапах развития чувствительная лысая кожа на лапе мыши было представлена в соответствии с пропорциями плотности сенсорных нейронов. Однако между подростковым возрастом и взрослым возрастом чувствительная кожа начала доминировать в мозгу во всё большем объеме, даже несмотря на то, что плотность нейронов оставалось такой же – сдвиг, который не наблюдался для менее чувствительной кожи, покрытой волосами.
«Это сразу же показало нам, что здесь существует нечто большее, чем просто прямая зависимость плотности иннервации нервными клетками кожи и регионами мозга, когда дело идет о таком доминировании» — говорит Гинтли.
«Было неожиданно видеть такие сильные изменения уже после детского периода» — добавил Лехерт. «Это может быть одно из многих изменений в послеродовом развитии, которые нужны для того, чтобы представить тактильный мир вокруг нас и помочь манипулировать объектами в нем через сенсорно-двигательную связь, в которой прикосновение является главной частью.
Также команда ученых уверена, что мозговой ствол – регион в основе мозга, что переносит информацию от сенсорных нейронов к более сложным высоко-организованным регионам мозга – это локация, где происходит большее доминирование кожных поверхностей. Эта находка подвело ученых к выводу – Доминирование чувствительных участков кожи происходит из-за связей между сенсорными нейронами и мозговым стволом.
Чтобы узнать этот механизм лучше, ученые сравнили связи между сенсорными нейронами и мозговым стволом для разных типов кожи на лапах. Они обнаружили, что связи между нейронами сильнее и больше для более числительной лысой кожи, чем для менее чувствительной волосатой кожей. Так команда заключила, что сила и число связей между нейронами играет ключевую роль в доминировании чувствительной кожи в мозгу. Наконец-то даже если сенсорные нейроны в чувствительной коже не стимулировались, мыши все равно развивали увеличенное доминирование этой кожи в мозгу, что говорит о том, что тип кожи а не стимуляция взывает такие изменения.
«Мы думаем, что обнаружили компонент доминирования, что отвечает за диспропорциональное распределение мозгового пространства» — говорит Гинти «Это новое понимание того, почему происходит такое увеличение»
Далее исследователи хотят понять, как разные участки кожи говорят нейронам, что пронзают их — принимать на себя такие функции, такие как формирование большего количества более сильных связей или нет. Ведь именно это происходит, когда нейроны пронзают более чувствительную кожу. «Каковы сигналы?» — спрашивает Гинти. «Это большой механистический вопрос».
И в то время пока Лехерт описывает исследование как чисто фундаментальное, целиком направляемое лишь любопытством, он всё же отмечает, что большой класс неврологических расстройств у людей, называемых расстройства координации развития, воздействуют на связь между рецепторами мозга и прикосновением — могут получить новую ценную информацию от исследований связей между прикосновением и мозгом.
Это то, что как я надеюсь, станет целью многих будущих исследований на механистическом уровне, в частности как тело представлено в мозгу во время своего развития» — говорит Лехерт. «Селин и я оба полагаем, что это может привести в каком-то будущем к лучшему понимании неврологических болезней развития».
Со-авторы включают в себя также:
Эрика Л. Хью, Алан Дж Эмануил, София Ренолд, Нурсат Африкавала, Иайда Алкислар, Йенг Женг, Линг Баи, Харалампиа Кутсиумпа, Дженифер Т Хонг, Александра Р. Маги, Кристофер Д. Харви из Гарвардской медицинской школы.