Вкратце об открытии нейрофизиологов

Нейробиологи из Регенсбургского университета (Германия) совместно с американскими коллегами обнаружили особые нейроны (митральные клетки), которые распознают ритмические движения кровеносных сосудов головного мозга, вызванные сердцебиением. Таким образом, данные клетки могут чувствовать пульс внутри мозга.

Оказалось, на их поверхности есть специальные «датчики» — быстрые механочувствительные ионные каналы. Они изменяют потенциал на клеточной мембране всякий раз, когда давление вокруг клетки меняется.

Предыстория и подробности исследования

Ранее ученым уже было известно, что за счет передачи в мозг интероцептивных сигналов от периферических рецепторов (например, слизистая оболочка носа ощущает дыхание; синусы сердца, аорты и сонных артерий — кровяное давление и пульс) активность нейронов может быть модулирована через сложные мультисинаптические нервные пути. – Особенно на нервные клетки влияет ритмичная работа внутренних органов (сердцебиение, дыхание, перистальтика желудочно-кишечного тракта). Подобная восходящая модуляция переднего мозга связана с вызванными сердцебиением потенциалами, которые возникают в коре через 300 и более миллисекунд после зубца R на электрокардиограмме, что соответствует естественной задержке сигнала при прохождении по модуляторному пути.

Однако в ходе экспериментов на мышах исследователи зарегистрировали спонтанные медленные осцилляции потенциала локального поля в обонятельных луковицах. Учитывая, что в нейронах этого и других отделов мозга присутствуют механочувствительные ионные каналы, нейрофизиологи из Германии и США предположили, что у мозга может быть способность к не опосредованной нервными путями интероцепции за счет перемен давления при сердцебиении.

Чтобы проверить эту гипотезу, ученые изготовили носомозговой препарат (nose-brain preparation, NBP) и зарегистрировали электрическую активность в толще слоя митральных клеток обонятельных луковиц.

Оказалось, что пульсации перистальтического насоса, примерно соответствующие по частоте сокращениям сердца и вызывающие перепады давления от примерно 40 до 80 мм. рт. ст., четко совпадали с медленными осцилляциями потенциала локального поля. Эффект был стоек и локализован в слое митральных клеток.

При добавлении в перфузионый контур дополнительной емкости, снижающей перепады давления, эти осцилляции исчезали. То же происходило при гипоксии, благодаря чему ученые сделали вывод, что для появления электрических импульсов необходима функциональная нервная ткань, а значит, они происходят именно из нее.

Анализ гармоник осцилляций показал, что они не связаны с взаимодействиями синаптических сетей, а дополнительные опыты дали информацию, что спонтанная активность митральных клеток синхронизируется с такими осцилляциями.

Выяснив это, исследователи перешли к одновременной регистрации электрокардиограммы, назального потока воздуха и электрической активности нейронов обонятельных луковиц у живых бодрствующих мышей. Оказалось, что сердцебиение действительно может модулировать спайк-активность (короткую вспышку электрической активности амплитудой более 80 мкВ и длительностью от 20 до 70 мс) в этих мозговых структурах. — Около 15% нейронов следовали его ритму с задержкой в пределах 20 миллисекунд — значительно быстрее, чем при прохождении сигнала по нервным путям.

Этот эффект был гораздо слабее, чем известная синхронизация нейрональной активности с дыханием, что может объяснить, почему его не зарегистрировали ранее.

Почему это важно?

Полученные результаты свидетельствуют о существовании быстрой барорецепторной интероцепции сердцебиения, которая может модулировать перцепцию в обонятельных луковицах и, возможно, других участках мозга, а также потенциально влиять на когнитивные функции, настроение и тонус автономной нервной системы.

Исследователи также выяснили, что «датчики» митральных клеток отключаются при воздействии токсина тарантула.

Результаты работы были опубликованы в Science.

Ранее американские исследователи показали, что искусственно ускоренное сердцебиение повышает у мышей тревожность и снижает склонность к риску, причем отвечает за это активность нейронов задней части островковой коры мозга. Данную работу и последующие наблюдения было предложено использовать при разработке подходов профилактики и лечения психосоматических расстройств.

Источники:

https://t.me/profcardiologist

https://www.science.org/doi/10.1126/science.adk8511

https://sciencejournals.ru/view-article/?j=jourvnd&y=2020&v=70&n=2&a=JourVND2002006Dobrushina

https://nplus1.ru/news/2024/02/02/feeling-pressure-feeling-rhythm