Ученые из Гарвардской медицинской школы (Harvard Medical School) раскрыли механизм, который может лежать в основе повышенной чувствительности определенных участков кожи. Исследование, проведенное на мышах и опубликованное в журнале Cell, показывает, что чрезмерная чувствительность поверхности кожи развивается в раннем подростковом возрасте и может быть точно определена в стволе мозга. Более того, сенсорные (чувствительные) нейроны, которые находятся в чувствительных участках кожи и передают информацию в ствол мозга, образуют больше связей, чем нейроны в менее чувствительных частях тела.
Актуальность исследования
Некоторые части тела — например, руки и губы — более чувствительны, чем другие, что делает их незаменимыми инструментами в нашей способности различать самые сложные детали окружающего нас мира. Эта способность является ключом к выживанию, позволяя нам безопасно ориентироваться в окружающей обстановке, быстро понимать новые ситуации и реагировать на них. Возможно, головной мозг уделяет значительное место этим чувствительным поверхностям кожи, которые специализируются на тонком, различающем прикосновении и постоянно собирают подробную информацию через сенсорные нейроны, которые их иннервируют.
Но как связь между сенсорными нейронами и мозгом приводит к такой чувствительной коже?
Автор исследования Дэвид Гинти (David Ginty), профессор нейробиологии, сказал: «По сути, этот механизм помогает объяснить, почему человек обладает большей остротой чувств в тех частях тела, которые этого требуют».
Практическая значимость работы
Чрезмерная представленность чувствительных участков кожи в мозгу наблюдается и у млекопитающих, что позволяет предположить, что этот механизм может быть распространен на другие виды. С эволюционной точки зрения млекопитающие имеют резко различающиеся формы тела, что приводит к чувствительности различных поверхностей кожи. Например, у людей очень чувствительные руки и губы, в то время как свиньи исследуют мир с помощью чувствительного пяточка. Таким образом, этот механизм может обеспечить гибкость развития для разных видов. Более того, результаты, хотя и фундаментальные, могут когда-нибудь пролить свет на нарушения осязания, наблюдаемые при некоторых нарушениях нервно-психического развития у людей.
И хотя Ленерт описывает исследование как чисто вызванное любопытством, он отметил, что у людей существует распространенный класс нарушений нервно-психического развития, называемых нарушениями координации развития, которые влияют на связь между сенсорными рецепторами и мозгом — и, таким образом, могут извлечь выгоду из дальнейшего выяснения взаимодействия между ними.
«Я надеюсь, что это одно из многих исследований, в которых на механистическом уровне исследуются изменения в том, как представлено тело в процессе развития», – говорит Брендан Ленерт (Brendan Lehnert), научный сотрудник в области нейробиологии. «Мы думаем, что это может привести в какой-то момент в будущем к лучшему пониманию некоторых расстройств нервно-психического развития».
Новизна исследования
Ученым давно известно, что определенные части тела чрезмерно представлены в мозгу. Ранее считалось, что чрезмерная представленность чувствительных участков кожи в мозгу может быть объяснена высокой плотностью нейронов, иннервирующих эти участки кожи. Однако, хотя чувствительная кожа содержит больше нейронов, этих дополнительных нейронов недостаточно для учета дополнительного пространства в мозгу.
«Мы заметили, что количество нейронов, иннервирующих чувствительную кожу, было довольно скудным по сравнению с тем, что мы ожидали», – заявил соавтор исследования Брендан Ленерт.
Материалы и методы исследования
Чтобы исследовать это противоречие, ученые провели серию экспериментов на мышах, которые включали визуализацию мозга и нейронов, поскольку нейроны стимулировались различными способами. Во-первых, они изучили, как различные области кожи были представлены в мозгу на протяжении всего развития. На ранних стадиях развития чувствительная безволосая кожа на лапе мыши была представлена пропорционально плотности сенсорных нейронов. Однако в период между подростковым и взрослым возрастом эта чувствительная кожа становилась все более чрезмерно представленной в мозгу, хотя плотность нейронов оставалась стабильной — сдвиг, который не наблюдался в менее чувствительной, волосатой коже лап.
«Это сразу же сказало нам, что происходит нечто большее, чем просто плотность иннервации нервных клеток в коже, чтобы объяснить эту чрезмерную представленность в мозгу», – сказал Гинти.
«Было действительно неожиданно увидеть изменения в эти периоды развития», – добавил Ленерт. «Это может быть лишь одним из многих изменений в постнатальном развитии, которые важны для того, чтобы мы могли представлять окружающий нас тактильный мир и обрести способность манипулировать объектами в мире с помощью сенсомоторной петли, в которой прикосновение является такой особой частью».
Результаты научной работы
Ученые определили, что ствол мозга — основная область головного мозга, которая передает информацию от сенсорных нейронов в более сложные области мозга более высокого порядка, – это место, где происходит увеличенное представление чувствительных поверхностей кожи. Это открытие привело исследователей к осознанию: чрезмерная представленность чувствительной кожи должна быть обусловлена связями между сенсорными нейронами и нейронами ствола головного мозга.
Чтобы исследовать еще дальше, ученые сравнили связи между сенсорными нейронами и нейронами ствола головного мозга для разных типов кожи лап. Они обнаружили, что эти связи между нейронами были сильнее и многочисленнее для чувствительной, безволосой кожи, чем для менее чувствительной, волосатой кожи. Таким образом, команда пришла к выводу, что сила и количество связей между нейронами играют ключевую роль в чрезмерной представленности чувствительной кожи в мозгу. Наконец, даже когда сенсорные нейроны в чувствительной коже не стимулировались, у мышей все еще развивалось расширенное представление в мозгу — предполагая, что тип кожи, а не стимуляция прикосновением с течением времени, вызывает эти изменения в мозгу.
«Мы думаем, что обнаружили компонент этого увеличения, который объясняет непропорциональное центральное представление сенсорного пространства», – спросила Джинти. «Это новый способ мышления о том, как происходит это увеличение».
Ученые хотят исследовать, как различные области кожи сообщают нейронам, которые их иннервируют, о том, что они приобретают различные свойства, такие как формирование все более прочных связей, когда они иннервируют чувствительную кожу.
«Что это за сигналы?», – заключает Гинти. «Это большой, большой механистический вопрос».
Авторы другого исследования заявляют, что объятия и прикосновения повышают удовлетворенность браком.
