Кожа ни при чём: это мозг решает, что вы чувствуете на самом деле

Учёные из Женевского университета обнаружили новый механизм модуляции сенсорных сигналов в мозге

Одно и то же прикосновение может казаться нам либо чётким, либо почти неощутимым? Исследователи из Женевского университета предложили ответ, который меняет наш взгляд на работу мозга. В опубликованной в Nature Communications работе они описали механизм, позволяющий сенсорной информации восприниматься по-разному — в зависимости от того, как кортикальные нейроны реагируют на модулирующие сигналы из таламуса.

Фото: Designed by Freepik, https://creativecommons.org/public-domain/pdm/

Прокачиваем Эмоциональный интеллект

"Наше восприятие формируется не только входящими сигналами, но и активными взаимодействиями между таламусом и корой", — пояснил профессор нейробиологии Университета Невшателя, Энтони Холтмаат.

Этот механизм может объяснить, почему при одинаковых внешних условиях наш мозг воспринимает одни и те же раздражители по-разному. И, что особенно важно, это открытие может оказаться ключевым в понимании некоторых неврологических и психических расстройств.

Одно прикосновение "громче" другого

Мы редко задумываемся, как мозг распознаёт простейшие прикосновения. Сенсорные сигналы от рецепторов кожи проходят через сложную цепь — от периферии через таламус и далее в соматосенсорную кору. Именно там они обретают осмысленную форму. Но — и это важно — один и тот же сигнал может быть воспринят по-разному. Исследователи давно предполагали, что восприятие зависит от внимания, бодрствования или других внешних факторов, но точный механизм оставался загадкой.

Теперь нейробиологи установили, что всё дело в особом виде обратной связи от таламуса, которая не просто "ретранслирует" сигнал, а активно регулирует, насколько чувствительна кора к будущим стимулам.

Таламус: не просто передатчик, а настрощик

Команда под руководством профессора Холтмаата изучала взаимодействие между таламусом и пирамидными нейронами в соматосенсорной коре мышей. Пирамидные нейроны — это особые клетки с разветвлённой структурой, и их верхняя часть (богатая дендритами) играет критическую роль в обработке информации.

"Эти нейроны устроены асимметрично, и сигналы, поступающие в разные их части, обрабатываются по-разному", — пояснил Энтони Холтмаат.

При стимуляции усов мышей — сенсорного аналога прикосновения у человека — учёные зафиксировали, что сигналы из одной конкретной области таламуса не вызывают немедленную реакцию, а меняют чувствительность нейронов, подготавливая их к следующим импульсам.

Как мозг "разогревает" нейроны

В обычных условиях возбуждение нейронов происходит через глутамат, возбуждающий нейромедиатор, активирующий рецепторы и вызывающий электрический ответ. Но здесь механизм оказался другим. Глутамат, выделяемый из таламических проекций, взаимодействует с нетипичным рецептором в верхней части пирамидных нейронов. Это не вызывает мгновенного сигнала, но повышает готовность нейрона — как будто он "учится" реагировать на будущие раздражители лучше.

"Это совершенно новая форма модуляции. Обычно такую роль выполняет баланс между возбуждающими и тормозящими нейронами", — отметил старший научный сотрудник и соавтор исследования Ронан Шеро.

Этот тип модуляции открывает неожиданный путь для тонкой настройки восприятия — гораздо более гибкий, чем считалось ранее.

Почему это важно

Открытие говорит о том, что таламус — это не просто релейная станция, а активный участник восприятия. Он способен избирательно усиливать сигналы, на которые кора "готова" откликнуться. Таким образом, восприятие становится динамическим процессом, формируемым не только поступающими данными, но и состоянием нейросетей в момент стимуляции.

Это может объяснять, почему, например, в состоянии тревоги или усталости так сложно сосредоточиться на ощущениях, а в момент сосредоточенного внимания даже лёгкое прикосновение кажется ярким.

"Таламо-кортикальные петли — это активные фильтры, которые могут усиливать или подавлять сенсорные потоки в зависимости от внутреннего состояния организма", — добавил Холтмаат.

Новые горизонты в исследовании психических расстройств

Это открытие важно не только для фундаментальной науки, но и для медицины. Если нарушение этой обратной связи влияет на восприятие, это может объяснять нейробиологическую природу некоторых расстройств, таких как аутизм или сенсорная гиперчувствительность.

Например, при аутизме пациенты часто сообщают о перегрузке от обычных сенсорных стимулов. Если таламус не модулирует сигналы должным образом, кора может "перегружаться" даже от слабых раздражителей. Аналогичным образом нарушение модуляции может объяснять и снижение сенсорной чувствительности при депрессии или нарушениях сна.

Исследователи считают, что дальнейшее изучение этих механизмов может привести к созданию новых методов лечения на основе нейромодуляции — с использованием лекарств или неинвазивной стимуляции мозга.

Уточнения

Ко́жа — наружный покров тела животных (в том числе и людей) — орган. Кожа защищает тело от широкого спектра внешних воздействий, участвует в дыхании, терморегуляции, обменных и многих других процессах. Кроме того, кожа представляет собой массивное рецептивное поле различных видов поверхностной чувствительности (боли, давления, температуры).