Представьте себе, что вы закрыли глаза и нащупываете рукой в сумке ключи. Иногда вы мгновенно понимаете, что держите в руках, а иногда форма предмета кажется расплывчатой и непонятной. Почему один и тот же сигнал от пальцев порой рождает ясный образ, а порой — нет? Ученые из Женевского университета обнаружили необычный механизм в нашем мозге, который объясняет эту загадку. Их работа опубликована в журнале Nature Communications.

Все начинается с простого прикосновения. Сигналы от рецепторов кожи устремляются в мозг. Их главная цель — соматосенсорная кора, область, ответственная за обработку тактильных ощущений. Но на своем пути они делают важную остановку в таламусе — своего рода диспетчерской мозга, которая распределяет информацию. Долгое время считалось, что таламус — это просто передаточное звено. Однако оказалось, что все гораздо интереснее.

Между корой и таламусом существует обратная связь, петля. Кора не просто получает информацию, но и сама активно общается с таламусом. Зачем? Чтобы «настроить» саму себя на лучшее восприятие. Команда под руководством профессора Энтони Холтмаата изучала пирамидальные нейроны соматосенсорной коры. У этих клеток особая асимметричная форма, и их верхняя часть, густо усеянная дендритами (отростками, принимающими сигналы), ведет себя иначе, чем нижняя.

Ученые сконцентрировались на конкретном пути: сигналах, которые идут из таламуса именно к верхушкам этих пирамидальных нейронов. Стимулируя усы у мышей (это их основной орган осязания), исследователи увидели уникальный диалог.

Самое удивительное, — говорит старший исследователь Ронан Шерео, — что в отличие от обычных возбуждающих сигналов из таламуса, эти обратные проекции не активируют нейрон, а меняют его состояние. Они как будто настраивают его чувствительность, делают более восприимчивым к будущим сигналам от прикосновения.

Как это работает технически? Используя сложные методы вроде оптогенетики и электрофизиологии, ученые смогли «подслушать» разговор в крошечных синапсах — местах контакта нейронов. Обычно нейромедиатор глутамат выступает как кнопка „включения“, заставляя нейрон генерировать электрический импульс.

Но в этом новом пути глутамат из таламуса связывается с альтернативным рецептором на дендрите. Это не дает прямого возбуждения, а скорее меняет «готовность» нейрона к работе, подготавливая его. Это похоже на то, как если бы вы перед важным звонком увеличили громкость на телефоне — следующий сигнал прозвучит громче и четче.

Это ранее неизвестный путь модуляции, — объясняет Ронан Шерео. — Обычно тонкую настройку нейронов обеспечивает баланс между возбуждающими и тормозными клетками. А тут — принципиально иной механизм.

Что это значит для нашего восприятия? Получается, что наше ощущение прикосновения — это не просто пассивный прием сигнала от кожи. Это активный процесс, где мозг сам, через петлю с таламусом, решает, насколько внимательно ему нужно отнестись к входящей информации. Он может «приглушить» или, наоборот, „усилить“ свое внимание к стимулу. Этот механизм помогает объяснить, почему мы по-разному чувствуем одно и то же во сне и в бодрствовании, или почему, отвлекаясь, можем не заметить легкое прикосновение. Более того, сбой в этой системе настройки может быть одной из причин искаженного восприятия при некоторых состояниях, например, при расстройствах аутистического спектра. Наше восприятие мира оказывается гораздо более гибким и динамичным, чем просто картинка с датчиков.

Реальная польза этого исследования лежит в двух плоскостях: фундаментальное понимание и будущие приложения. Во-первых, оно кардинально меняет нашу ментальную карту работы мозга. Таламус перестает быть «реле» или „почтовым отделением“, а становится активным участником когнитивного процесса, регулятором внимания на самом базовом, нейронном уровне. Это ключ к разгадке субъективности восприятия.

Во-вторых, это открывает новые мишени для терапии. Если механизм «настройки чувствительности» нарушен, это может приводить к двум крайностям:

• Сенсорная гиперчувствительность, когда мир кажется слишком громким, ярким и болезненным (часто наблюдается при аутизме, мигрени, посттравматическом стрессовом расстройстве).
• Сенсорная гипочувствительность, когда человек слабо реагирует на стимулы, что тоже встречается при неврологических и психических расстройствах.

Понимание конкретного молекулярного пути (альтернативный рецептор глутамата) дает фармакологии новую цель для создания препаратов, которые могли бы точечно «отрегулировать громкость» восприятия, не нарушая при этом саму передачу сигнала. Это потенциальный путь к более мягкой и точной коррекции сенсорных нарушений.

Основное замечание связано с экстраполяцией результатов. Исследование выполнено на мышах, а ключевые эксперименты проводились на срезе мозга in vitro. Хотя стимуляция вибрисс — прекрасная модель соматосенсорного восприятия, переносить механизмы, обнаруженные в конкретной области (верхушки дендритов пирамидальных нейронов ствола вибрисс), на весь человеческий мозг и все виды ощущений следует с осторожностью. Не факт, что аналогичный путь работает, например, для слуховой или зрительной коры, хотя аналогия и вероятна. Кроме того, работа в срезе, хотя и позволяет видеть тончайшие синаптические процессы, изолирует нейронные цепи от общего контекста работы целого мозга — влияния других систем (дофаминовой, норадреналиновой), которые также мощно модулируют восприятие. Таким образом, открытый механизм — это блестяще доказанный частный случай, который теперь необходимо встроить в более сложную картину работы мозга in vivo у высших млекопитающих.

Ранее ученые выяснили, как мозг реагирует на опасность.