Ученые из Мичиганского университета смогли полностью отследить путь, по которому кожа передает в мозг информацию о температуре окружающей среды. Это открытие впервые показало, что ощущение прохлады имеет собственную «проводную» схему. Похоже, эволюция создала разные нервные цепи для восприятия тепла и холода, что обеспечивает точное ощущение температуры и правильную реакцию на изменения в окружающем мире.

Об этом говорит Бо Дуань, ведущий автор нового исследования.

Кожа — наш самый большой орган. Она помогает нам чувствовать среду вокруг и различать разные стимулы, — объясняет Дуань, доцент кафедры молекулярной, клеточной биологии и биологии развития. — О том, как именно она это делает, еще много неизвестного, но теперь мы знаем один конкретный путь для ощущения прохлады. Это первая нейронная цепь для восприятия температуры, где полностью прослежен весь маршрут от кожи до мозга.

Эта работа не только углубляет наши знания о базовой биологии, но и приближает к пониманию того, как мы эволюционировали, чтобы комфортно существовать в безопасном диапазоне температур. Она также имеет медицинское значение. Например, более 70% пациентов после химиотерапии испытывают боль от легкого холода. Новое исследование показало, что нейронная цепь, отвечающая за безболезненное ощущение прохлады, не связана с этой болью. Но, понимая, как эта цепь работает в норме, ученые получают ключ к поиску поломок при болезнях. Это может помочь создать точечные методы лечения, которые восстановят нормальную чувствительность, не нарушая температурное восприятие.

В своей работе, опубликованной в журнале Nature Communications, команда Дуаня с помощью современных методов визуализации и электрофизиологии наблюдала, как мыши передают ощущение прохлады от кожи в мозг. Сигнал начинается в коже, где молекулярные «датчики» реагируют на диапазон примерно от 15 до 25 градусов Цельсия. Они активируют первичные сенсорные нейроны, которые посылают сигнал в спинной мозг. И вот здесь команда обнаружила ключевое звено: в спинном мозге сигнал усиливается специальными промежуточными нейронами. Без этого „усилителя“ слабый сигнал о прохладе теряется в фоновом шуме нервной системы.

Раньше ученые знали о кожных «молекулярных термометрах» (их открытие даже было отмечено Нобелевской премией 2021 года), но роль спинномозгового усилителя была неизвестна. Хотя исследование проводилось на мышах, каждый компонент этой цепи, как показал генетический анализ, есть и у человека. Так что, скорее всего, именно благодаря этой цепи мы чувствуем приятную прохладу, заходя с летней жары в комнату с кондиционером.

Теперь команда намерена выяснить, какие цепи отвечают за ощущение острой, болезненной боли от холода. «Думаю, с болевыми ощущениями все сложнее, — рассуждает Дуань. — В рискованных для организма ситуациях может быть задействовано несколько путей». Ученых также интересует, как мозг обрабатывает эти сигналы от кожи и как мы в ходе эволюции научились не только различать их, но и связывать с ними эмоции для самозащиты. Напоминанием об этих вопросах для самого Дуаня служит мичиганский климат:

Летом я обожаю гулять вдоль озера Мичиган и чувствовать, как легкий ветерок касается лица. Это очень освежает и приятно. А вот зима для меня — настоящее испытание.

Польза этого исследования выходит далеко за рамки чистого любопытства.

• Во-первых, оно создает точную «карту» для целевой терапии. Зная конкретный нейронный путь для безболезненной прохлады, можно разрабатывать лекарства, которые будут модулировать именно его, не затрагивая другие виды чувствительности (например, осязание или ощущение боли). Это прямой путь к помощи пациентам с нейропатической болью, вызванной холодом после химиотерапии, диабетом или травмами.
• Во-вторых, понимание принципа «усиления» сигнала в спинном мозге может стать универсальным ключом для лечения других видов нарушенной чувствительности, где проблема кроется не в периферических рецепторах, а в проводящих путях.
• В-третьих, фундаментальное знание о разделении путей для разных температур объясняет, почему мы так тонко различаем приятный холод и опасный мороз, что важно для разработки более совершенных систем нейропротезирования и сенсорных интерфейсов.

Основное ограничение исследования — его проведение на модельных животных (мышах). Хотя генетическое сходство компонентов цепи с человеческими обнадеживает, функциональная организация нервной системы у людей может иметь существенные отличия, особенно в обработке и субъективном восприятии сигналов на уровне коры головного мозга. Без прямых подтверждений на людях (например, с помощью неинвазивной визуализации мозга или изучения пациентов с редкими специфическими поражениями) вывод о полной идентичности «прохладного» пути остается гипотезой, пусть и очень убедительной. Кроме того, исследование фокусируется на узком температурном диапазоне; как именно эта цепь взаимодействует с системами восприятия экстремального холода или тепла, пока неясно.

Ранее мы разбирались в научном подходе к выбору гардероба.