Раскрытие тайны прикосновения: почему некоторые части тела более чувствительны, чем другие

Новое исследование, проведенное учеными из Гарвардской медицинской школы, раскрыло механизм, который может лежать в основе повышенной чувствительности определенных участков кожи.

Некоторые части тела - например, руки и губы - более чувствительны, чем другие, что делает их важными инструментами в нашей способности различать самые сложные детали мира вокруг нас.

Эта способность является ключом к нашему выживанию, позволяя нам безопасно ориентироваться в окружающей среде, быстро понимать и реагировать на новые ситуации. Возможно, неудивительно, что мозг отводит значительное пространство этим чувствительным поверхностям кожи, которые предназначены для тонких, различающих прикосновений и постоянно собирают подробную информацию через сенсорные нейроны, которые их иннервируют, пишет medicalxpress.com.

Но как связь между сенсорными нейронами и мозгом приводит к такой невероятно чувствительной коже?

Новое исследование, проведенное учеными из Гарвардской медицинской школы, раскрыло механизм, который может лежать в основе повышенной чувствительности определенных участков кожи.

Исследование, проведенное на мышах и опубликованное 11 октября в Cell, показывает, что чрезмерное преобладание чувствительных поверхностей кожи в головном мозге развивается в раннем подростковом возрасте и может быть определено по стволу мозга. Более того, сенсорные нейроны, которые населяют более чувствительные участки кожи и передают информацию стволу мозга, образуют больше связей и более сильные, чем нейроны, в менее чувствительных частях тела.

«Это исследование дает механистическое понимание того, почему больше объектов мозга уделяется поверхностям кожи с высокой остротой прикосновения», - сказал старший автор Дэвид Гинти, профессор нейробиологии Гарвардской медицинской школы Дэвид Гинти. «По сути, это механизм, который помогает объяснить, почему у человека повышена острота зрения в тех частях тела, которые в этом нуждаются».

Хотя исследование проводилось на мышах, преобладание чувствительных участков кожи в головном мозге наблюдается у млекопитающих, что позволяет предположить, что этот механизм может быть распространен на другие виды. С эволюционной точки зрения, у млекопитающих сильно различаются формы тела, что приводит к повышенной чувствительности различных поверхностей кожи. Например, у людей очень чувствительные руки и губы, а свиньи исследуют мир, используя высокочувствительные морды. Таким образом, Джинти считает, что этот механизм может обеспечить гибкость развития для разных видов, чтобы развить чувствительность в разных областях.

Более того, полученные результаты, хотя и являются фундаментальными, когда-нибудь могут помочь пролить свет на аномалии прикосновения, наблюдаемые при определенных расстройствах нервного развития у людей.

Ученым давно известно, что определенные части тела чрезмерно представлены в головном мозге - как это показано на сенсорной карте мозга, называемой соматосенсорным гомункулом, схемой частей человеческого тела и соответствующих областей мозга, где обрабатываются сигналы от этих частей тела. Яркая иллюстрация включает в себя мультяшные огромные руки и губы. Ранее считалось, что чрезмерное количество чувствительных участков кожи в головном мозге может быть связано с более высокой плотностью нейронов, иннервирующих эти участки кожи. Однако более ранняя работа лаборатории Джинти показала, что, хотя чувствительная кожа действительно содержит больше нейронов, этих дополнительных нейронов недостаточно для учета дополнительного пространства мозга.

«Мы заметили, что количество нейронов, которые иннервируют чувствительную кожу, было довольно скудным по сравнению с тем, что мы ожидали», - сказал соавтор исследования Брендан Ленерт, научный сотрудник в области нейробиологии, который руководил исследованием с Селин Сантьяго, также научный сотрудник лаборатории Джинти. «Это просто не складывалось».

Чтобы исследовать это противоречие, исследователи провели серию экспериментов на мышах, которые включали визуализацию мозга и нейронов, поскольку нейроны стимулировались разными способами. Во-первых, они изучили, как разные участки кожи были представлены в мозге на протяжении всего развития. В начале развития чувствительная безволосая кожа на лапе мыши была пропорциональна плотности сенсорных нейронов. Однако в период между подростковым и взрослым возрастом эта чувствительная кожа стала все более широко представленной в мозге, даже несмотря на то, что плотность нейронов оставалась стабильной - сдвиг, который не наблюдался в менее чувствительной волосатой коже лап.

«Это сразу же подсказало нам, что происходит нечто большее, чем просто плотность иннервации нервных клеток в коже, которая объясняет эту чрезмерную представленность в мозге», - сказал Гинти.

«Было действительно неожиданно увидеть изменения в эти сроки постнатального развития», - добавил Ленерт. "Это может быть лишь одним из многих изменений в постнатальном развитии, которые важны для того, чтобы позволить нам представлять тактильный мир вокруг нас и помочь нам получить способность манипулировать объектами в мире через сенсорно-моторную петлю, особой частью которой является прикосновение ".

Затем команда определила, что ствол мозга - область в основании мозга, которая передает информацию от сенсорных нейронов к более сложным областям мозга более высокого порядка - это место, где происходит увеличенное изображение чувствительных поверхностей кожи. Это открытие привело исследователей к выводу: чрезмерное преобладание чувствительной кожи должно происходить из-за связей между сенсорными нейронами и нейронами ствола мозга.

Чтобы исследовать еще больше, ученые сравнили связи между сенсорными нейронами и нейронами ствола 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 волосистой кожи. Таким образом, команда пришла к выводу, что сила и количество связей между нейронами играют ключевую роль в повышении представленности чувствительной кожи в головном мозге. Наконец, даже когда сенсорные нейроны в чувствительной коже не стимулировались, у мышей все еще развивалось расширенное представительство в мозге, что свидетельствует о том, что эти изменения в мозге вызывает тип кожи, а не стимуляция прикосновением с течением времени.

«Мы думаем, что обнаружили компонент этого увеличения, который объясняет непропорциональное центральное представление сенсорного пространства». - сказала Джинти. «Это новый взгляд на то, как возникает это увеличение».

Затем исследователи хотят изучить, как разные участки кожи сообщают нейронам, которые их иннервируют, приобретают разные свойства, такие как образование более сильных связей, когда они иннервируют чувствительную кожу. "Какие сигналы?" - спросила Джинти. «Это большой, большой механистический вопрос».

И хотя Ленерт описывает это исследование как чисто любопытное, он отметил, что существует распространенный класс нарушений нервного развития у людей, называемых нарушениями координации развития, которые влияют на связь между сенсорными рецепторами и мозгом - и, таким образом, ему может быть полезно более подробно прояснить взаимодействие между два.

«Это одно из многих исследований, которые, как я надеюсь, исследуют на механистическом уровне изменения в представлении тела в процессе развития», - говорит Ленерт. «Селин и я оба думаем, что в какой-то момент в будущем это может привести к лучшему пониманию некоторых нарушений нервного развития».