Новое исследование показывает, как человеческий мозг обрабатывает жизненно важные сигналы от сердца и легких, предлагая новое понимание сложной интеграции мозга и организма, необходимой для здоровья и познания.
Ученые обнаружили определенные нейроны в таламусе, которые играют решающую роль в интеграции кардио-респираторной информации, обеспечивая более глубокое понимание функциональных путей, связывающих внутренние органы со здоровьем мозга. Используя микроэлектродные записи во время операций по глубокой стимуляции мозга, исследователи обнаружили, что значительная часть нейронов реагирует на сердечные и дыхательные ритмы, подчеркивая сложный механизм поддержания гомеостаза мозга.
Это исследование прокладывает путь к достижениям в различных областях медицины, от неврологии до кардиологии, подчеркивая важность междисциплинарного сотрудничества в раскрытии тайн функций мозга.
Человеческий мозг постоянно получает информацию от тела, особенно от внутренних органов, таких как сердце и легкие. Эта информация редко достигает сознания, но имеет решающее значение для поддержания здоровья организма и влияния на работу мозга, включая восприятие, эмоции и познание.
Теперь исследователи изучают, как именно мозг обрабатывает входящий поток информации от сердца и легких, что приводит к более широкому пониманию интеграции мозга и тела и, как следствие, здоровья или болезни.
Публикуя свою работу в научном журнале PNAS, авторы Вибхор Кришна (Vibhor Krishna) из Медицинской школы Университета Северной Каролины (UNC School of Medicine); Али Резай (Ali Rezai) директор Рокфеллеровского института нейробиологии (Rockefeller Neuroscience Institute) и Олаф Бланке (Olaf Blanke), обнаружили, что определенные нейроны таламуса активно участвуют в обработке сердечных и дыхательных сигналов.
«Каждое сердцебиение и каждый вдох создают богатый поток сенсорной информации для человеческого мозга», — объясняет Кришна.
«Однако более глубокое понимание того, как мозг интегрирует эту информацию, остается недостижимым. Нам было интересно выяснить, как человеческий мозг обеспечивает интеграцию кардио-респираторной информации и связан ли его сбой с какими-либо нарушениями мозга, сердца или легких, наблюдаемыми в клинике».
На протяжении многих лет ученые сотрудничали, чтобы тщательно изучить эту интеграцию, используя устоявшуюся технику записи микроэлектродов во время операций по глубокой стимуляции мозга.
Используя новый подход к изучению отдельных нейронов в трех различных областях таламуса, исследователи смогли наблюдать прямое функциональное участие таламических и субталамических нейронов в обработке кардиореспираторных сигналов. Эта информация может помочь лучше охарактеризовать, как подкорковые области мозга обрабатывают сигналы от внутренних органов по функциональным путям.
Чтобы завершить эту работу, исследовательская группа воспользовалась записями микроэлектродов во время глубокой стимуляции мозга у пациентов, проходящих лечение от неврологических заболеваний.
Затем исследователи использовали эти записи для изучения активности отдельных нейронов, связанных с сердечными и дыхательными функциями, в трех подкорковых областях: вентральном промежуточном ядре, вентральном каудальном ядре таламуса и субталамическом ядре.
Ученые обнаружили, что около 70% зарегистрированных нейронов модулируются либо сердцебиением, сердечным межударным интервалом, либо дыханием.
Эти паттерны сердечной и дыхательной реакции в значительной степени различались у разных нейронов как по времени, так и по типу модуляции. Значительная часть этих висцеральных нейронов – около 30% – реагировала более чем на один из тестируемых сигналов, что подчеркивает специализацию и интеграцию сердечных и дыхательных сигналов в субталамическом ядре и нейронах таламуса.
«Мы думаем, что наша работа будет иметь важное значение для нескольких медицинских специальностей, включая кардиологию, пульмонологию, неврологию, психиатрию и психологические исследования», — объясняет Кришна.
Резай добавил: «Лучшее понимание человеческого мозга — это следующий рубеж. А междисциплинарное сотрудничество между функциональными нейрохирургами и нейробиологами позволит нам получить беспрецедентное представление о внутреннем функционировании человеческого мозга».
Нельсон Ойесику (Nelson Oyesiku) из Университета Северной Каролины, заключил: «Мы понимаем, что мозг поддерживает гомеостаз во всем организме посредством прямой неврологической и эндокринной регуляции. Это исследование показывает, что поступающая информация из сердца и легких обрабатывается в таламических и субталамических областях мозга, помимо других областей, что позволяет нашему мозгу эффективно выполнять свою роль в регулировании функций организма».
Original Research: Closed access.
“Single neurons in the thalamus and subthalamic nucleus process cardiac and respiratory signals in humans” by Vibhor Krishna et al. PNAS
