Американські вчені провели серію експериментів і з'ясували, що низькопорогові механорецептори з немієлінізованими С-волоконами відповідають за струшування ссавців (наприклад, собак) після намокання вовни. парабрахіальне ядро моста головного мозку, яке запускає швидкі рухи тілом. Результати опубліковані в журналі Science.
Струшування - це еволюційно-консервативна поведінка, широко поширена у ссавців з вовною. Воно складається із швидких похитвань головою та верхньою частиною тулуба після попадання на шкіру спини води та інших подразників. Незважаючи на поширеність такої поведінки, нейробіологічні механізми, що лежать у його основі, залишаються практично невивченими.
Шкіру ссавців іннервують понад 12 фізіологічно та морфологічно різних підтипів первинних соматосенсорних нейронів. Ці шкірні сенсорні нейрони колективно виявляють та кодують ряд подразників навколишнього середовища, причому окремі підтипи демонструють різні профілі реакції на стимул. Навіть прості механічні подразники (наприклад, погладжування шкіри) можуть активувати кілька підтипів механосенсорних рецепторів з різними властивостями реагування. І питання про те, як вплив подразників, закодований в соматосенсорні сигнали, перетворюються в центральній нервовій системі на моторні команди, залишається відкритим.
Щоб розібратися в цьому питанні, дослідницька група під керівництвом Девіда Джинті (David Ginty) з Гарвардської медичної школи провела низку генетичних, фізіологічних та поведінкових тестів на мишах, оскільки струшування поширене у всіх видів ссавців у відповідь на різні подразники. Вчені використовували як основний подразнюючий стимул краплю олії через її надійність, простоту застосування і точного просторово-часового контролю. Миші були більш чутливі до крапель олії, нанесених на задню частину шиї, і активніше струшувалися і чухали порівняно з краплями олії, нанесеними на нижню частину спини. Така поведінка може відбивати реакцію на механічні чи теплові подразники.
Чтобы проверить, насколько механосенсорные рецепторы могут быть ответственны за наблюдаемое поведение, ученые удалили механочувствительный ионный канал Piezo2 во всех нейронах дорсального корневого ганглия под верхней частью шейного отдела тела мышей. После этого мыши без ионных каналов не встряхивались при нанесении капли масла или воды, но холодовая имитация все же запускала тряску.
Затем исследователи попытались идентифицировать первичные механосенсорные нейроны, которые отвечают за запуск такогой реакции. Эксперименты с кальциевой визуализацией спинальных ганглиев показали, что три низкопороговых механорецепторных нейронов, в том числе нейроны с низкопороговыми механорецепторами и немиелинизированными С-волоконами (C-LTMR). Чтобы определить, достаточно ли стимулировать только один из низкопороговых механорецепторов, ученые экспрессировали активируемый светом катионный канал в этих нейронах. Оптогенетическая стимуляция нейронов показала, что именно C-LTMR приводили к встряхиванию. Генетическое удаление C-LTMR приводило к снижению активности тряски.
После этого ученые предположили, что сигналы от C-LTMR передаются от поверхностного дорсального рога спинного позга к латеральному парабрахиальному ядру в мосту продолговатого мозга через спинопарабрахиальные нейроны. Исследователи убедились, что при оптогенетической стимуляции C-LTMR в спинопарабрахиальных нейронах возникает постсинаптическая реакция. Ингибирование этих нейронов приводило к отмене тряски. Оптогенетическая стимуляция парабрахиального ядра также приводила к тряске мышей, а его отключение — к снижению активности тряски.
По мнению команды Джинти, эти результаты убедительно показывают нейросенсорный путь рефлекса встряхивания. Однако в дальнейшем этот путь предстоит подтвердить у других млекопитающих, а также необходимо описать нейронные сети парабрахиального ядра.
О том, какую роль парабрахиальное ядро играет в формировании зуда, можно прочитать в нашем блоге. А узнать, сколько зудов различает наука, можно из материала «Почему чешется».