Голографическая микроскопия выявляет вызванные болью изменения в активности нейронной сети

Впервые в мире межведомственное исследовательское сотрудничество использовало двухфотонный микроскоп с комбинацией визуализации кальция и голографической стимуляции, чтобы показать, что функциональная связь между нейронами, расположенными в первичной соматосенсорной коре, увеличивается в ответ на острую боль.

Боль возникает в результате травмы, такой как повреждение периферических нейронов или воспаление, вызванное нарушением периферических тканей. Были опубликованы результаты исследований об участии аномалий центральной нервной системы в возникновении боли и продолжительной боли. Первичная соматосенсорная кора в коре головного мозга играет важную роль в определении силы и локализации боли. Исследования, проведенные с использованием фМРТ и двухфотонной микроскопии, показали, что активность в этой части мозга увеличивается при возникновении острой боли . Однако еще предстоит выяснить, как функциональная связь и синхронизация между нейронами меняются с течением времени и какое влияние эти изменения оказывают на боль.

Исследователи провели эксперименты с использованием мышей, моделирующих воспалительную боль, и результаты показали, что как спонтанная активность нейрональной популяции, так и синхронизированная активность между нейронами в первичной соматосенсорной коре головного мозга увеличиваются во время острой боли. Кроме того, они обнаружили, что когда один нейрон стимулировался голографическим светом, происходил усиленный ответ окружающих нейронов. По мере того, как боль уменьшалась, нейроны постепенно возвращались в исходное состояние. Исследователи также показали, что уровни экспрессии в каналах ионов кальция N-типа участвуют в этом механизме, показывая, что болевой порог может быть восстановлен при введении ингибиторов, блокирующих эти каналы. Есть надежда, что эти открытия могут помочь в лечении пациентов с хронической болью.

Эти результаты исследования будут опубликованы в Science Advances 19 марта 2021 года.

Предпосылки исследования

Боль возникает в результате травмы, такой как повреждение периферических нейронов или воспаление, вызванное нарушением периферических тканей. Это неизбежное ощущение, которое испытывал каждый, но подробный механизм возникновения и сохранения боли еще не выяснен. Было проведено жизненно важное исследование боли, направленное на активацию нейронов и глиальных клеток в спинном роге спинного мозга. С развитием технологий визуализации в последние годы увеличилось количество исследований взаимосвязи между болью и областями мозга.