Исследование нашего чувства осязания со всех сторон

Важные новости

Изучая наше чувство прикосновение со всех сторон» /></p>
<p> Окончания сенсорных нейронов, распознающих прикосновение, находятся на коже. Фото: лаборатория Джинти </p>
<p>Еще до того, как мы родились и начали испытывать ощущения повседневной жизни — например, мягкую рубашку на руках или твердую столешницу под кончиками пальцев — у людей начинают формироваться чувства, необходимые для выживания.< /п> <р>Одно из наших самых важных чувств — осязание, которое развивается первым — начиная с восьмой недели беременности — и позволяет нам обнаруживать и обрабатывать тактильную информацию изнутри и снаружи тела. Прикосновение настолько неотъемлемо в нашей жизни, что трудно представить существование без него, отчасти потому, что когда прикосновение работает должным образом, оно отходит на второй план, обеспечивая постоянный поток важной информации, не требуя нашего постоянного внимания.</p>
<p> < р>«Большинство людей не особо задумываются о прикосновениях, пока с ними не что-то не так», — говорит Эйприл Левин, доцент кафедры неврологии Гарвардской медицинской школы в Бостонской детской больнице. «Мы считаем это чем-то само собой разумеющимся, потому что не можем отключить это, поэтому не знаем, каково это — не иметь этого».</p>
<p>Исследования осязания отстают от исследований других сенсорных систем, таких как зрение и слух. Тем не менее, благодаря новым исследовательским инструментам и более широкому научному признанию, «я думаю, что мы сейчас находимся в состоянии возрождения», — сказала Лорен Орефис, доцент кафедры генетики в Институте Блаватника при HMS. «Это невероятное время для сенсорных нейробиологов, изучающих осязание».</p>
<p>Исследователи HMS идут впереди, одновременно изучая основы биологии осязания и выясняя, как использовать эту информацию, чтобы помочь людям, которые испытать ненормальное прикосновение. р> <р>«Прикосновение имеет основополагающее значение для того, кто мы есть, и для всего, что мы делаем, но есть огромное количество того, чего мы не знаем об этом и должны понять», — сказал Дэвид Джинти, профессор нейробиологии Эдварда Р. и Энн Г. Лефлер в HMS. .</p>
<h2>Что такое прикосновение?</h2>
<p>Большинство из нас интуитивно понимают прикосновение как то, как мы воспринимаем мир с помощью нашей кожи, но научное определение одновременно более конкретное и более широкое. Прикосновение — это процесс, посредством которого специализированные нейроны воспринимают тактильную информацию от кожи и других органов и передают эту информацию в мозг, где она воспринимается как такие ощущения, как давление, температура, вибрация и боль.</p>
<p>» У нас есть невероятная симфония сенсорных нейронов, которые очень разнообразны и гетерогенны и могут улавливать разные качества прикосновения», — сказал Орефис.</p>
<p>Часто концы этих нейронов расположены в сенсорных структурах, которые являются специализированными и разнообразными. как сами нейроны – и настолько поразительны визуально, что Джинти использует их фотографии, чтобы украсить свой офис.</p>
<p>Соматоощущение относится к системе сенсорных нейронов кожи, которая позволяет нам организовывать и ориентироваться в окружающем мире. Эти нейроны удивительно точны: они помогают нам отличать шелк от хлопка, чувствовать холодный стакан или горячую кружку или улавливать легкий ветерок.</p>
<p>Важно отметить, что они отфильтровывают ненужные сигналы, поэтому мы не всегда осознаем фоновые ощущения, такие как одежда на нашей коже. Внутренние ощущения, или висцероощущения, охватывают систему сенсорных нейронов, которая передает информацию от внутренних органов, таких как толстая кишка, в мозг.</p>
<p><img decoding=

Окончания сенсорных нейронов, которые обнаруживают отклонение волос и касание волосяных фолликулов. Фото: лаборатория Ginty

«Осязание — это гораздо больше, чем просто осознанное восприятие того, что вы активно тянетесь, чтобы почувствовать, или того, что касается вашей кожи», — сказал Джинти. «Существует огромное количество операций, которые происходят за кулисами».

Исследователи HMS изучают как соматосенсорику, так и висцеросенсорику, которые имеют сходства и различия в том, как они работают. Обе системы необходимы для выживания, и обе могут стать проблемными. Например, люди с аутизмом могут быть чрезмерно чувствительны к определенным типам прикосновений к своей коже, и они могут испытывать боль или дискомфорт в желудочно-кишечном тракте во время пищеварения — преувеличенное висцеральное ощущение.

«Взаимоотношения тела и мозга действительно глубоки, и, понимая связь между телом и мозгом, мы можем начать улучшать качество жизни людей со всеми видами заболеваний, включая аутизм», — сказала Джинти.

Понимание прикосновений также имеет решающее значение для понимания того, как развивается мозг и как животные, в том числе люди, осуществляют сложное поведение, например социальное взаимодействие.

«Мы часто думаем о развитии с мозгоцентрической точки зрения, но наш мозг развивается по мере того, как мы воспринимаем внутренний и внешний мир, и огромная часть этого процесса — это чувство осязания», — сказал Орефис.

«Есть появляется более целостный взгляд на мозг, который развивается не изолированно, а на самом деле находится под сильным влиянием ощущений и раннего сенсорного опыта», — добавила Джинти.

Гинти и Орефис приводят исследования, показавшие, что дети, которые провели первые два года жизни в румынских детских домах, где им не хватало заботливого прикосновения, набрали более низкие баллы по IQ и языковым тестам, чем дети с типичным воспитанием. У них также был более высокий уровень аутизма и психических заболеваний, таких как тревога и синдром дефицита внимания/гиперактивности (СДВГ).

«Главный вопрос заключается в том, как сенсорные переживания связаны с прикосновением, формируя развитие мозга», — сказал Орефис. «Мы знаем, что мозг меняется, но у нас нет механистического понимания того, как он меняется».

Битва чувств

Исторически сложилось так, что, возможно, это неудивительно, исследования зрения и слуха опережали исследования осязания. Зрительная и слуховая системы расположены в отдельных, локализованных сенсорных структурах — сетчатке и улитке — которые легче изучать. Кроме того, каждая система улавливает только один вид сенсорной информации: электромагнитные волны для глаз и звуковые волны для ушей.

По оценкам Джинти, прикосновение на несколько порядков сложнее. Это обеспечивается диффузной сетью сенсорных нейронов, расположенных в коже и внутренних органах по всему телу. Таким образом, сигналы прикосновения должны путешествовать дальше, чтобы достичь мозга. Осязание также многомерно: информация поступает в бесчисленных формах: давление, температура, вибрация, боль, текстура, щекотка, зуд, растяжение или химические ощущения.

«Люди могут жить без зрения и слуха, но есть невозможно выжить без прикосновений», — сказала Джинти. «Это чувство позволяет нам напрямую взаимодействовать с миром и управляет всеми аспектами нашей жизни».

Например, в редких случаях люди рождаются с неспособностью чувствовать боль или экстремальные температуры — генетическое заболевание, называемое врожденной нечувствительностью к боли. Без существенной обратной связи от боли они постоянно уязвимы для травм и часто сокращают продолжительность жизни.

Изучаем наше осязание со всех сторон

Мышиное тельце Мейснера — сенсорная структура, реагирующая на легкое прикосновение и низкочастотные вибрации. Фото: лаборатория Джинти

В 19 веке анатомы впервые изучали осязание, используя микроскопы, чтобы заглянуть под кожу в то, что, как они (правильно) предположили, было сенсорными структурами, содержащими сенсорные нейроны. В начале 20-го века ученые научились прикреплять электрод к одному нервному волокну и усиливать и визуализировать электрические импульсы, возникающие в ответ на такие ощущения, как вдавливание, температура и вибрация.

За этим последовало то, что Джинти описала как «40- или 50-летний период, когда люди случайным образом записывали нервные окончания и каталогизировали ответы». Работа, хотя и немного дезорганизованная и несколько грубая по сегодняшним меркам, выявила широкий спектр нервных клеток в организме, которые реагируют на различные типы сенсорных стимулов, и привела к Нобелевской премии в 1944 году.

Еще один прорыв произошел на рубеже XXI века с развитием молекулярно-генетических методов, которые позволили ученым более точно маркировать нейроны и манипулировать ими. В 2021 году исследователи получили Нобелевскую премию за пару открытий, сделанных с помощью этих методов. Во-первых, белок TRPV1 активируется под действием высоких или холодных температур, которые мозг воспринимает как болезненные.

Вторые заключаются в том, что Piezo2, белок в сенсорных нейронах, воспринимает силы, действующие на кожу, и преобразует их в электрические сигналы.

Лаборатория Джинти была на переднем крае этой области, используя эти подходы для изучения базовой биологии осязания в мельчайших деталях. Лаборатория использует генетические инструменты в мышиных моделях для идентификации, изоляции и изучения сенсорных нейронов в разных частях тела, которые передают различные типы осязания в мозг.

Использование этого подхода—описано в 2024 Cellpaper—Гинти и его лаборатория изучили нервные пути, которые передают легкие прикосновения и вибрации, а также передают болезненные и приятные ощущения от кожи. Научный сотрудник Рэйчел Вольфсон и другие сотрудники лаборатории исследовали нейроны толстой кишки, которые обнаруживают различные внутренние ощущения, и изучили роль спинного мозга и ствола головного мозга в получении, обработке и передаче сигналов прикосновения.

«С точки зрения генетики, существует Есть как минимум 18 различных типов сенсорных нейронов, которые реагируют на различные сенсорные стимулы, но на самом деле их может быть больше 50. Мы даже не знаем, сколько их», — сказала Джинти.

В 2023 году учиться в Нейроне, научный сотрудник Энни Хэндлер и доктор философии. Студент Цию Чжан из лаборатории Ginty и его коллеги из Медицинского института Говарда Хьюза объединили генетическую информацию о сенсорных нейронах с данными электронной микроскопии, чтобы создать сильно увеличенные 3D-изображения сенсорных структур кожи, которые распознают легкое прикосновение.

Через В этой работе исследователи разработали модель того, как силы, действующие на кожу, взаимодействуют с сенсорными структурами, активируя сенсорные пути к мозгу.

Джинти находит основы биологии прикосновения интересными сами по себе, но его любопытство может привести к важным терапевтическим результатам. Изучение того, как контролировать пути прикосновения, может помочь в разработке методов лечения боли и других видов сенсорной дисфункции.

«Теперь мы можем изучать активность этих нейронов и то, как они посылают свои сигналы в мозг». — сказала Джинти. «Такое ощущение, что нет предела не только для понимания того, как работают эти системы, но и для функционального управления ими».

Когда прикосновений слишком много

Орефис заинтересовался основами биологии сенсорной дисфункции и, в частности, аберрантным сенсорным опытом людей с расстройствами аутистического спектра, когда работал научным сотрудником в лаборатории Джинти.

Изучаем наше осязание со всех сторон

Человеческие тельца Мейснера. Фото: лаборатория Ginty

«Хотя на протяжении десятилетий было известно, что сенсорные проблемы являются отличительной чертой аутизма, эти проблемы на самом деле не изучались», — сказал Орефис.

В 2013 году сенсорные отклонения стали диагностическим критерием аутизма. Примерно в то же время Орефис, Джинти и их коллеги начали изучать гиперчувствительность к легкому прикосновению – наиболее распространенную сенсорную дисфункцию при аутизме.

Исследователи разработали мышиные модели аутизма и использовали их для выявления сенсорных нейронов, которые при аутизме нарушаются, вызывают сенсорную гиперчувствительность. Они обнаружили, что определенные мутации в периферических сенсорных нейронах, иннервирующих кожу, вызывают гиперчувствительность к легкому прикосновению.

«Аутизм канонически считается заболеванием мозга, поэтому идея о том, что периферические нейроны могут способствовать любому признаку аутизма, была довольно неожиданной», — сказал Орефис.

Еще более удивительным было то, что эти мутации возникли на ранней стадии. в развитии привело к тревожному поведению и социальным изменениям у мышей, что позволяет предположить, что нормальная сенсорная чувствительность и обработка информации необходимы для нормальной работы мозга во время развития.

Лаборатория Орефиса развивает эту работу, изучая, как возмущение периферических нейронов с целью изменения сенсорного опыта меняет развитие мозга. Orefice также исследует другие типы сенсорной дисфункции при аутизме, в том числе желудочно-кишечные нарушения, связанные с хронической болью и дискомфортом, а также чувствительность полости рта к текстуре пищи, которая может вызвать трудности с кормлением.

«Мы хотим понять, как эти системы развиваются и функционируют и чем они отличаются для людей с аутизмом, чтобы мы могли воздействовать на сенсорную чувствительность и улучшать качество жизни», — сказал Орефис. Например, она видит потенциал в разработке методов лечения, которые напрямую воздействуют на периферические нейроны, участвующие в гиперчувствительности к легкому прикосновению.

От мышей до детей

В Boston Children's Левин проводит собственные исследования в области сенсорные расстройства и нарушения нервного развития, такие как аутизм, работая не с мышами, а с тем, что она описывает как «извивающихся 3-х и 4-летних детей».

Левин считает, что клинические тактильные тесты в целом полезны, но довольно элементарны и далеко не надежны: например, прижимая камертон к коже пациента, чтобы оценить, как долго он ощущает вибрацию, или используя деревянные и ватные концы сломанного ватного тампона, чтобы проверить, не они могут различать резкие и мягкие прикосновения или просят пациента оценить свою боль по шкале от нуля до 10.

«Мне всегда казалось немного удивительным, что в 2024 году лучший способ узнать о чьем-то сенсорном опыте — это спросить его», — сказал Левин. «В какой-то степени это отличный способ выяснить это, а в какой-то степени это кажется нетехнологичным, как будто мы могли бы сделать лучше».

Такие тесты могут быть особенно трудными для детей с аутизмом, которым не хватает когнитивных способностей. , вербальные или развивающие навыки для описания своих сенсорных ощущений, оставляя врачей в догадках.

«Я видел, как детей лечили от раздражительности или проблем с поведением, хотя на самом деле у них ужасная зубная боль или запор», — сказал Левин. «Они так разыгрывают, потому что так они говорят, что им больно, а нам этого не хватает».

Изучаем наше чувство осязания со всех сторон» /></p>
<p> Тельца Пачини — сенсорная структура, которая улавливает высокочастотные вибрации кожи. Фото: лаборатория Ginty </p>
<p>Лаборатория Левина работает над выявлением биологических маркеров или биомаркеров прикосновения, которые обеспечат более объективный способ измерения сенсорного опыта. Она отметила, что в то время как многие дети с аутизмом испытывают гиперчувствительность к прикосновению, другие испытывают гипочувствительность к прикосновению — снижение реакции на различные ощущения — или сочетание этих двух явлений, что еще больше усложняет ситуацию.</p>
<p>«Нам нужны биомаркеры, которые отражают не только если бы вы это почувствовали, но насколько сильно вы это почувствовали», — сказала она.</p>
<p>С этой целью Левин, который сотрудничает с Орефисом и Джинти, разрабатывает тест, позволяющий изучить, как мозг детей с аутизмом реагирует на различные виды прикосновений. В тесте используется машина, которую лаборатория Ginty использует для подачи мышам импульсов различной интенсивности с помощью электроэнцефалографии, которая предполагает размещение электродов на коже головы для регистрации электрической активности мозга.</p>
<p>«Мы только недавно начали видеть сигналы, которые похоже, являются маркерами того, насколько сильно мозг интерпретирует сигнал прикосновения», — сказал Левин.</p>
<p>Такой биомаркер стал бы важным шагом на пути к разработке более эффективных методов лечения сенсорной дисфункции. В настоящее время сенсорная гиперчувствительность и гипочувствительность в основном лечатся с помощью трудотерапии, поскольку лекарств нет— это Левин находит разочаровывающим, учитывая, как постоянно ее пациенты сообщают, что их тактильные ощущения влияют на качество их жизни.</p>
<p>«Измененная обработка тактильных ощущений имеет нисходящие эффекты на множество других диагнозов, таких как тревожность и СДВГ», — сказала Левин. «Это биологически обусловленные проблемы, поэтому, хотя трудотерапия может быть весьма полезной для некоторых пациентов, нам также нужны варианты биологически ориентированного лечения, включая лекарства».</p>
<h2>Нерешенные вопросы</h2>
<p>В эпоху возрождения сенсорных технологий исследователи обращают свое внимание на еще более сложные вопросы.</p>
<p>Джинти хочет понять организационную логику цепей прикосновения, начиная с сенсорных нейронов на поверхности тела и постепенно переходя к областям мозга более высокого порядка, которые получают сигналы прикосновения. Такое понимание, по его словам, покажет, как сенсорные цепи, лежащие в основе различных ощущений, соединяются друг с другом и с другими цепями в организме, вызывая произвольные и непроизвольные движения мышц.</p>
<p>Орефис интересуется, как внешние и внутренние факторы такие поскольку социальная изоляция или микробиом формируют развитие соматосенсорных и висцеросенсорных цепей. Она также хочет изучить, как сигналы, вырабатываемые этими двумя типами цепей, сходятся в мозге и как мозг различает сенсорную информацию, поступающую от кожи и внутренних органов.</p>
<p>Левин стремится к дальнейшим исследованиям того, как осязание сигналы усиливаются или ослабляются по мере того, как они преобразуются под действием механических сил в электрические импульсы, включая взаимодействие между возбуждающими нейронами, которые усиливают сигналы, и тормозными нейронами, которые их подавляют.</p>
<p>Каждый из трех ученых занимается прикосновением с помощью немного под другим углом, но они согласны с тем, что осязание — это бесконечно увлекательная область исследования, которая, несомненно, принесет открытия на десятилетия вперед.</p>
<p><strong>Информация журнала:</strong> Cell , Нейрон предоставлен Гарвардской медицинской школой</p>
</div></div><div class=

Новости сегодня

Последние новости