Кровоток в мозге мышей при боли оказался вдвое слабее, чем при прикосновении
Представьте: уже три десятка лет ученые заглядывают в работающий мозг через функциональную магнитно-резонансную томографию. Это, пожалуй, самое мощное окно в человеческую голову из всех, что у нас есть. И все это время метод держится на одном простом допущении: там, где нейроны трудятся активнее, туда и приливает больше крови. Логика казалась железной — раз кровь пришла, значит, клетки поработали. Сам прибор, между прочим, нейроны вообще не видит. Он отслеживает лишь то, как меняется насыщение крови кислородом, а дальше все строится на доверии к этой связке.
И вот эта стройная логика зашаталась. Исследователи из Монреальского университета провели эксперимент на мышах и сравнили, как мозг зверьков откликается на два совсем разных ощущения — обычное прикосновение и боль. На грызунах такие вещи проверять удобнее всего: кора у них устроена похожим образом, а инструментов для наблюдения накоплена масса. Работа опубликована в журнале Science, и результаты, честно говоря, озадачивают. Казалось бы, рутинная проверка очевидного — а вышел почти детектив. С нейронной активностью все сложилось предсказуемо: в большинстве слоев коры клетки возбуждались практически одинаково, что при касании, что при болевом стимуле. А вот кровь повела себя странно. При боли приток оказался больше чем наполовину слабее, чем при прикосновении. Руководитель проекта потом признавался, что какую-то разницу ожидал увидеть, но никак не такого масштаба. Поначалу команда грешила на регуляцию капилляров — думали, дело в самых мелких сосудах. Но нет. Разбираться пришлось долго, и настоящая причина оказалась куда любопытнее простой осечки измерений.
Все дело в устройстве мозгового «водопровода». Точнее, в том, что он не один. Кора питается не единой сетью, а несколькими независимыми системами артериол — это крошечные сосуды, мостики между артериями и капиллярами. И эти системы, как выяснилось, вовсе не близнецы. Они снабжают разные слои коры и по-разному отзываются на стимуляцию. Тут напрашивается бытовая аналогия. Представьте дом, где кухня, ванная и отопление подключены к отдельным стоякам. Откроете кран на кухне — общий счетчик в подвале покажет расход воды, но не подскажет, где именно она течет. Вода вроде бы одна, а маршруты у нее разные. Примерно в таком положении находится и томограф: суммарный сигнал он улавливает, а вот какая конкретно «труба» сработала, уже не различает. Отсюда, судя по всему, и путаница.
Первое правило науки — не дурачить самого себя, потому что именно себя обмануть легче всего.
Ричард Фейнман
Чтобы распутать клубок, команде пришлось собрать целый технологический арсенал. Во-первых, генетические маркеры — они дают возможность наблюдать возбуждение нейронов прямо в реальном времени. Во-вторых, визуализация в дальнем красном спектре: такая оптика просвечивает мозговую ткань на целый миллиметр вглубь, а это вдвое глубже, чем получалось раньше. Для живой ткани это серьезный рывок (мозг — штука мутная, свет в ней вязнет быстро). В итоге исследователи впервые разглядели разом все шесть слоев мышиной коры. И увидели главное. Общее изменение кровотока далеко не всегда совпадает с тем, что вытворяют нейроны. Зато стоит присмотреться, куда именно направляется кровь, и картина проясняется: по адресу «доставки» можно вычислить, какой тип активности ее туда позвал.
Резонный вопрос: а нам-то что с мышиных сосудов? На самом деле очень многое. Да, опыты шли на грызунах, и переносить выводы на человека стоит осторожно — тут я бы не спешил с громкими заявлениями. Но сама находка бьет по основам всей нейровизуализации. Новейшие томографы уже умеют ловить сигнал от отдельных слоев коры, и знание сосудистой архитектуры поможет точнее читать такие снимки — в исследованиях боли, познавательных процессов, неврологических расстройств. Сразу оговорюсь, чтобы никто не хоронил метод раньше времени: он по-прежнему рабочий, и отменять его никто не собирается. Просто трактовать результаты придется аккуратнее. Особенно там, где сигнал слабый или отсутствует вовсе. Вдумайтесь, сколько работ о боли за тридцать лет опиралось на силу сигнала. А теперь выходит, что вялый приток крови вовсе не гарантирует вялую активность нейронов — возможно, кровь просто ушла по другой сети. То есть часть прежних карт мозга, вероятно, придется перепроверить — не переписать, а именно уточнить. Авторы формулируют вывод изящно: сосуды пора считать не курьерской службой, а полноценной активной архитектурой нейронных цепей.
Дальше — больше, и это, пожалуй, самое интересное. Теперь команда хочет проверить, замешаны ли эти обособленные сосудистые сети в хронической боли и нейродегенеративных болезнях. Выбор мишени не случаен: такие недуги часто идут рука об руку с ослабленным кровотоком именно в глубоких слоях коры. Если связь подтвердится, у медицины появится шанс взглянуть на старые загадки под новым углом — не только через нейроны, но и через сосуды, которые их кормят.
