Un mister senzorial | Facultatea de Medicină din Harvard

Cei mai mulți dintre noi se gândesc puțin la motivul pentru care ne simțim plăcut sătuli după ce am mâncat o masă copioasă de sărbători, de ce începem să tusim după ce inhalăm accidental fumul de la un foc de tabără sau de ce ne lovim de greață bruscă după ce am ingerat ceva toxic. Cu toate acestea, aceste senzații sunt cruciale pentru supraviețuire: ne spun de ce are nevoie corpul nostru la un moment dat, astfel încât să ne putem ajusta rapid comportamentul.

Cu toate acestea, din punct de vedere istoric, s-au efectuat foarte puține cercetări pentru înțelegerea acestor senzații corporale de bază – numite și simțuri interne – care sunt generate atunci când creierul primește și interpretează informații de la organele interne.

Obțineți mai multe știri HMS aici

Acum, o echipă condusă de cercetători de la Harvard Medical School a făcut noi progrese în înțelegerea biologiei de bază a detectării organelor interne, care implică o cascadă complicată de comunicare între celulele din interiorul corpului.

Într-un studiu efectuat pe șoareci și publicat pe 31 august în Naturăechipa a folosit imagini de înaltă rezoluție pentru a dezvălui hărți spațiale ale modului în care neuronii trunchiului cerebral răspund la feedback-ul de la organele interne.

Ei au descoperit că feedback-ul de la diferite organe activează grupuri discrete de neuroni, indiferent dacă informația este de natură mecanică sau chimică – și aceste grupuri de neuroni care reprezintă diferite organe sunt organizate topografic în trunchiul cerebral. În plus, ei au descoperit că inhibarea în creier joacă un rol cheie în a ajuta neuronii să răspundă selectiv la organe.

„Studiul nostru dezvăluie elementele fundamentale ale reprezentării diferitelor organe interne în trunchiul cerebral”, a spus autorul principal. Chen a fugitcercetător în biologie celulară la HMS.

Cercetarea este doar un prim pas în elucidarea modului în care organele interne comunică cu creierul. Cu toate acestea, dacă rezultatele sunt confirmate la alte specii, inclusiv la oameni, ele ar putea ajuta oamenii de știință să dezvolte strategii terapeutice mai bune pentru boli precum tulburările de alimentație, vezica urinară hiperactivă, diabetul, tulburările pulmonare și hipertensiunea care apar atunci când senzorul intern merge prost.

„Cred că înțelegerea modului în care aportul senzorial este codificat de creier este unul dintre marile mistere ale funcției creierului”, a spus autorul principal. Ştefan Liberles, profesor de biologie celulară la Institutul Blavatnik de la HMS și cercetător la Institutul Medical Howard Hughes. „Ajută să înțelegem cum funcționează creierul pentru a genera percepții și a evoca comportamente.”

Înțeles și neînțeles

Timp de aproape un secol, oamenii de știință au studiat modul în care creierul procesează informațiile externe pentru a forma simțurile de bază ale văzului, mirosului, auzului, gustului și atingerii pe care le folosim pentru a naviga prin lume. De-a lungul timpului, ei și-au compilat descoperirile pentru a arăta modul în care diferite zone senzoriale ale creierului sunt organizate pentru a reprezenta diferiți stimuli.

La mijlocul anilor 1900, de exemplu, cercetările în atingere i-au determinat pe oamenii de știință să dezvolte homunculul cortical pentru sistemul somatosenzorial – o ilustrație care înfățișează părți ale corpului de desene animate drapate pe suprafața creierului, fiecare parte fiind poziționată astfel încât să se alinieze cu locul în care se află. . prelucrate și desenate la scară în funcție de sensibilitate. În 1981, profesorii de la Harvard David Hubel și Torsten Wiesel au câștigat un Premiu Nobel pentru cercetările lor asupra vederii, în care au cartografier metodic cortexul vizual al creierului prin înregistrarea activității electrice a neuronilor individuali care răspund la stimulii vizuali. În 2004, o altă pereche de oameni de știință a câștigat un premiu Nobel pentru studiile lor asupra sistemului olfactiv, în care au identificat sute de receptori olfactivi și au dezvăluit cu exactitate cum sunt organizate intrările de miros în nas și creier.

Oamenii de știință au dezvoltat homunculus cortical ca o hartă a procesării somatosenzoriale din creier. Imagine: OpenStax College/CC BY 3.0

Cu toate acestea, până acum, procesul prin care creierul detectează și organizează reacțiile organelor interne pentru reglarea funcțiilor fiziologice de bază precum foamea, sațietatea, setea, greața, durerea, respirația, ritmul inimii și tensiunea arterială a rămas misterios.

„Modul în care creierul primește inputuri din interiorul corpului și modul în care procesează aceste inputuri a fost mult studiat și înțeles greșit”, a spus Liberles.

Acest lucru se poate datora faptului că detectarea internă este mai complicată decât detectarea externă, a adăugat Ran. Simțurile externe, a explicat el, tind să primească informații într-un singur format. Vederea, de exemplu, se bazează în întregime pe detectarea luminii.

În schimb, organele interne transmit informații prin forțe mecanice, hormoni, nutrienți, toxine, temperatură etc., fiecare dintre acestea putând acționa asupra mai multor organe și are ca rezultat răspunsuri fiziologice multiple. Întinderea mecanică, de exemplu, semnalează nevoia de a urina atunci când apare în vezică, dar se traduce prin sațietate când apare în stomac și declanșează un reflex de a opri inhalarea în plămâni.

O constelație de neuroni

În noul lor studiu, Liberles, Ran și colegii lor s-au concentrat asupra unei regiuni a trunchiului cerebral numită nucleus tractus solitarius sau NTS.

Se știe că NTS primește informații senzoriale de la organele interne prin nervul vag. Transmite aceste informații către regiunile creierului de ordin superior care reglează răspunsurile fiziologice și generează comportamente. În acest fel, NTS servește ca o poartă senzorială internă pentru creier.

Cercetătorii au folosit o tehnică puternică numită imagistica cu doi fotoni de calciu care măsoară nivelurile de calciu din neuronii individuali din creier ca indicator al activității neuronale.

Echipa a aplicat această tehnică șoarecilor expuși la diferite tipuri de stimuli de organe interne și a folosit un microscop pentru a înregistra simultan răspunsurile a mii de neuroni din NTS de-a lungul timpului. Videoclipurile rezultate arată neuronii care se declanșează în tot NTS, la fel ca stelele care se aprind și se opresc pe cerul nopții.

Add Comment