Neuroteadlased, kes tunnevad huvi aju töötamise vastu, keskenduvad loomulikult neuronitele, rakkudele, mis suudavad elektriliste impulsside kaudu üksteisele mõtte- ja mõtteelemente edasi anda. Kuid samavõrra väärib uurimist ka aine, mis on nende vahel – viskoosne kate nende neuronite välisküljel. Ligikaudu samaväärne meie nina ja liigeste kõhrega, kleepub kraam nagu kalavõrk mõne meie neuroni külge, inspireerides nimetust perineuronaalsed võrgud (PNN). Need koosnevad pikkadest suhkrumolekulide ahelatest, mis on kinnitatud valgukarkassile ja hoiavad neuroneid paigal, takistades nende tärkamist ja uute ühenduste loomist.
Arvestades seda võimet, annab see vähetuntud närvikate vastused mõnele kõige mõistatuslikumale küsimusele aju kohta: miks noored ajud neelavad uut teavet nii kergesti? Miks on posttraumaatilise stressihäirega (PTSD) kaasnevaid hirmuäratavaid mälestusi nii raske unustada? Miks on pärast alkoholist sõltuvusse sattumist nii raske joomist lõpetada? Ja vastavalt uued uuringud neuroteadlase Arkady Khoutorsky ja tema kolleegide McGilli ülikoolist teame nüüd, et PNN-id selgitavad ka seda, miks valu võib tekkida ja püsida nii kaua pärast närvikahjustust.
Neuraalne plastilisus on närvivõrkude võime muutuda vastuseks elukogemustele või end pärast ajukahjustust parandada. Selliseid pingutusteta muutuste võimalusi nimetatakse kriitilisteks perioodideks, kui need tekivad varases elus. Mõelge sellele, kui kergesti imikud keelt omandavad, kuid kui raske on võõrkeelt õppida täiskasvanuna. Mõnes mõttes tahaksime seda: pärast keerukate närvivõrkude moodustumist, mis võimaldavad meil emakeelt mõista, on oluline, et need oleksid lukustatud, nii et võrgud jääksid meie ülejäänud eluks suhteliselt häirimatuks.
See tähendab, et pärast kriitilist perioodi muutuvad närvivõrgud muutustele vastupidavaks ja PNN-id on selle peamiseks põhjuseks. Need moodustuvad neuronite kohal ja lukustavad närvivõrgu juhtmestiku kriitilise perioodi lõpus. See juhtub kõige sagedamini vanuses 2–8, kuid PNN-id tekivad neuronites ka täiskasvanueas seoses käitumisega, mida on raske murda, või pikaajaliste mälestuste kujunemisel. Kui suudaksime kriitiliste perioodide sulgemist edasi lükata või neid hiljem elus kuidagi uuesti avada, taastaks see noorusliku närviplastilisuse, soodustaks vigastustest taastumist ja kõrvaldaks muutustele vastupidavad rasked neuroloogilised häired.
Hiljutised uuringud näitavad, et seda saab tõepoolest teha lihtsalt PNN-idega manipuleerides. Näiteks looma täielikus pimeduses hoidmine aeglustab PNN-ide arengut nägemisneuronitel, hoides närviplastilisuse kriitilise perioodi avatuna nägemisprobleemide parandamiseks palju kauem. Keemilised ained ja geenimanipulatsioon võivad samuti PNN-e halvendada ja kriitilisi perioode uuesti avada ning teadlased on seda teinud selleks, et panna hiired unustama mälestusi, mis neile PTSD-d põhjustasid (nende puhul mälestused elektrilöögist, mis anti kohe pärast helisignaali kuulmist).
Samuti on võimalik stimuleerida PNN-ide kasvu. See juhtub siis, kui keegi joob liigselt alkoholi, mille tulemusena moodustuvad need võrgud sõltuvusega seotud neuronites. Usutakse, et kate kaitseb neuroneid alkoholi keemilise toksilisuse eest, kuid see lukustab ka mõtteprotsessi, mis kutsub esile ülitugeva joogitungi.
Kuigi neuroteadlased on viimastel aastakümnetel PNN-ide nendest aspektidest õppinud, oli PNN-ide mõju kroonilisele valule ootamatu hiljutine avastus. See töö, mis laiendab võrkude mõju kriitilistest perioodidest kaugemale, mitte ainult ei paranda meie arusaamist valu põhiteadusest, vaid annab meile ka parema pildi PNN-idest endast.
Krooniline valu, mis püsib kaua pärast vigastust, peegeldab muutust neuronaalses vooluringis, millest võib olla raske üle saada. Kui miski valutab, lööb kaasa kogu meie keha. Spetsiaalsed valuneuronid kogu kehas edastavad närviimpulsse seljaajusse, kus need edastatakse ajju. See tähendab, et seljaaju mängib meie valutundes olulist rolli; Tõepoolest, arstid juhivad sünnitusvalu sageli epiduraaliga, mis hõlmab anesteetikumide süstimist nimmepiirkonna seljaaju ümbritsevasse ruumi, blokeerides närviimpulsside jõudmise ajju.
Kujutage nüüd ette, et selle asemel, et neuraalset ülekannet maha suruda, muudab närvivigastus need neuronid ülitundlikuks. Isegi õrn puudutus kahjustatud piirkonnas põhjustaks neuronaalsete impulsside tulva, mis liigub mööda seljaaju üles, registreerides end intensiivse valuna. Varasemad uuringud tuvastasid mitu mehhanismi, mis võivad sellist ülitundlikkust põhjustada, kuid keegi ei oodanud PNN-ide kaasamist.
Mõni aasta tagasi nägi Khoutorsky aga paberit, mis teatas, et PNN-id katavad teatud väikseid neuroneid ajupiirkonnas, kus edastatakse valuinfot. Need "inhibeerivad interneuronid" moodustavad valuneuronitel sünapsid, mis pärsivad nende võimet valusignaale edastada. Khoutorsky mõtles, kas PNN-id võivad teha midagi sarnast seljaaju kriitilises valureleepunktis, ja ta palus oma kraadiõppuril Shannon Tansleyl seda uurida. "Sel ajal ei teatud midagi," ütles Khoutorsky.
Tansley leidis tõepoolest, et PNN-id ümbritsesid teatud neuroneid seljaajus, kus see edastab valusignaale ajju. Neuronidel on pikad aksonid ("saba", mis saadab signaale reas järgmisele rakule), mis suunavad seljaaju mööda ajju. Neil on ka PNN-i väikeste aukude kaudu kinnitatud inhibeerivate interneuronite komplekt ja inhibeerivad neuronid võivad summutada pikkade väljaulatuvate neuronite vallandumist, vähendades ajju jõudvat signaali ja vähendades valutunnet. Tansley avastas oma üllatuseks, et ainult need inhibeerivad neuronid seljaaju releepunktis olid kaetud PNN-idega.
See leid inspireeris Khoutorsky meeskonda tegema katseid laborihiirtega, et teha kindlaks, kas need võrgud on mingil moel seotud kroonilise valuga pärast perifeerse närvi vigastust. Nad lõikasid oksi hiire tagumise jala närvi, mida tuntakse istmikunärvi all, ajal, mil see oli üldnarkoosis. See jäljendab inimeste istmikuvigastusi, mis teadaolevalt põhjustavad püsivat valu. Päevi hiljem mõõtis Khoutorsky meeskond hiire valuläve mittekahjulike testidega, näiteks ajastades, kui kiiresti see soojendatud pinnalt tagasi põrkas. Nagu oodatud, nägi meeskond hiire ekraanil järsult valutundlikkust, kuid nad märkasid ka, et väljaulatuvate neuronite ümber olevad PNN-id olid lahustunud. Nii nagu aju muutused kriitilistel perioodidel mõjutavad PNN-e, olid järsud muutused pärast närvikahjustust hiirel muutnud PNN-e tema seljaaju valuahelas.
Seejärel selgitas meeskond välja, mis võrkude hävimise põhjustas: mikrogliia, aju- ja seljaajurakud, mis käivitavad pärast haigusi ja vigastusi paranemist. Mikrogliia ja valu vahelise seose testimiseks pöördus meeskond hiirte poole, kellel praktiliselt puudus mikrogliia (see sai võimalikuks geenitehnoloogia abil) ja tegi sama operatsiooni. Nendel hiirtel jäid PNN-id pärast istmikunärvi operatsiooni puutumatuks ja märkimisväärselt ei muutunud hiired valulike stiimulite suhtes ülitundlikuks. Seose kinnitamiseks kasutas meeskond võrkude lahustamiseks erinevaid vahendeid, mis tõstsid hiirte valutundlikkust.
See tõestas, et PNN-id pärsisid otseselt valutundlikkust. Mõõtes sünaptilist ülekannet elektroodidega, sai Khoutorsky meeskond isegi teada, kuidas see töötab. PNN-ide degradeerimine põhjustas ahelreaktsiooni, mille tulemusel suurenes signaaliülekanne projitseerivatelt neuronitelt, mis saadavad valusignaale ajju: kui närvikahjustusele reageerinud mikrogliia lahustas PNN-id, nõrgendas see inhibeerivate neuronite mõju, mis tavaliselt summutavad neuronite vallandumist. aju projektsiooni neuronid. Inhibeerivate pidurite kaotamine tähendas närvipõletust ja tugevat valu.
Microglia vabastab palju aineid, mis põhjustavad valuneuronite ülitundlikkust pärast närvikahjustust, kuid nende ootamatul toimel PNN-idele on suur eelis: spetsiifilisus. "Tavaliselt lukustavad perineuronaalsed võrgud plastilisuse ja kaitsevad ka rakke," ütles Khoutorsky. "Miks siis on need võrgud ainult nende valurelee neuronite ümber, mitte aga teiste [lähedal asuvate] rakutüüpide ümber?" Ta kahtlustab, et selle põhjuseks on see, et see valu edasikandumise punkt seljaajus on nii oluline, et need neuronid ja nende ühendused vajavad täiendavat kaitset, et nende kontroll valu ülekandumise üle oleks tugev ja usaldusväärne. Ainult midagi nii dramaatilist nagu närvikahjustus võib seda stabiilsust häirida.
"Selle mehhanismi ilu seisneb selles, et see on selektiivne konkreetsete rakutüüpide jaoks, " ütles Khoutorsky. Ained, mis vabanevad mikrogliiast, et suurendada närvipõletust ja põhjustada valu pärast närvikahjustust, mõjutavad kõiki läheduses asuvaid rakke, kuid PNN-id ümbritsevad ainult neid neuroneid täpselt seljaaju kriitilises releepunktis.
Selle uue kroonilise valu mehhanismi paremaks mõistmiseks on käimas uuringud. Kui teadlased suudavad välja töötada meetodid PNN-ide taastamiseks nendel neuronitel pärast vigastust, võib see pakkuda kroonilise valu jaoks uut ravi – see on tungiv vajadus, arvestades, et opiaadid, praegune lahendus, kaotavad aja jooksul oma tõhususe ja võivad muutuda sõltuvust tekitavaks või lõppeda surmaga. üleannustamine.
Neuronites toimuv on põnev ja seda on oluline mõista, kuid närvivõrgustikud moodustavad omavahel ühendatud üksikud neuronid ja siin on nendevahelises ruumis tähelepanuta jäetud kõhreline tsement ülioluline.
