Oamenii de știință, interesați de modul în care funcționează creierul, se concentrează în mod natural pe neuroni, celulele care își pot transmite elemente de simț și gândire între ele prin impulsuri electrice. Dar la fel de demn de studiat este o substanță care se află între ei - o acoperire vâscoasă pe exteriorul acestor neuroni. Aproximativ echivalent cu cartilajul din nasul și articulațiile noastre, chestia se lipește ca o plasă de pescuit de unii dintre neuronii noștri, inspirând denumirea de plase perineuronale (PNN). Sunt compuse din lanțuri lungi de molecule de zahăr atașate de o schelă proteică și țin neuronii în loc, împiedicându-i să încolțească și să facă noi conexiuni.
Având în vedere această abilitate, acest înveliș neural puțin cunoscut oferă răspunsuri la unele dintre cele mai încurcate întrebări despre creier: De ce creierul tânăr absorb atât de ușor informații noi? De ce amintirile înfricoșătoare care însoțesc tulburarea de stres posttraumatic (PTSD) sunt atât de greu de uitat? De ce este atât de greu să renunți la băutură după ce devii dependent de alcool? Și conform noi cercetări de la neurologul Arkady Khoutorsky și colegii săi de la Universitatea McGill, știm acum că PNN-urile explică și de ce durerea se poate dezvolta și persista atât de mult după o leziune nervoasă.
Plasticitatea neuronală este capacitatea rețelelor neuronale de a se schimba ca răspuns la experiențele din viață sau de a se repara după leziuni cerebrale. Astfel de oportunități de schimbare fără efort sunt cunoscute ca perioade critice când apar devreme în viață. Luați în considerare cât de ușor înțeleg bebelușii limba, dar cât de dificil este să învețe o limbă străină ca adult. Într-un fel, asta este ceea ce ne-am dori: după ce se formează rețelele neuronale complexe care ne permit să înțelegem limba noastră maternă, este important ca acestea să fie blocate, astfel încât rețelele să rămână relativ netulburate pentru tot restul vieții noastre.
Aceasta înseamnă că, după o perioadă critică, rețelele neuronale devin rezistente la schimbare, iar PNN-urile sunt un motiv major pentru care. Se formează peste neuroni și blochează cablajul rețelei neuronale la sfârșitul perioadei critice. Acest lucru se întâmplă cel mai adesea între 2 și 8 ani, dar PNN-urile se formează și pe neuroni la vârsta adultă în asociere cu comportamente greu de spart sau în formarea de amintiri pe termen lung. Dacă am putea întârzia închiderea perioadelor critice sau le-am redeschide cumva mai târziu în viață, acest lucru ar restabili plasticitatea neuronală tinerească, ar promova recuperarea după leziuni și ar anula tulburările neurologice dificile care sunt rezistente la schimbare.
Cercetări recente arată că acest lucru se poate face într-adevăr, prin simpla manipulare a PNN-urilor. De exemplu, menținerea unui animal în întuneric complet încetinește dezvoltarea PNN-urilor pe neuronii vizuali, menținând deschisă perioada critică pentru plasticitatea neuronală pentru a corecta problemele de vedere mult mai mult timp. Agenții chimici și manipularea genetică pot, de asemenea, degrada PNN-urile și redeschide perioadele critice, iar cercetătorii au făcut acest lucru pentru a-i face pe șoareci să uite amintirile care le-au provocat PTSD (în cazul lor, amintirile unui șoc electric administrat imediat după ce au auzit un ton).
De asemenea, este posibil să se stimuleze creșterea PNN-urilor. Acest lucru se întâmplă atunci când cineva bea alcool în exces, ceea ce are ca rezultat formarea acestor rețele pe neuronii implicați în dependență. Se crede că învelișul protejează neuronii de toxicitatea chimică a alcoolului, dar blochează și procesul de gândire care declanșează o dorință copleșitoare de a bea.
În timp ce neurologii au aflat despre aceste aspecte ale PNN-urilor în ultimele decenii, influența PNN-urilor asupra durerii cronice a fost o descoperire recentă neașteptată. Această lucrare, care extinde și mai mult influența plaselor dincolo de perioadele critice, nu numai că ne îmbunătățește înțelegerea științei de bază a durerii, dar ne oferă și o imagine mai bună a PNN-urilor înșiși.
Durerea cronică, care persistă mult timp după o leziune, reflectă o schimbare a circuitelor neuronale care poate fi dificil de depășit. Când ceva doare, tot corpul nostru se implică. Neuronii specializați pentru durere din tot corpul transmit impulsuri neuronale în măduva spinării, unde sunt transmise creierului. Aceasta înseamnă că măduva spinării joacă un rol major în sentimentul nostru de durere; într-adevăr, medicii gestionează adesea durerea la naștere prin administrarea unei epidurale, care implică injectarea de anestezice în spațiul din jurul măduvei spinării lombare, blocând impulsurile neuronale să ajungă la creier.
Acum imaginați-vă dacă în loc să suprimați transmisia neuronală în acest moment, o leziune nervoasă a făcut acei neuroni hipersensibili. Chiar și o atingere blândă a zonei afectate ar provoca un val de impulsuri neuronale care să urce în măduva spinării, înregistrându-se ca durere intensă. Cercetările anterioare au identificat mai multe mecanisme care pot provoca o astfel de hipersensibilizare, dar nimeni nu se aștepta ca PNN-urile să fie implicate.
Cu câțiva ani în urmă, totuși, Khoutorsky a văzut o lucrare care raporta că PNN-urile acoperă anumiți neuroni mici într-o regiune a creierului unde se transmite informații despre durere. Acești „interneuroni inhibitori” formează sinapse pe neuronii durerii, suprimându-le capacitatea de a transmite semnale de durere. Khoutorsky s-a întrebat dacă PNN-urile ar putea face ceva asemănător la punctul critic de transmitere a durerii din interiorul măduvei spinării și i-a cerut studentului său absolvent Shannon Tansley să se uite la asta. „La acel moment nu se știa nimic”, a spus Khoutorsky.
Tansley a descoperit într-adevăr că PNN-urile încadreau anumiți neuroni în măduva spinării, unde transmite semnale de durere către creier. Neuronii au axoni lungi („coada” care trimite semnale către următoarea celulă din linie) care îndreaptă măduva spinării spre creier. Ei au, de asemenea, un set de interneuroni inhibitori atașați la ei prin găuri mici din PNN, iar neuronii inhibitori pot opri declanșarea neuronilor lungi, micșorând semnalul care ajunge la creier și tocind senzația de durere. Tansley a descoperit, spre surprinderea ei, că numai acești neuroni inhibitori din punctul de releu al măduvei spinării erau acoperiți cu PNN.
Această descoperire a inspirat echipa lui Khoutorsky să întreprindă experimente pe șoareci de laborator pentru a determina dacă aceste plase au fost într-un fel implicate în durerea cronică după o leziune a nervului periferic. Au tăiat ramuri ale nervului piciorului posterior al șoarecelui, cunoscut sub numele de sciatic, în timp ce acesta era sub anestezie generală. Aceasta imită leziunile sciatice la oameni, despre care se știe că provoacă durere persistentă. Câteva zile mai târziu, echipa lui Khoutorsky a măsurat pragul de durere al șoarecelui cu teste non-vătămătoare, cum ar fi cronometrarea cât de repede s-a retras de pe o suprafață încălzită. După cum era de așteptat, echipa a văzut că mouse-ul afișează sensibilitate la durere crescută - dar au observat, de asemenea, că PNN-urile din jurul neuronilor proiectați s-au dizolvat. La fel cum modificările creierului în perioadele critice afectează PNN-urile, schimbările bruște după leziunile nervoase la șoarece au modificat PNN-urile din circuitul durerii măduvei spinării.
Apoi, echipa și-a dat seama ce a cauzat distrugerea plaselor: microglia, celulele creierului și ale măduvei spinării care inițiază reparații după boală și răni. Pentru a testa legătura dintre microglia și durere, echipa a apelat la șoareci fără microglia (făcută posibilă prin inginerie genetică) și a efectuat aceeași operație. La acești șoareci, PNN-urile au rămas intacte după intervenția chirurgicală a nervului sciatic și, în mod remarcabil, șoarecii nu au devenit hipersensibili la stimulii dureroși. Pentru a confirma conexiunea, echipa a folosit diverse mijloace pentru a dizolva plasele, ceea ce a crescut sensibilitatea șoarecilor la durere.
Acest lucru a dovedit că PNN-urile suprimau direct sensibilitatea la durere. Măsurând transmisia sinaptică cu electrozi, echipa lui Khoutorsky a aflat chiar cum funcționează. Degradarea PNN-urilor a provocat o reacție în lanț care a dus la o semnalizare crescută de la neuronii proiectanți care trimit semnale de durere către creier: atunci când microglia care răspunde la leziunea nervoasă a dizolvat PNN-urile, acest lucru a slăbit influența neuronilor inhibitori care în mod normal atenuează declanșarea neuronii de proiecție a creierului. Pierderea frânelor inhibitoare a însemnat declanșare neurală fugitivă și durere intensă.
Microglia eliberează multe substanțe care fac ca neuronii durerși să devină hipersensibili după leziuni nervoase, dar acțiunea lor neașteptată asupra PNN-urilor are un avantaj major: specificitatea. „De obicei, ceea ce fac rețelele perineuronale este că blochează plasticitatea și, de asemenea, protejează celulele”, a spus Khoutorsky. „De ce sunt aceste rețele numai în jurul acestor neuroni releu durerii și nu în jurul altor tipuri de celule [în apropiere]?” El bănuiește că se datorează faptului că acest punct de releu al durerii din măduva spinării este atât de important încât acești neuroni și conexiunile lor au nevoie de protecție suplimentară, astfel încât controlul lor asupra transmiterii durerii să fie puternic și de încredere. Doar ceva atât de dramatic ca o leziune neuronală poate perturba această stabilitate.
„Frumusețea acestui mecanism este că este selectiv pentru anumite tipuri de celule”, a spus Khoutorsky. Substanțele eliberate de microglia pentru a crește declanșarea neuronală și a provoca durere după leziuni neuronale afectează toate tipurile de celule din vecinătate, dar PNN-urile acoperă doar acești neuroni exact în punctul de releu critic din măduva spinării.
Cercetările sunt în desfășurare pentru a înțelege mai bine acest nou mecanism al durerii cronice. Dacă cercetătorii pot dezvolta metode pentru a reconstrui PNN-urile pe acești neuroni după leziuni, ar putea oferi un nou tratament pentru durerea cronică - o necesitate urgentă, având în vedere că opiaceele, soluția actuală, își pierd potența în timp și pot deveni dependență sau pot duce la moarte. supradozaj.
Ceea ce se întâmplă în interiorul neuronilor este fascinant și important de înțeles, dar rețelele neuronale sunt formate din neuroni individuali legați între ei, iar aici este vital cimentul cartilaginos neglijat din spațiul dintre ei.
