Nevroznanstveniki, ki jih zanima, kako delujejo možgani, se seveda osredotočajo na nevrone, celice, ki lahko medsebojno prenašajo elemente čutov in misli prek električnih impulzov. Toda enako vredna študija je snov, ki je med njima – viskozna prevleka na zunanji strani teh nevronov. Približno enakovredna hrustancu v naših nosovih in sklepih, se ta snov oprime nekaterih naših nevronov kot ribiška mreža, kar navdihuje ime perinevronske mreže (PNN). Sestavljeni so iz dolgih verig molekul sladkorja, pritrjenih na beljakovinski oder, in držijo nevrone na mestu ter jim preprečujejo kalitev in ustvarjanje novih povezav.
Glede na to sposobnost ta malo znana nevronska prevleka ponuja odgovore na nekatera najbolj zagonetna vprašanja o možganih: Zakaj mladi možgani tako zlahka absorbirajo nove informacije? Zakaj je strašljive spomine, ki spremljajo posttravmatsko stresno motnjo (PTSM), tako težko pozabiti? Zakaj je tako težko prenehati piti, potem ko postaneš odvisen od alkohola? In glede na nove raziskave nevroznanstvenika Arkadija Khoutorskega in njegovih kolegov z univerze McGill zdaj vemo, da PNN pojasnjujejo tudi, zakaj se lahko bolečina razvije in vztraja tako dolgo po poškodbi živca.
Nevronska plastičnost je sposobnost nevronskih mrež, da se spremenijo kot odziv na izkušnje v življenju ali da se popravijo po možganski poškodbi. Takšne priložnosti za spremembe brez napora so znane kot kritična obdobja, ko se pojavijo zgodaj v življenju. Razmislite, kako zlahka se dojenčki naučijo jezika, a kako težko se je tujega jezika naučiti kot odrasel. Na nek način je to tisto, kar bi si želeli: Ko se oblikujejo zapletene nevronske mreže, ki nam omogočajo razumevanje našega maternega jezika, je pomembno, da so zaklenjene, tako da mreže ostanejo razmeroma nemotene do konca našega življenja.
To pomeni, da nevronske mreže po kritičnem obdobju postanejo odporne na spremembe in PNN so glavni razlog za to. Nastanejo nad nevroni in ob koncu kritičnega obdobja zaklenejo ožičenje nevronske mreže. To se najpogosteje zgodi med 2. in 8. letom starosti, vendar se PNN tvorijo tudi na nevronih v odrasli dobi v povezavi z vedenjem, ki ga je težko prekiniti, ali pri oblikovanju dolgoročnih spominov. Če bi lahko odložili zaprtje kritičnih obdobij ali jih nekako znova odprli pozneje v življenju, bi to obnovilo mladostno nevronsko plastičnost, spodbudilo okrevanje po poškodbah in odpravilo težke nevrološke motnje, ki so odporne na spremembe.
Nedavne raziskave kažejo, da je to res mogoče storiti, preprosto z manipulacijo PNN. Na primer, zadrževanje živali v popolni temi upočasni razvoj PNN na vidnih nevronih, zaradi česar je kritično obdobje za nevronsko plastičnost za odpravo težav z vidom odprto veliko dlje. Kemični agensi in genetska manipulacija lahko prav tako razgradijo PNN in ponovno odprejo kritična obdobja, raziskovalci pa so to storili, da bi miši pozabile na spomine, ki so jim povzročili PTSP (v njihovem primeru spomine na električni šok, ki so ga dali takoj po tem, ko so slišale ton).
Možno je tudi spodbuditi rast PNN. To se zgodi, ko nekdo prekomerno pije alkohol, kar povzroči nastanek teh mrež na nevronih, ki sodelujejo pri zasvojenosti. Prevleka naj bi ščitila nevrone pred kemično strupenostjo alkohola, vendar tudi zaklene miselni proces, ki sproži nemočno željo po pitju.
Medtem ko so se nevroznanstveniki v zadnjih nekaj desetletjih naučili o teh vidikih PNN, je bil vpliv PNN na kronično bolečino nepričakovano nedavno odkritje. To delo, ki dodatno razširja vpliv mrež preko kritičnih obdobij, ne le izboljšuje naše razumevanje osnovne znanosti o bolečini, temveč nam daje tudi boljšo sliko samih PNN.
Kronična bolečina, ki traja dolgo po poškodbi, odraža spremembo v nevronskem vezju, ki jo je težko premagati. Ko nas nekaj boli, se vključi celotno telo. Specializirani nevroni za bolečino po vsem telesu prenašajo živčne impulze v hrbtenjačo, kjer se posredujejo v možgane. To pomeni, da ima hrbtenjača pomembno vlogo pri občutku bolečine; dejansko zdravniki pogosto obvladajo porodno bolečino z dajanjem epiduralne anestezije, ki vključuje injiciranje anestetikov v prostor, ki obdaja ledveno hrbtenjačo, in blokira živčne impulze, da bi dosegli možgane.
Zdaj pa si predstavljajte, da namesto zatiranja živčnega prenosa na tej točki poškodba živca povzroči preobčutljivost teh nevronov. Tudi nežen dotik na prizadetem območju bi povzročil val nevronskih impulzov, ki bi potovali po hrbtenjači navzgor, kar bi se zabeležilo kot intenzivna bolečina. Prejšnje raziskave so odkrile več mehanizmov, ki lahko povzročijo takšno preobčutljivost, vendar nihče ni pričakoval, da bodo vpleteni PNN.
Pred nekaj leti pa je Khoutorsky videl članek, ki je poročal, da PNN prekrivajo določene majhne nevrone v predelu možganov, kjer se prenašajo informacije o bolečini. Ti »inhibitorni internevroni« tvorijo sinapse na bolečinskih nevronih in zavirajo njihovo sposobnost prenosa bolečinskih signalov. Khoutorsky se je spraševal, ali PNN morda počnejo nekaj podobnega na kritični točki prenosa bolečine v hrbtenjači, in prosil je svojo študentko Shannon Tansley, naj to preuči. "Takrat še ni bilo nič znanega," je dejal Khoutorsky.
Tansley je res ugotovil, da PNN-ji obdajajo določene nevrone v hrbtenjači, kjer posredujejo signale bolečine v možgane. Nevroni imajo dolge aksone (»rep«, ki pošilja signale naslednji celici v vrsti), ki kažejo navzgor po hrbtenjači do možganov. Imajo tudi niz zaviralnih internevronov, pritrjenih nanje skozi majhne luknje v PNN, in zaviralni nevroni lahko zadušijo proženje dolgih štrlečih nevronov, zmanjšajo signal, ki doseže možgane, in ublažijo občutek bolečine. Tansleyjeva je na svoje presenečenje odkrila, da so samo ti zaviralni nevroni v relejni točki hrbtenjače prevlečeni s PNN.
Ta ugotovitev je navdihnila Khoutorskyjevo ekipo, da je izvedla poskuse na laboratorijskih miših, da bi ugotovila, ali so te mreže nekako vpletene v kronično bolečino po poškodbi perifernega živca. Odrezali so veje mišjega živca zadnje noge, znanega kot išias, medtem ko je bila pod splošno anestezijo. To posnema poškodbe ishiasa pri ljudeh, za katere je znano, da povzročajo dolgotrajne bolečine. Nekaj dni kasneje je ekipa Khoutorskyja izmerila prag bolečine pri miših z neškodljivimi testi, kot je merjenje časa, kako hitro se je odmaknila od segrete površine. Kot je bilo pričakovano, je ekipa videla, da je miška prikazala močno povečano občutljivost za bolečino - vendar so tudi opazili, da so se PNN okoli štrlečih nevronov raztopili. Tako kot spremembe možganov v kritičnih obdobjih vplivajo na PNN, so nenadne spremembe po poškodbi živca pri miši spremenile PNN v njenem bolečem krogu hrbtenjače.
Ekipa je nato ugotovila, kaj povzroča uničenje mrež: mikroglija, celice možganov in hrbtenjače, ki sprožijo popravila po bolezni in poškodbi. Da bi preizkusili povezavo med mikroglijo in bolečino, se je ekipa obrnila na miši brez mikroglije (kar je omogočilo gensko inženirstvo) in izvedla isto operacijo. Pri teh miših so PNN ostali nedotaknjeni po operaciji ishiadičnega živca in, presenetljivo, miši niso postale preobčutljive na boleče dražljaje. Da bi potrdili povezavo, je ekipa uporabila različne načine za raztapljanje mrež, kar je povečalo občutljivost miši na bolečino.
To je dokazalo, da so PNN neposredno zavirali občutljivost na bolečino. Z merjenjem sinaptičnega prenosa z elektrodami je ekipa Khoutorskyja celo ugotovila, kako deluje. Razgradnja PNN je povzročila verižno reakcijo, ki je povzročila povečano signalizacijo iz projiciranih nevronov, ki pošiljajo signale bolečine v možgane: ko je mikroglija, ki se je odzvala na poškodbo živca, raztopila PNN, je to oslabilo vpliv zaviralnih nevronov, ki običajno zavirajo proženje živcev. nevroni možganske projekcije. Izguba njihovih zaviralnih zavor je pomenila bežno živčno proženje in močno bolečino.
Mikroglija sprošča veliko snovi, zaradi katerih bolečinski nevroni po poškodbi živca postanejo preobčutljivi, vendar ima njihovo nepričakovano delovanje na PNN veliko prednost: specifičnost. "Običajno perinevronske mreže zaklenejo plastičnost in tudi zaščitijo celice," je dejal Khoutorsky. "Torej, zakaj so te mreže samo okoli teh nevronov za prenos bolečine in ne okoli drugih vrst celic [v bližini]?" Sumi, da zato, ker je ta bolečinska relejna točka v hrbtenjači tako pomembna, ti nevroni in njihove povezave potrebujejo dodatno zaščito, tako da je njihov nadzor nad prenosom bolečine močan in zanesljiv. Samo nekaj tako dramatičnega, kot je nevronska poškodba, lahko poruši to stabilnost.
"Lepota tega mehanizma je, da je selektiven za specifične vrste celic," je dejal Khoutorsky. Snovi, ki se sproščajo iz mikroglije, da povečajo nevralno proženje in povzročijo bolečino po nevralni poškodbi, vplivajo na vse vrste celic v bližini, vendar PNN objamejo le te nevrone natančno na kritični relejni točki v hrbtenjači.
Raziskave potekajo za boljše razumevanje tega novega mehanizma kronične bolečine. Če lahko raziskovalci razvijejo metode za ponovno izgradnjo PNN na teh nevronih po poškodbi, bi to lahko zagotovilo novo zdravljenje kronične bolečine – kar je nujno potrebno, saj opiati, trenutna rešitev, sčasoma izgubijo moč in lahko postanejo zasvojeni ali povzročijo smrt. prevelik odmerek.
Kar se dogaja znotraj nevronov, je fascinantno in pomembno za razumevanje, vendar nevronske mreže tvorijo posamezni nevroni, povezani med seboj, in tu je ključnega pomena zapostavljeni hrustančni cement v prostoru med njimi.
