นักประสาทวิทยาสนใจวิธีการทำงานของสมอง โดยธรรมชาติจะมุ่งความสนใจไปที่เซลล์ประสาท เซลล์ที่สามารถถ่ายทอดองค์ประกอบของความรู้สึกและความคิดซึ่งกันและกันผ่านแรงกระตุ้นทางไฟฟ้า แต่สิ่งที่ควรค่าแก่การศึกษาเท่าเทียมกันก็คือสารที่อยู่ระหว่างเซลล์เหล่านี้ ซึ่งเป็นสารเคลือบหนืดที่ด้านนอกของเซลล์ประสาทเหล่านี้ เทียบเท่ากับกระดูกอ่อนในจมูกและข้อต่อของเรา สิ่งของเหล่านี้เกาะติดเหมือนแหจับปลากับเซลล์ประสาทบางส่วนของเรา ซึ่งเป็นแรงบันดาลใจให้ตั้งชื่อว่าตาข่ายฝีเย็บ (PNNs) ประกอบด้วยโมเลกุลน้ำตาลสายยาวที่ติดอยู่กับโครงนั่งร้านโปรตีน และพวกมันยึดเซลล์ประสาทไว้กับที่ ป้องกันไม่ให้พวกมันงอกและสร้างการเชื่อมต่อใหม่
ด้วยความสามารถนี้ สารเคลือบประสาทที่ไม่ค่อยมีใครรู้จักนี้ให้คำตอบสำหรับคำถามบางข้อที่สงสัยเกี่ยวกับสมองมากที่สุด: ทำไมสมองรุ่นเยาว์จึงดูดซับข้อมูลใหม่ได้อย่างง่ายดาย ทำไมความทรงจำที่น่ากลัวที่มาพร้อมกับโรคเครียดหลังเหตุการณ์สะเทือนใจ (PTSD) จึงยากที่จะลืม? เหตุใดจึงยากที่จะเลิกดื่มหลังจากติดสุรา และตามที่ การวิจัยใหม่ จากนักประสาทวิทยา Arkady Koutorsky และเพื่อนร่วมงานของเขาที่ McGill University ตอนนี้เรารู้แล้วว่า PNNs ยังอธิบายได้ว่าทำไมความเจ็บปวดจึงสามารถพัฒนาและคงอยู่ได้นานหลังจากได้รับบาดเจ็บที่เส้นประสาท
ความยืดหยุ่นของระบบประสาทคือความสามารถของโครงข่ายประสาทในการเปลี่ยนแปลงเพื่อตอบสนองต่อประสบการณ์ในชีวิตหรือเพื่อซ่อมแซมตัวเองหลังจากได้รับบาดเจ็บที่สมอง โอกาสสำหรับการเปลี่ยนแปลงที่ง่ายดายเช่นนี้เรียกว่าช่วงวิกฤตเมื่อเกิดขึ้นตั้งแต่อายุยังน้อย พิจารณาว่าทารกเรียนรู้ภาษาได้ง่ายเพียงใด แต่การเรียนรู้ภาษาต่างประเทศในฐานะผู้ใหญ่เป็นเรื่องยากเพียงใด ในทางหนึ่ง นี่คือสิ่งที่เราต้องการ: หลังจากที่โครงข่ายประสาทเทียมที่ซับซ้อนซึ่งทำให้เราเข้าใจภาษาแม่ของเราได้ก่อตัวขึ้นแล้ว สิ่งสำคัญสำหรับพวกมันคือต้องถูกล็อค ดังนั้นเครือข่ายจึงยังคงไม่ถูกรบกวนไปตลอดชีวิตที่เหลือของเรา
ซึ่งหมายความว่าหลังจากช่วงเวลาวิกฤติ โครงข่ายประสาทเทียมสามารถต้านทานการเปลี่ยนแปลงได้ และ PNN เป็นเหตุผลหลักว่าทำไม พวกมันก่อตัวเหนือเซลล์ประสาทและล็อคการเดินสายโครงข่ายประสาทเทียมเมื่อสิ้นสุดช่วงเวลาวิกฤต สิ่งนี้เกิดขึ้นบ่อยที่สุดระหว่างอายุ 2 ถึง 8 ปี แต่ PNN ยังก่อตัวในเซลล์ประสาทในวัยผู้ใหญ่โดยสัมพันธ์กับพฤติกรรมที่ยากต่อการทำลาย หรือในการก่อตัวของความทรงจำระยะยาว หากเราสามารถชะลอการปิดช่วงวิกฤตหรือเปิดอีกครั้งในภายหลังในชีวิต สิ่งนี้จะช่วยฟื้นฟูความอ่อนเยาว์ของระบบประสาท ส่งเสริมการฟื้นตัวจากอาการบาดเจ็บ และขจัดความผิดปกติทางระบบประสาทที่ยากลำบากซึ่งต้านทานต่อการเปลี่ยนแปลง
การวิจัยเมื่อเร็ว ๆ นี้แสดงให้เห็นว่าสิ่งนี้สามารถทำได้โดยการจัดการ PNN ตัวอย่างเช่น การรักษาสัตว์ในความมืดสนิทจะทำให้การพัฒนาของ PNNs บนเซลล์ประสาทการมองเห็นช้าลง ทำให้ช่วงเวลาวิกฤติสำหรับการเปลี่ยนแปลงของระบบประสาทในการแก้ไขปัญหาการมองเห็นได้ยาวนานขึ้น สารเคมีและการดัดแปลงพันธุกรรมยังสามารถลดระดับ PNN และเปิดช่วงเวลาวิกฤติได้อีกครั้ง และนักวิจัยได้ทำสิ่งนี้เพื่อทำให้หนูลืมความทรงจำที่ทำให้พวกเขาเป็นพล็อต (ในกรณีของพวกมันคือความทรงจำเกี่ยวกับไฟฟ้าช็อตทันทีที่พวกเขาได้ยินเสียง)
นอกจากนี้ยังสามารถกระตุ้นการเติบโตของ PNN สิ่งนี้เกิดขึ้นเมื่อมีคนดื่มเครื่องดื่มแอลกอฮอล์มากเกินไป ซึ่งส่งผลให้เกิดการสร้างตาข่ายบนเซลล์ประสาทที่เกี่ยวข้องกับการเสพติด เชื่อกันว่าสารเคลือบจะปกป้องเซลล์ประสาทจากความเป็นพิษทางเคมีของแอลกอฮอล์ แต่ยังล็อคกระบวนการคิดที่กระตุ้นให้เกิดการกระตุ้นอย่างแรงกล้าที่จะดื่ม
ในขณะที่นักประสาทวิทยาได้เรียนรู้เกี่ยวกับลักษณะเหล่านี้ของ PNN ในช่วงสองสามทศวรรษที่ผ่านมา อิทธิพลของ PNN ต่ออาการปวดเรื้อรังเป็นการค้นพบล่าสุดที่ไม่คาดคิด งานนี้ซึ่งขยายอิทธิพลของอวนไปไกลกว่าช่วงเวลาวิกฤติ ไม่เพียงแต่ปรับปรุงความเข้าใจของเราเกี่ยวกับศาสตร์แห่งความเจ็บปวดขั้นพื้นฐานเท่านั้น แต่ยังทำให้เราเห็นภาพของ PNN ได้ดีขึ้นด้วย
อาการปวดเรื้อรังซึ่งคงอยู่เป็นเวลานานหลังจากได้รับบาดเจ็บ สะท้อนถึงการเปลี่ยนแปลงในวงจรประสาทที่ยากจะเอาชนะ เมื่อมีบางสิ่งที่เจ็บปวด ร่างกายของเราทั้งหมดก็จะเข้ามาเกี่ยวข้อง เซลล์ประสาทความเจ็บปวดเฉพาะทางทั่วร่างกายส่งแรงกระตุ้นของระบบประสาทไปยังไขสันหลังและส่งต่อไปยังสมอง ซึ่งหมายความว่าไขสันหลังมีบทบาทสำคัญในความรู้สึกเจ็บปวดของเรา ที่จริงแล้ว แพทย์มักจะจัดการกับความเจ็บปวดของการคลอดบุตรด้วยการให้ยาแก้ปวดแก้ปวด ซึ่งเกี่ยวข้องกับการฉีดยาชาเข้าไปในพื้นที่รอบ ๆ ไขสันหลังส่วนเอว ปิดกั้นแรงกระตุ้นของระบบประสาทไม่ให้ไปถึงสมอง
ทีนี้ลองนึกภาพว่าแทนที่จะกดทับการส่งสัญญาณประสาท ณ จุดนี้ อาการบาดเจ็บที่เส้นประสาททำให้เซลล์ประสาทเหล่านั้นมีความรู้สึกไวเกินไป แม้แต่การสัมผัสเบา ๆ ในบริเวณที่ได้รับผลกระทบก็จะทำให้เกิดแรงกระตุ้นของเส้นประสาทที่จะเดินทางขึ้นไปที่ไขสันหลังอักเสบและลงทะเบียนเป็นความเจ็บปวดอย่างรุนแรง การวิจัยก่อนหน้านี้ระบุกลไกหลายอย่างที่อาจทำให้เกิดอาการแพ้ดังกล่าว แต่ไม่มีใครคาดหวังว่า PNNs จะเกี่ยวข้อง
อย่างไรก็ตาม เมื่อไม่กี่ปีที่ผ่านมา Koutorsky เห็นกระดาษรายงานว่า PNNs กำลังเคลือบเซลล์ประสาทขนาดเล็กบางส่วนในบริเวณสมองที่มีการส่งข้อมูลความเจ็บปวด “ interneurons ที่ยับยั้ง” เหล่านี้สร้างไซแนปส์บนเซลล์ประสาทความเจ็บปวดซึ่งระงับความสามารถในการส่งสัญญาณความเจ็บปวด Koutorsky สงสัยว่า PNN อาจทำสิ่งที่คล้ายกันที่จุดถ่ายทอดความเจ็บปวดที่สำคัญภายในไขสันหลังหรือไม่ และเขาขอให้ Shannon Tansley นักศึกษาระดับบัณฑิตศึกษาของเขาตรวจสอบมัน “ในเวลานั้นไม่มีใครรู้” Koutorsky กล่าว
แทนสลีย์พบว่า PNNs หุ้มเซลล์ประสาทบางเซลล์ไว้ในไขสันหลัง ซึ่งส่งสัญญาณความเจ็บปวดไปยังสมอง เซลล์ประสาทมีซอนยาว ("หาง" ที่ส่งสัญญาณไปยังเซลล์ถัดไปในแถว) ที่ชี้ไขสันหลังไปยังสมอง พวกเขายังมีชุดของ interneurons ยับยั้งที่ติดอยู่กับพวกเขาผ่านรูเล็ก ๆ ใน PNN และเซลล์ประสาทที่ยับยั้งสามารถบีบการยิงของเซลล์ประสาทที่ยื่นออกมายาว ๆ ทำให้สัญญาณไปถึงสมองลดลงและทำให้ความรู้สึกของความเจ็บปวดลดลง แทนสลีย์ค้นพบด้วยความประหลาดใจของเธอว่ามีเพียงเซลล์ประสาทที่ยับยั้งเหล่านี้ในจุดถ่ายทอดไขสันหลังเท่านั้นที่ถูกเคลือบด้วย PNN
การค้นพบนี้เป็นแรงบันดาลใจให้ทีมของ Koutorsky ทำการทดลองกับหนูทดลองเพื่อตรวจสอบว่าตาข่ายเหล่านี้เกี่ยวข้องกับอาการปวดเรื้อรังหลังจากได้รับบาดเจ็บที่เส้นประสาทส่วนปลายหรือไม่ พวกเขาตัดกิ่งของเส้นประสาทขาหลังของหนูเมาส์ที่เรียกว่า sciatic ในขณะที่อยู่ภายใต้การดมยาสลบ สิ่งนี้เลียนแบบอาการบาดเจ็บของ sciatic ในคนซึ่งเป็นที่รู้จักกันว่าทำให้เกิดอาการปวดอย่างต่อเนื่อง วันต่อมา ทีมของ Koutorsky ได้วัดระดับความเจ็บปวดของเมาส์ด้วยการทดสอบที่ไม่เป็นอันตราย เช่น จับเวลาว่ามันจะหดตัวเร็วแค่ไหนจากพื้นผิวที่อุ่น ตามที่คาดไว้ ทีมงานเห็นว่าเมาส์แสดงอาการไวต่อความเจ็บปวดเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว แต่พวกเขายังสังเกตเห็นว่า PNN รอบเซลล์ประสาทที่ฉายออกมาได้ละลายไป เช่นเดียวกับการเปลี่ยนแปลงของสมองในช่วงเวลาวิกฤตที่ส่งผลต่อ PNNs การเปลี่ยนแปลงอย่างกะทันหันหลังจากการบาดเจ็บของเส้นประสาทในเมาส์ได้ปรับเปลี่ยน PNN ในวงจรความเจ็บปวดของไขสันหลัง
จากนั้นทีมได้ค้นพบว่าอะไรเป็นสาเหตุของการทำลายตาข่าย: microglia สมองและเซลล์ไขสันหลังที่เริ่มการซ่อมแซมหลังจากเกิดโรคและการบาดเจ็บ เพื่อทดสอบการเชื่อมต่อระหว่าง microglia กับความเจ็บปวด ทีมงานได้หันไปหาหนูที่แทบไม่มี microglia (เกิดขึ้นได้ด้วยพันธุวิศวกรรม) และทำการผ่าตัดแบบเดียวกัน ในหนูเหล่านี้ PNNs ยังคงไม่บุบสลายหลังการผ่าตัดเส้นประสาท sciatic และที่น่าทึ่งคือหนูไม่ไวต่อสิ่งเร้าที่เจ็บปวด เพื่อยืนยันการเชื่อมต่อ ทีมงานใช้วิธีการต่างๆ ในการละลายอวน ซึ่งทำให้หนูรู้สึกไวต่อความเจ็บปวด
สิ่งนี้พิสูจน์ว่า PNNs ระงับความรู้สึกไวต่อความเจ็บปวดโดยตรง ด้วยการวัดการส่งสัญญาณแบบซินแนปติกด้วยอิเล็กโทรด ทีมงานของ Khoutorsky ยังค้นพบวิธีการทำงานอีกด้วย การลดระดับ PNNs ทำให้เกิดปฏิกิริยาลูกโซ่ซึ่งส่งผลให้มีการส่งสัญญาณเพิ่มขึ้นจากเซลล์ประสาทที่ยื่นออกมาซึ่งส่งสัญญาณความเจ็บปวดไปยังสมอง: เมื่อ microglia ตอบสนองต่อการบาดเจ็บของเส้นประสาทละลาย PNN สิ่งนี้ทำให้อิทธิพลของเซลล์ประสาทที่ยับยั้งซึ่งปกติจะลดการยิงของ เซลล์ประสาทการฉายภาพสมอง การสูญเสียเบรกยับยั้งหมายถึงการยิงประสาทที่หลบหนีและความเจ็บปวดอย่างรุนแรง
ไมโครเกลียจะปล่อยสารจำนวนมากที่ทำให้เซลล์ประสาทความเจ็บปวดเกิดความรู้สึกไวหลังจากได้รับบาดเจ็บที่เส้นประสาท แต่การกระทำที่ไม่คาดคิดของพวกมันกับ PNNs มีข้อได้เปรียบที่สำคัญ: ความจำเพาะ Koutorsky กล่าวว่า "โดยปกติสิ่งที่ตาข่าย perineuronal ทำคือล็อคความเป็นพลาสติกและยังปกป้องเซลล์อีกด้วย “แล้วเหตุใดตาข่ายเหล่านี้จึงอยู่รอบๆ เซลล์ประสาทถ่ายทอดความเจ็บปวดเท่านั้น และไม่อยู่รอบๆ เซลล์ประเภทอื่นๆ [ใกล้เคียง]” เขาสงสัยว่าเป็นเพราะจุดถ่ายทอดความเจ็บปวดนี้ในไขสันหลังมีความสำคัญมากที่เซลล์ประสาทเหล่านี้และการเชื่อมต่อของพวกมันต้องการการปกป้องเป็นพิเศษ เพื่อให้การควบคุมการถ่ายทอดความเจ็บปวดของพวกเขาแข็งแกร่งและเชื่อถือได้ มีเพียงบางสิ่งที่น่าทึ่งพอ ๆ กับการบาดเจ็บของระบบประสาทเท่านั้นที่สามารถทำลายความมั่นคงนั้นได้
Koutorsky กล่าวว่า "ความงามของกลไกนี้คือการคัดเลือกเซลล์เฉพาะประเภท สารที่ไมโครเกลียจะหลั่งออกมาเพื่อเพิ่มการกระตุ้นประสาทและทำให้เกิดความเจ็บปวดหลังจากการบาดเจ็บของเส้นประสาทส่งผลกระทบต่อเซลล์ทุกประเภทในบริเวณใกล้เคียง แต่ PNN จะห่อหุ้มเซลล์ประสาทเหล่านี้ไว้อย่างแม่นยำที่จุดถ่ายทอดวิกฤตในไขสันหลังเท่านั้น
การวิจัยกำลังดำเนินการเพื่อทำความเข้าใจกลไกใหม่นี้ของอาการปวดเรื้อรัง หากนักวิจัยสามารถพัฒนาวิธีการสร้าง PNN ขึ้นใหม่บนเซลล์ประสาทเหล่านี้หลังจากได้รับบาดเจ็บ อาจเป็นการรักษาอาการปวดเรื้อรังแบบใหม่ ซึ่งเป็นความจำเป็นเร่งด่วน โดยพิจารณาว่ายาฝิ่นซึ่งเป็นวิธีแก้ปัญหาในปัจจุบัน สูญเสียศักยภาพเมื่อเวลาผ่านไป และอาจกลายเป็นสิ่งเสพติดหรือส่งผลให้เสียชีวิตได้ ยาเกินขนาด
สิ่งที่เกิดขึ้นภายในเซลล์ประสาทนั้นน่าทึ่งและสำคัญที่ต้องทำความเข้าใจ แต่โครงข่ายประสาทถูกสร้างขึ้นโดยเซลล์ประสาทแต่ละเซลล์ที่เชื่อมโยงเข้าด้วยกัน และนี่คือซีเมนต์กระดูกอ่อนที่ถูกละเลยในช่องว่างระหว่างพวกมันซึ่งมีความสำคัญ
