Мозг постоянно получает сигналы о состоянии внутренних органов: когда нужно сделать вдох, как стабилизировать кровяное давление или противостоять инфекции. За эту непрерывную связь отвечает интероцепция – малоизученный процесс, при котором нервная система отслеживает внутренние сигналы организма, поддерживая его жизненно важные функции.
Теперь учёные из Scripps Research и Allen Institute объединили усилия, чтобы создать первый всеобъемлющий атлас этой внутренней сенсорной системы. Их новаторский проект был удостоен Премии директора Национальных институтов здравоохранения (NIH) за прорывные исследования.
Возглавляет проект лауреат Нобелевской премии нейробиолог Ардем Патапутян. В команду также вошли Ли Е, заведующий кафедрой химии и химической биологии имени Н. Пола Уиттиера в Scripps Research, и Босилька Тасич, директор по молекулярной генетике в Allen Institute. Соруководителем исследования назначен доцент Scripps Research Синь Цзинь, который будет курировать работы по геномике и идентификации типов клеток. На реализацию этого амбициозного проекта NIH выделил 14,2 миллиона долларов США на пять лет.
«Моя команда гордится тем, что NIH поддерживает совместные научные исследования, необходимые для изучения такой сложной системы», – отметил Патапутян, занимающий должность президента-эмерита в нейробиологии в Scripps Research. Патапутян, разделивший Нобелевскую премию по физиологии и медицине 2021 года за открытие клеточных датчиков осязания, теперь применит свои знания для изучения интероцепции.
«Мы надеемся, что наши результаты помогут другим учёным поставить новые вопросы о том, как внутренние органы и нервная система работают в унисон», – добавил Е, также являющийся исследователем Медицинского института Говарда Хьюза, как и Патапутян.
Премия за прорывные исследования, учреждённая в 2009 году, финансирует междисциплинарные проекты, выходящие за рамки традиционных научных областей. Она является частью программы NIH Common Fund «Исследования высокого риска и высокой отдачи», созданной для поддержки инновационных идей, способных переосмыслить наше понимание здоровья человека, но которые могли бы столкнуться с трудностями при получении финансирования через обычные механизмы.
В отличие от классических чувств – таких как обоняние, зрение или слух, – которые опираются на специализированные органы, воспринимающие внешние стимулы, интероцепция задействует обширную сеть нейронов, отслеживающих происходящее внутри тела. Эти нейронные цепи контролируют жизненно важные процессы, включая кровообращение, пищеварение и иммунную активность. Поскольку интероцептивные сигналы возникают глубоко внутри организма и зачастую обрабатываются бессознательно, учёные часто называют эту систему нашим «скрытым шестым чувством».
Несмотря на свою фундаментальную роль, интероцепция до сих пор привлекала относительно мало научного внимания. Сигналы, которые она генерирует, сложны, перекрываются и трудноизмеримы. Сенсорные нейроны, несущие эти сигналы, рассеяны по всему организму – в сердце, лёгких, желудке и почках, – что делает их изоляцию и точное картирование крайне сложной задачей.
При поддержке NIH исследователи из Scripps Research и Allen Institute намерены картировать связи сенсорных нейронов с различными внутренними органами, включая сердце и желудочно-кишечный тракт. Их задача заключается в создании детального анатомического и молекулярного атласа, который покажет организацию этих нейронных путей. Для этого одна часть проекта будет маркировать сенсорные нейроны и использовать полнотелесную визуализацию для отслеживания их маршрутов от спинного мозга к различным органам, создавая тем самым трёхмерную карту высокого разрешения. Вторая часть будет использовать генетическое профилирование для различения различных типов клеток, например, нейронов, посылающих сигналы из кишечника, мочевого пузыря или жировой ткани. Совместно эти данные сформируют первую стандартизированную базу для понимания внутренней сенсорной проводки организма.
Расшифровав механизмы интероцепции, учёные надеются раскрыть ключевые принципы связи между мозгом и телом, что может привести к разработке новых методов лечения различных заболеваний. Нарушения в этих внутренних сенсорных путях уже связаны с целым рядом состояний, включая аутоиммунные расстройства, хроническую боль, нейродегенеративные заболевания и высокое кровяное давление.
«Интероцепция имеет фундаментальное значение почти для каждого аспекта здоровья, но остаётся в значительной степени неисследованной областью нейробиологии», – подчеркнул Цзинь, стипендиат Медицинского института Говарда Хьюза имени Фримена Храбовски. «Создавая первый атлас этой системы, мы стремимся заложить основу для лучшего понимания того, как мозг поддерживает баланс в организме, как этот баланс может нарушаться при болезнях и как мы можем его восстановить».
