Блуждающий нерв стимулирует и вознаграждает удивительными способами

Новое исследование наносит на карту сверхскорость связи кишечника с мозгом через блуждающий нерв.

Это захватывающие времена, когда речь заходит о современных исследованиях, которые улучшают наше понимание блуждающего нерва и как оно работает. На этой неделе были опубликованы два новых исследования, которые освещают, как блуждающий нерв передает сообщения напрямую из кишечника в мозг как часть системы вознаграждения и мотивации. Первое исследование, проведенное учеными из Медицинской школы на горе Синай, «Нейронная схема для вознаграждения, вызванного кишечником», было опубликовано 20 сентября в журнале Cell . Второе исследование, проведенное учеными из Медицинской школы Университета Дьюка, «Нейронная цепь кишечника и мозга для сенсорной трансдукции питательных веществ», появляется в выпуске Science от 21 сентября.

Ранний анатомический рисунок блуждающего нерва. Вагус означает «блуждающий» на латыни. Вагус – самый длинный нерв в организме человека. Левая и правая блуждающие ветви «блуждают» от ствола мозга к нижним внутренностям кишки.

Источник: Wellcome Library / Public Domain

• Помогите! Мой ребенок сводит меня с ума
• Две причины беспокойства :: Низкочастотный звук и турбулентность
• Как начать практику дыхания в 4 простых шага
• Ацетил-1-карнитин и депрессия: новый биомаркер?
• 5 причин, почему другие люди менее успешны, чем вы

Как вы можете видеть, глядя на эту длинную анатомическую иллюстрацию блуждающего нерва, «блуждающий» нерв является самым длинным в человеческом теле; он перемещается в две многогранные ветви от ствола мозга до самых нижних внутренних органов кишечника.

В 1921 году Отто Лоуи выделил первый известный нейротрансмиттер, когда он заметил, что блуждающий нерв впрыскивает в сердце ингибирующее вещество, которое помогает успокоить нервную систему и уравновесить реакцию «бей или беги». Сегодня мы называем этот нейротрансмиттер «ацетилхолином», но Лоуи первоначально придумал термин «vagusstoff» (в переводе с немецкого означает «вещество вагуса»), чтобы описать этот транквилизатор-подобный секрет. Каждый раз, когда вы делаете диафрагмальное брюшное дыхание, сердечная ветвь вашего блуждающего нерва впрыскивает какой-то vagusstoff в ваше сердце при выдохе, что является одной из причин, почему глубокий вдох является фундаментальным аспектом так называемой «реакции расслабления» ( Для получения дополнительной информации см. «Упражнения для диафрагмального дыхания и ваш блуждающий нерв» и «Блуждающий нерв облегчает мужество, остроумие и грацию под давлением».)

Теперь, спустя почти столетие после того, как Лоуи открыл vagusstoff, два новаторских исследования значительно улучшают наше понимание того, как ветви блуждающего нерва передают сообщения кишечника в мозг в течение миллисекунд как часть нейронной супермагистрали, известной как ось кишки-мозг.

• Повреждение печени от алкоголя: пьянство
• Вы не ваши гены: менструация при анорексии и восстановление
• Почему подростки такие эмоциональные?
• Горе, прерванный
• 7 способов есть рыбу может помочь вам лучше спать

Исторически сложилось так, что большинство экспертов полагали, что циркулирующие гормоны – в отличие от прямой связи через блуждающий нерв – передавали сигналы вознаграждения из кишечника в мозг как часть нашей системы мотивации. Вместе эти два исследования, проведенные в сентябре 2018 года из разных рецензируемых журналов, указывают на удивительные способы, которыми электронная схема кишечника создает прямой нейронный путь коммуникации.

В первом вышеупомянутом исследовании ученые на горе Синай использовали оптогенетику, чтобы осветить, каким образом специфические наградные нейроны в правом блуждающем теле связывают периферические сенсорные клетки с популяцией наградных нейронов в головном мозге. Примечательно, что исследователи были удивлены, обнаружив, что нейроны левого блуждающего нерва были связаны с сытостью, а не с вознаграждением. Это новаторское исследование также показывает, что левая и правая ветви блуждающего нерва асимметрично поднимаются в центральную нервную систему.

В этой статье есть четыре примечательных момента: (1) исследователи идентифицируют критическую роль оси вагусной кишки и мозга в мотивации и вознаграждении, (2) оптогенетическая стимуляция оси блуждающей кишки к мозгу приводит к поведению вознаграждения (3) Асимметричные мозговые пути вагального происхождения опосредуют мотивацию и активность дофамина, (4) Иннервирующие кишку вагинальные сенсорные нейроны являются основными компонентами схемы вознаграждения.

«Наше исследование впервые выявило существование нейрональной популяции« наградных нейронов »среди сенсорных клеток правой ветви блуждающего нерва», – Иван де Араужо из Отделения нейронаук Медицинской школы Икана в Гора Синай и старший автор статьи говорится в заявлении. «Мы сфокусировались на том, чтобы бросить вызов традиционному представлению о том, что блуждающий нерв не связан с мотивацией и удовольствием, и мы обнаружили, что стимуляции нерва, в частности его верхней ветви кишки, достаточно для сильного возбуждения вознаграждающих нейронов, лежащих глубоко внутри мозга».

«Мы были удивлены, узнав, что только правая ветвь блуждающего нерва в конечном итоге вступает в контакт с дофаминсодержащими наградными нейронами в стволе мозга», – заявил ведущий автор Вэнфей Хан, который в настоящее время работает в лаборатории Джона Б. Пирса при Йельском университете.

Дофамин давно известен как нейронный передатчик, который стимулирует вознаграждение и мотивацию. По мнению исследователей, выявление того, как правые блуждающие нейроны передают сигналы вознаграждения непосредственно в мозг, открывает возможность для новых и более специфических мишеней для стимуляции блуждающего нерва (VNS), которые могут повысить эффективность терапии стимуляции блуждающего нерва, такой как те, которые используются для лечения депрессия (Подробнее см. «Стимуляция блуждающего нерва дает новую надежду на большую депрессию».)

Ось кишки и мозга может быть жесткой (а не гормональной)

Второе недавнее исследование связи кишечника с мозгом через блуждающий нерв предполагает, что, поскольку «кишечные чувства» распространяются с такими молниеносными скоростями, они опережают гормональную диффузию. На самом деле, исследователи из Duke были потрясены, обнаружив, что сигнал, идущий от кишечника к стволу мозга у мышей через ось кишки-мозг, перемещается через один синапс менее чем за 100 миллисекунд.

В 2015 году старший автор Диего Богуркес из Медицинской школы Университета Дьюк опубликовал в журнале клинических исследований заметную статью, в которой показано, что определенные клетки кишечника содержат синапсы, которые были связаны с каким-то типом нейронного гобелена. Для своего последнего последующего исследования (2018), Bohórquez и его команда Лаборатории Нейробиологии Duke намеревались нанести на карту эту нервную схему кишечника к мозгу.

Источник: metamorworks / Shutterstock

Когда первая автор Maya Kaelberer помечала вирус бешенства зеленым флуоресцентным красителем и вводила его в желудок мышей, она наблюдала прямую цепь блуждающего нерва между кишкой и стволом мозга. Kaelberer и его коллеги смогли воссоздать эту нервную схему кишечника и мозга, выращивая сенсорные кишечные клетки мышей в одной чашке Петри рядом с вагусными нейронами. К ее удивлению, Кельберер заметил, как нейроны блуждающего нерва ползут по поверхности чашки и соединяются с клетками кишечника. Затем эта нейронная инграмма начала запускать синаптические сигналы. Если в смесь добавить сахар, скорость синапсов становится заметно выше. Когда Кельберер измерил, насколько быстро эта информация передавалась, она с удивлением обнаружила, что это происходит за миллисекунды, и подозревала, что глютамат играет ключевую роль в этом процессе. Она была права.

Как резюмируют авторы: «Эта более прямая схема для передачи сигналов кишечного мозга использует глутамат в качестве нейромедиатора. Таким образом, сенсорные сигналы, которые стимулируют кишечник, могут потенциально использоваться для воздействия на конкретные функции и поведение мозга, в том числе связанные с выбором пищи ».

Хотя это исследование было проведено на мышах, Богуркес и его команда предполагают, что структура и функции этой нейронной схемы будут одинаковыми у людей. «Мы считаем, что эти результаты станут биологической основой нового смысла», – сказал Богоркес в своем заявлении. «Тот, который служит отправной точкой для того, как мозг узнает, когда желудок полон пищи и калорий. Это привносит легитимность в идею «ощущения кишечника» как шестого чувства ». (Подробнее см.« Как вагус-нерв доставляет кишечные инстинкты в мозг? »)

В будущих исследованиях Богуркес и его команда из Duke стремятся точно определить, как сигналы, передаваемые из кишечника в мозг через блуждающий нерв, помогают нам интуитивно различать калорийность и питание, содержащиеся в том, что мы едим и пьем.

Рекомендации

Венфеи Хан, Луис А. Теллез, Мэтью Х. Перкинс, Исаак О. Перес, Таоран Ку, Джозелия Феррейра, Татьяна Л. Феррейра, Даниэле Куинн, Чжун-Ву Лю, Сяо-Бинг Гао, Мелани М. Кельберер, Диего В. Богуркес, Сара Дж. Шаммах-Лагнадо, Гийом де Лартиг, Иван Э. де Араужо. Ячейка «Нейронная схема для стимулирования кишечника» (впервые опубликовано: 20 сентября 2018 г.) DOI: 10.1016 / j.cell.2018.08.049

Мелани Майя Кельберер, Келли Л. Бьюкенен, Маргарита Э. Кляйн, Брэдли Б. Барт, Марсия М. Монтойя, Силин Шен, Диего В. Богуркес. «Нейронная схема кишечника и мозга для сенсорной трансдукции питательных веществ». Наука (впервые опубликовано: 21 сентября 2018 г.) DOI: 10.1126 / science.aat5236