Исследователи разработали метод, который позволяет заглянуть в глубины ствола мозга и увидеть, как ядро одиночного пути (NTS) обрабатывает сигналы. Технология, названная D-PSCAN, использует две миниатюрные стеклянные призмы и двухфотонный микроскоп, чтобы наблюдать за нейронами NTS без повреждения окружающих структур, включая мозжечок. Исследование, опубликованное в журнале Cell Reports Methods, не только объясняет, почему стимуляция блуждающего нерва помогает при депрессии и эпилепсии, но и открывает путь к персонализированной терапии, где параметры лечения можно будет подбирать под «рисунок» активности конкретного мозга.
Графический абстракт статьи демонстрирует технологию визуализации активного ядра одиночного пути, нейроны которого предварительно модифицировались для «свечения» при генерации электрического импульса. С помощью призмы в двухфотонном микроскопе видно рисунок активности «горящих» нейронов. Credit: Masakazu Agetsuma et al. / Cell Reports Methods 2025
До сих пор изучение NTS напоминало попытку разглядеть звезды днем: ядро скрыто под слоем мозжечка, а вокруг – жизненно важные зоны ствола мозга, которые нельзя повредить. Ученые шли на крайние меры – удаляли мозжечок, но это нарушало его роль в регуляции эмоций.
Новый метод обходит эту проблему. Призмы, имплантированные между мозжечком и стволом мозга, работают как перископ, направляя лазерный луч микроскопа вглубь ткани. Нейроны NTS помечаются белком GCaMP, который светится при повышении кальция (признак активности). Так исследователи в реальном времени видят, как клетки «взрываются» вспышками в ответ на стимулы.
Но как убедиться, что свет исходит именно от NTS, а не от соседних областей? Для этого ученые вживили в мозг флуоресцентные наночастицы и доказали, что разрешение метода (2.3 микрона вбок и 34 микрона вглубь) позволяет отличить нейроны NTS от клеток двигательного ядра блуждающего нерва, расположенного всего в 40 микронах ниже. Алгоритмы искусственного интеллекта дополнительно «чистят» изображение, разделяя перекрывающиеся сигналы.
Когда метод испытали на практике, открылись некоторые детали. Оказалось, нейроны NTS реагируют на стимуляцию блуждающего нерва по-разному: при слабых импульсах (0.1-0.25 мА) они едва откликаются, но при достижении «порога» в 0.5 мА начинают работать «громко» и слаженно. Если повторять стимуляцию на частоте 10 Гц, их ответы усиливаются, но при 15 Гц начинают снижаться – возможно, из-за «усталости» синапсов или включения тормозных механизмов. Эксперимент с холецистокинином (гормоном «сытости») показал, как именно мозг «слышит» сигналы желудка. Его введение вызвало мгновенную вспышку активности в NTS, которая сохранялась более 5 минут, подтверждая, что даже после окончания еды желудок все еще взаимодействует с мозгом по блуждающему нерву.
Эти результаты меняют представление о том, как стимуляция блуждающего нерва, уже используемая в клинике, воздействует на мозг. Например, пороговый эффект при 0.5 мА объясняет, почему врачи тщательно подбирают силу тока для пациентов. А подавление реакции при 15 Гц говорит о том, что чрезмерная стимуляция может быть контрпродуктивной. Ученые предполагают, что за этими эффектами стоят локальные тормозные нейроны NTS, которые действуют как «дирижеры», регулирующие общий ритм. В будущем это позволит создавать «умные» импланты, адаптирующие параметры стимуляции в реальном времени под активность конкретного мозга – мечта персонализированной медицины.
Однако у технологии пока есть свои границы. Все эксперименты проводились под анестезией, которая очевидно искажает картину нейронной активности. Например, в коре головного мозга анестетики подавляют спонтанные «разговоры» нейронов – возможно, в NTS происходит что-то подобное. Еще одна задача – адаптировать метод для бодрствующих животных. Сегодня малейшее движение ствола мозга при дыхании смазывает изображение. Ученые работают над «стабилизатором» – устройством, которое будет фиксировать позвоночник, чтобы мозг оставался неподвижным даже в активном состоянии.
Несмотря на ограничения, D-PSCAN – это то окно, в которое можно увидеть, как тело и мозг ведут непрерывный диалог. Он уже помогает понять, почему после сытного обеда мы чувствуем умиротворение, а при стрессе «сосет под ложечкой». Вероятно, найденные данные могут стать еще одним подтверждением висцеральной теории сна Ивана Пигарева.
В перспективе же полученная при помощи D-PSCAN информация может превратить стимуляцию блуждающего нерва из грубого «рубильника» в тонкий инструмент, настраиваемый под нейроны каждого человека.
Текст: Анна Хоружая
Minimally invasive, wide-field two-photon imaging of the brainstem at cellular resolution by Masakazu Agetsuma et al. in Cell Reports Methods. Published April 2025
DOI: 10.1016/j.crmeth.2025.101010
Свежие комментарии