Тело саморегулируется в процессе, известном как гомеостаз, и за это отвечает мозг, поскольку он постоянно отслеживает все жизненно важные сигналы организма. Например, если вам нужно больше кислорода, в мозг отправляется сообщение, которое затем говорит организму отрегулировать ваше дыхание и частоту сердечных сокращений. Но нейроны, участвующие в регуляции дыхания и сердечного ритма, до сих пор никогда не наблюдались напрямую благодаря технологии записи данных во время операций на головном мозге.
Нейробиологи EPFL в сотрудничестве с хирургами и нейробиологами из Института нейробиологии Рокфеллера Университета Западной Вирджинии и Университета Северной Каролины в Чапел-Хилл показали, что отдельные нейроны глубоко в человеческом мозге, в двух ядрах таламуса и субталамическом ядре , кодируют жизненно важные физиологические процессы. сигналы от сердца и легких, что является первым прямым доказательством этого у людей. Результаты опубликованы в PNAS .
«Нейронные связи между внутренними органами тела и мозгом были выдвинуты на основе исследований редких животных и существующих анатомических работ», — объясняет первый автор Эмануэла Де Фалько из Лаборатории когнитивной нейронауки EPFL, возглавляемой Олафом Бланке. «Мы обнаружили, что кардио-респираторные сигналы влияют на большую часть нейронов».
Марко Солка, соавтор исследования, продолжает: «Обнаружение этих нейронов важно, поскольку оно проливает свет на то, как взаимодействие тела и мозга происходит в глубоких слоях мозга».
Известно также, что связь между телом и мозгом важна для некоторых важных когнитивных и аффективных процессов, поскольку она влияет, например, на зрительное восприятие, эмоциональную регуляцию и принятие решений. Дисфункция связи тело-мозг признана важной особенностью различных состояний психического здоровья, включая тревогу, настроение, расстройства пищевого поведения и психосоматические расстройства.
Уникальная возможность с глубокой стимуляцией мозга
Исследование проводилось в течение нескольких лет благодаря сотрудничеству с доктором Али Резаи, нейрохирургом и директором Рокфеллеровского института нейробиологии Университета Западной Вирджинии, путем регистрации активности отдельных нейронов у пациентов, перенесших операцию по глубокой стимуляции мозга ( DBS). для лечения различных заболеваний.
DBS заключается в стимуляции нейронов глубоко внутри мозга с помощью электрода-зонда. Перед введением зонда нейрохирурги иногда предпочитают временно вводить микроэлектрод в мозг и делать записи мозговой активности, поскольку это улучшает то место в мозгу, в котором впоследствии будет вставлен зонд DBS.
Как и в предыдущих проектах, ученые EPFL увидели потенциал в этих микроэлектродных записях и воспользовались возможностью одновременного мониторинга электрокардиограмм, получая таким образом совмещенные записи активности нейронов и различных сердечных и дыхательных сигналов.
«Теперь мы знаем, где расположены эти нейроны, и исследования в ближайшем будущем могут быть сосредоточены на понимании механизма обратной связи между частотой сердечных сокращений и нейронной активностью в подкорковых областях мозга и их участии в самосознании и намерениях движения или свободной воле», — говорит Де Фалько.
«В более общем плане это исследование закладывает основу для нескольких будущих разработок в направлении понимания мозга и в более широком смысле психиатрических состояний».
