Как ацетилхолин угнал серотонин: мозг против нас
Следите за новостями по этой теме!
Подписаться на «Психология / Научные исследования»
Ученые из Еврейского университета в Иерусалиме и Университета Стоуни-Брук совершили открытие, которое переворачивает представление о том, как работает наш мозг. Исследование, опубликованное в престижном журнале Nature Communications, показало: мозговое вещество под названием ацетилхолин может напрямую «угонять» систему серотонина — того самого нейромедиатора, который отвечает за настроение, удовольствие и чувство покоя.
Чтобы понять масштаб, нужно немного разобраться в анатомии. В глубине мозга есть структура, именуемая стриатумом. Это такой диспетчерский пункт, который управляет нашими привычками, движениями и целенаправленным обучением. Внутри стриатума живут особые клетки — холинергические интернейроны. Они выделяют ацетилхолин, который работает как ключ, открывающий определенные замки-рецепторы на поверхности других клеток.
Раньше считалось, что главная задача ацетилхолина — заставлять дофамин выплескиваться в моменты ожидания награды. Но команда исследователей во главе с Лиором Матитьяху решила проверить: а может ли ацетилхолин так же командовать и серотонином? Ведь дисбаланс серотонина связывают с депрессией, тревожностью и зависимостями.
Что они сделали? Взяли мышей, внедрили в их мозг генетически модифицированный вирус, который заставлял клетки стриатума светиться зеленым при контакте с серотонином. Представьте себе елочную гирлянду, которая загорается только тогда, когда рядом оказывается нужное вещество.
Затем ученые поместили тончайшие срезы мозга под микроскоп и начали наносить короткие электрические импульсы. Зеленое свечение вспыхивало моментально — серотонин выбрасывался в ответ на стимуляцию. Потом свечение медленно угасало в течение десятков секунд — химия делала свое дело.
Чтобы убедиться, что они видят именно серотонин, а не дофамин, исследователи окунули ткань в дофамин. Свечение не изменилось — тест на честность сдан. Затем применили антидепрессант из группы СИОЗС (селективные ингибиторы обратного захвата серотонина). Скорость угасания свечения предсказуемо замедлилась — все работало как часы.
Самый интересный этап: ученые заблокировали никотиновые ацетилхолиновые рецепторы (те самые «замки», в которые вставляется «ключ» ацетилхолин) с помощью препарата мекамиламин. Количество выбрасываемого серотонина резко упало. Ацетилхолин оказался тем самым дирижером, который заставлял оркестр серотонина играть громче.
Но это еще не все. Оказалось, что ацетилхолин не просто увеличивает объем серотонина — он расширяет зону его влияния. Когда рецепторы работали, сигнал серотонина распространялся намного дальше от точки стимуляции. Блокировка рецепторов сократила это пространство почти вдвое.
Дальше — сюрприз. В нижней части стриатума (вентральный стриатум), где серотониновых волокон гораздо больше, чем в верхней, блокировка ацетилхолиновых рецепторов не дала никакого эффекта. То есть связь между ацетилхолином и серотонином оказалась строго локальной. Плотность серотониновых волокон не имела значения — важна была именно «прописка» в определенном участке мозга.
Чтобы окончательно подтвердить, что источник ацетилхолина — именно холинергические интернейроны, исследователи применили метод оптогенетики. Они генетически модифицировали мышей так, чтобы клетки, выделяющие ацетилхолин, активировались вспышками синего света. Когда свет загорался — клетки срабатывали синхронно. Зеленые датчики серотонина тут же загорались, показывая массовый выброс. Ученые добавили коктейль из препаратов, блокирующих другие нейромедиаторы (глутамат и прочие), — выброс серотонина остался неизменным. Но стоило заблокировать ацетилхолиновые рецепторы — и свечение исчезло.
Теперь самое страшное (и интересное). Ученые взяли мышей, у которых отсутствовал ген Sapap3. У людей мутации в этом гене связаны с обсессивно-компульсивным расстройством (ОКР). Мыши без Sapap3 демонстрируют поведенческие «петли»: они вылизывают себя до ран, грызут клетку бесконечно, не могут остановиться.
Предыдущие исследования показали, что в стриатуме таких мышей слишком много ацетилхолина. И действительно: когда ученые применили ту же электрическую стимуляцию к тканям мозга мышей с дефицитом Sapap3, выброс серотонина оказался чудовищно большим по сравнению с обычными мышами. Но как только блокировали ацетилхолиновые рецепторы — разница исчезла. Сама серотониновая система была в порядке. Проблема была в том, что ацетилхолин «кричал» слишком громко, заставляя серотонин заливать все вокруг.
«Наше исследование показывает, что внутренняя проводка мозга позволяет одной химической системе взять под контроль другую строго региональным и специфическим образом, — объяснили Голдберг и Плоткин. — В таких состояниях, как ОКР, где холинергическая передача нарушена, эта обычно полезная координация переходит в режим перегрузки. Это может объяснить, почему определенные поведенческие паттерны становится так трудно остановить».
Конечно, есть нюансы. Эксперименты проводились на изолированных срезах мозга. Как эта система работает в живом, активном организме — пока вопрос. Исследователи подозревают, что для запуска этого каскада нужны серьезные стрессовые события или очень значимые сигналы среды. Например, предыдущие исследования показывали, что сильный стресс необходим для заметного выброса серотонина при введении определенных химических веществ.
Также предстоит выяснить, работает ли этот механизм у людей, или он различается у разных видов. И не усугубляет ли гиперактивность ацетилхолина развитие болезни Паркинсона, при которой дофаминовые волокна в стриатуме отмирают, а серотониновые волокна иногда пытаются выполнять их функции.
Практический вывод: современные лекарства от ОКР просто заливают серотонином весь мозг, вызывая кучу побочных эффектов. Понимание того, что ацетилхолин управляет серотонином точечно, в конкретных участках, может открыть путь к созданию препаратов нового поколения — тонких, прицельных, без побочки. Пока что это лишь лабораторный эксперимент, но дорога к новым методам лечения прочерчена весьма отчетливо.
Авторы исследования: Лиор Матитьяху, Закари Б. Хобел, Ноа Берковиц, Джеффри М. Малгейди, Наоми Гилин, Джошуа Л. Плоткин и Джошуа А. Голдберг. Статья вышла в Nature Communications.
PEREC.RU
Очередная попытка нейробиологов убедить нас, что мозг — это суперкомпьютер, а не беспорядочное месиво из нейронов, которое чудом не дает нам забыть, как дышать. На этот раз — сенсация: ацетилхолин «угоняет» серотонин. Звучит как сюжет для плохого триллера, но почему-то напечатано в Nature Communications.
Давайте разберемся, что на самом деле произошло. Взяли мышей. Много мышей. Вживили им в мозг вирус, который заставляет клетки светиться зеленым, когда рядом серотонин. Выглядит как новогодняя гирлянда под черепом. Ударили током — клетки засветились. Заблокировали ацетилхолин — свет погас. Вуаля: наука установила, что огонь — это горячо, а вода — мокрая. Только теперь на уровне атомов.
Но самое веселое ждало впереди. Ученые взяли мышей с выключенным геном Sapap3 — это такие грызуны-невротики, которые вылизывают себя до ран, потому что не могут остановиться. Человеческий аналог — ОКР, когда вы проверяете, закрыли ли дверь, сорок семь раз подряд. И знаете что? У этих мышей выброс серотонина был в разы выше. А виноват — ацетилхолин, который работал как диджей на рейве: крутил ручку громкости на максимум.
Теперь внимание: когда ученые заблокировали ацетилхолиновые рецепторы, серотонин вернулся в норму. То есть сама «фабрика счастья» у мышей работала исправно — просто какой-то хамоватый ацетилхолин влез без очереди и начал крутить вентили.
Строго локально, заметьте. В верхней части стриатума — контроль есть, в нижней — нет. Потому что мозг, видите ли, не демократия, а строгая иерархия, где у каждого отдела свои полномочия. И ацетилхолин, очевидно, имеет «особый допуск» только к определенным серотониновым терминалам.
Конечно, авторы исследования — Лиор Матитьяху и компания — делают осторожные заявления. Мол, это всего лишь срезы мозга, не живые организмы. Мол, неизвестно, работает ли это у людей. Мол, надо еще исследовать. Но между строк читается: «Мы нашли механизм, который объясняет, почему антидепрессанты работают как из пушки по воробьям».
И правда: современная психиатрия лечит ОКР препаратами, которые тупо повышают уровень серотонина во всем мозге. А потом пациенты жалуются на тошноту, бессонницу и полное отсутствие либидо — и никто не понимает, почему. А потому что серотонин — это не «вещество счастья», а сложная система, где один и тот же нейромедиатор в разных отделах мозга делает противоположные вещи.
Это открытие — как если бы вы узнали, что в вашем доме есть секретная комната, где кто-то другой крутит вентили отопления. И теперь можно не долбить молотком по всем батареям, а просто зайти в ту самую комнату и выкрутить один-единственный вентиль.
Будет ли это работать на людях? Хороший вопрос. Анатомия мозга у нас и мышей, конечно, похожа — но не настолько, чтобы ставить эксперименты на добровольцах уже завтра. Плюс, есть нюанс с болезнью Паркинсона: когда дофаминовые нейроны отмирают, серотониновые пытаются взять на себя их функции и, естественно, делают это из рук вон плохо. Не исключено, что ацетилхолин мутит воду и там.
В общем, наука делает свое дело — медленно, дорого, с кучей мышей и сложной оптикой. Но если все подтвердится, лет через десять вместо тяжелых антидепрессантов с кучей побочки нам будут колоть точечные ингибиторы, которые просто скажут ацетилхолину: «Сидеть! Не смей командовать серотонином!». Или наоборот — «Командуй, но аккуратнее».
А пока — ждем новых статей и молимся, чтобы гранты на это не закончились раньше, чем мы узнаем, есть ли у человека эта секретная комната.
