Иголка в стоге сена
Какая самая важная часть мозга? Префронтальная кора? Ствол мозга? Может быть, что-то меньшего масштаба, например, нейрон? Хотя некоторые люди могут сначала подумать о таламусе, я подозреваю, что очень немногие сузили бы свой выбор до одного из его 60 менее известных ядер. Расположенный глубоко в центре мозга, таламус лучше всего — и проще всего — известен как “ретрансляционная станция”, ворота между необработанным сенсорным вводом и сложными обрабатывающими центрами, такими как зрительная или соматосенсорная кора. Еще глубже в таламусе находится центромедиальное ядро (CM), которое считается возможным местом сознания и, на мой взгляд, самой важной частью мозга; однако оно остается незамеченным академическим и популярным признанием.
Если вы никогда не слышали о КМ (или каких-либо ядрах таламуса, если на то пошло), вы не одиноки. Когда бывший профессор случайно упомянул о предполагаемой важности CM на лекции, я был шокирован. Как что-то настолько важное могло остаться незамеченным? Глядя на постоянное влияние CM на вашу жизнь и его постоянно расширяющийся клинический потенциал, я уверен, что это также изменит ваше мнение и покажет, что центромедиальное ядро является самой незаменимой частью мозга.
Связи
Расположенный в обоих таламических полушариях, CM относительно большой (около одного сантиметра в поперечнике) и был с любовью назван нейробиологом Эдвардом Дж. Джонсом “забытым [компонентом] большой петли связей, соединяющей кору головного мозга через базальные ганглии”. Наряду с корой головного мозга и базальными ганглиями он также имеет обширные связи со стволом мозга и островком, что делает его ключевым для соматосенсации, координации, обработки боли и познания. Что касается сенсомоторной координации, считается, что CM регулирует мультимодальные сенсорные стимулы (что означает одновременное поступление нескольких сенсорных сигналов) и активацию спинного полосатого тела. Дорсальное полосатое тело является неотъемлемой частью процесса принятия решений и инициации действий, доказывая, что CM буквально участвует в каждом вашем шаге.
Как и сенсомоторная координация, обработка боли или ноцицепция, особенно важны для благополучия человека. Если ноцицепция слишком чувствительна, такие, казалось бы, безобидные действия, как ношение одежды, могут стать болезненным опытом. Однако, если быть слишком нечувствительным, это может привести к безрассудству и непреднамеренным телесным повреждениям. CM получает входные данные от основного болевого пути ствола мозга и спинного мозга, модулируя, какие сигналы обрабатываются и в какой степени, что приводит к связям с полосатыми нейронами. Врачи обнаружили, что во время операции по устранению нервных окончаний, связанных с хронической деафферентационной болью, у 80% пациентов были “спонтанные высокочастотные ритмические [электрические] всплески” в области CM, что указывает на значительную связь между ноцицепцией и таламическим ядром.
Деафферентация возникает, когда входящие сигналы от нервных клеток к месту назначения блокируются. У людей это может вызвать хроническую боль, когда сенсорные сигналы от периферической нервной системы прерываются на обратном пути к мозгу. Экстремальным, но хорошо известным примером этого является фантомная боль в конечности, когда спонтанные всплески активности нейронов вызывают боль в конечности, которой больше нет (обычно после ампутации). Хотя все последствия еще предстоит раскрыть, активность CM во время операций по деафферентации показывает, что его нейроны не деградируют при отключении от их источника. Это означает, что их спонтанная активация может быть источником боли при деафферентации и, следовательно, целью для ее лечения.
Возможно, самое главное, что CM связан с вниманием и возбуждением через те же пути, что и сенсомоторная координация. Используя ту же таламостриатальную петлю и / или соединения с лобной долей, CM управляет стимулами, требующими внимания, наряду с областями обработки вознаграждения базальных ганглиев, чтобы направить фокус на самые неотложные ситуации. Исследование, опубликованное в журнале Cortex, показало, что инсульты, которые вызывают повреждение центромедиального и парафасцикулярного комплекса ядер, значительно ослабляют переключение когнитивных задач. “Переключение” - это основной исполнительный процесс, который позволяет нам сознательно переключать внимание на различные области, требующие внимания. Трудности с когнитивным сдвигом коррелируют с расстройством аутистического спектра. Рядом с вниманием и возбуждением стоит вопрос сознания. Было обнаружено, что двусторонние поражения КМ вызывают комы и длительные вегетативные состояния. С другой стороны, ученые смогли использовать глубокую стимуляцию мозга у пациентов, чтобы восстановить их сознание и, в конечном итоге, нормальную жизнь, предлагая альтернативный способ лечения изнурительных расстройств мозга.
Новые возможности
В 2002 году, после ошибочного диагноза рассеянного склероза, врачи сказали Стивену Милку, что у него болезнь Паркинсона. Ему прописали леводопу, обычное средство для лечения болезни Паркинсона, которое повышает уровень дофамина в мозге. Стивен принимал препарат в течение пяти лет, и ближе к концу этого периода его симптомы только ухудшились, и он обнаружил, что принимает по две таблетки каждые три часа. При высокой дозировке он начал испытывать неконтролируемые мышечные движения и судороги. Это присоединилось к другим симптомам Паркинсона, таким как тремор, усталость, трудности с речью и проблемы с ходьбой. В тот момент у Стивена был выбор между глубокой стимуляцией мозга (DBS) или лечением стволовыми клетками. Хотя он был напуган возможностью того, что DBS не сработает (вероятность успеха лечения составляет 95%), он выбрал операцию по имплантации. Для достижения эффекта потребовалось время, но после выздоровления и некоторых изменений Стивен больше не испытывал тремора, у него было мало проблем с мышцами, и он мог принимать душ, печатать, одеваться и ходить самостоятельно.
DBS - это хирургическая процедура, при которой электроды имплантируются в мозг для лечения таких расстройств, как болезнь Паркинсона и дистония. В грудную клетку пациента помещается генератор импульсов, который посылает небольшие электрические сигналы, чтобы прервать нерегулярные сигналы, которые ответственны за неврологические двигательные расстройства и тремор. DBS применяется, когда лекарства человека больше не эффективны или его симптомы мешают повседневной жизни. Поскольку важность CM была осознана, она стала целью DBS для лечения симптомов болезни Паркинсона, Туретта, эпилепсии, невропатической боли и восстановления сознания.
При болезни Паркинсона DBS, сфокусированный на CM, представил доказательства улучшения множества симптомов. По сравнению с другими методами лечения, это облегчило дискинезии и замораживание, вызванные леводопой, при одновременном уменьшении тремора. У пациентов с общей эпилепсией наблюдалось снижение приступов на 80% после целенаправленной DBS, направленной на CM, что, как полагают, связано с управлением CM системами возбуждения мозга. Однако лечение оказалось не столь эффективным для пациентов с различными типами эпилепсии, такими как эпилепсия височной доли, при этом в различных исследованиях наблюдалось снижение приступов менее чем на 50%. Был достигнут некоторый успех в выведении пациентов из комы или вегетативных состояний с помощью CM-таргетированных высокочастотных DBS путем “[индуцирования] десинхронии коры головного мозга” при одновременном увеличении мозгового кровотока и метаболизма. Пока не ясно, существует ли причинно-следственная связь между улучшениями и центромедианской DBS в клинических испытаниях, но есть большой потенциал для дальнейшего изучения.
Может ли быть “самая важная” часть?
Одна из самых известных историй во всей нейробиологии и психологии - история Финеаса Гейджа. Гейдж, которому в то время было 25 лет, был железнодорожным рабочим в середине 1800-х годов, и его семья и друзья описывали его как хорошо воспитанного и трудолюбивого работника. В результате ужасной аварии взрыв пробил железный прут ему в глаз и большую часть лобной доли, что привело к лобной лоботомии. Каким-то образом он выжил, но, как говорили окружающие, он “больше не Гейдж”. Некогда уравновешенный человек стал агрессивным, злым и больше не мог удерживаться на работе. Это было революционным, поскольку указывало на то, что функции мозга локализованы и что лобная доля (в частности, префронтальная кора) участвует в управлении личностью, языком и эмоциями.
Как и многие пациенты, перенесшие лоботомию, Гейдж выжил, но больше не был самим собой. Что это говорит о важности префронтальной коры? Означает ли это, что префронтальная кора не является “самой важной” частью мозга, потому что Гейдж выжил? Если поврежден ствол мозга или часть таламуса, человек теряет сознание: указывает ли это на чрезвычайную важность? Часть того, что делает мозг красивым, - это его глубокая сложность. В отличие от почки, практически нет части мозга, которую можно было бы удалить или повредить без заметных последствий.
Данные свидетельствуют о том, что CM является центром сознания. Он участвует в критической мозговой активности высокого уровня, включая возбуждение, внимательность, обработку сенсорных и болевых ощущений, которые являются ключевыми частями сознания. Кроме того, повреждение ЦМ вызывает потерю сознания, что указывает на то, что ядро является частью того, что не дает нам спать и осознавать. Однако это не уникально. Такие части мозга, как ретикулярная формация и ствол мозга, играют схожую роль в поддержании нашего сознания, а это означает, что, хотя CM не является местом сознания, это место сознания. Почти невозможно быть полностью уверенным в том, является ли она наиболее важной среди всех других структур. Тем не менее, я по-прежнему верю, что центромедиальное ядро с его разнообразными жизненно важными функциями и возможностями для клинических прорывов является наиболее важной частью мозга. Очевидно, что CM - это не просто иголка, а бриллиант в стоге сена, которым является мозг. Дополнительные исследования дают возможность не просто улучшить жизнь, но и коренным образом изменить ее к лучшему.
