211service.com
Sāpju slēdzis
Profesora Fana Vanga pētījumi ir vērsti uz smadzeņu ķēdēm, kas kontrolē sāpju uztveri. Viņas darbs kādu dienu varētu ļaut pārvaldīt sāpes bez opioīdiem.
2021. gada 24. augusts
Kodijs O'Loughlins
Fan Vanga lielāko daļu savu darba dienu pavada laboratorijas telpās, pārraugot eksperimentus, pārskatot daudzus datus un vadot pētnieku komandu.
Viņas laboratorija MIT ēkā 46, kurā viņa pārcēlās, iestājoties fakultātē janvārī, ir senatnīga un sakārtota — sterila vieta, kurā valda stingrība un skaitļi, kur ikdienas saskarsme ir tikpat liela kā ar pētnieciskajām pelēm, tā ar cilvēkiem.
Taču Vanga mūsdienās vairāk domā par sava darba cilvēciskajām dimensijām un tā ietekmi uz emociju un cerību jucekli. Pēc tam, kad viņa un viņas kolēģi pagājušajā gadā publicēja rakstu par sāpju apspiešanu žurnālā Nature Neuroscience, viņas dzīvē ieplūda cilvēku plūdi — svešinieki, kas dzīvo ar neizskaidrojamām, neatslābināmām un nerimstošām sāpēm. Viņi sūtīja e-pastus. Viņi gribēja viņas palīdzību. Viņi gribēja pārliecību, ka tā nebija viss viņu galvā .
Viņi teica: 'Dr. Van, es esmu ar mieru būt tava jūrascūciņa,” viņa atceras. Tas tikai parāda, cik viņi ir izmisuši.
Vanga, Makgovernas smadzeņu pētniecības institūta pētniece un smadzeņu un kognitīvo zinātņu profesore, lielu daļu savas karjeras ir pavadījusi, pētot sensoro uztveri un to, kā smadzenes interpretē pieskārienu un sāpes. Viņa un viņas komanda tagad strādā, lai izprastu jaunus sāpju slāpēšanas centrus smadzenēs, cerot atrast atvieglojumus, kam nav nepieciešami opioīdi.
Ja viņiem izdosies, viņu darbs varētu būtiski mainīt sāpju ārstēšanu un pārveidot neskaitāmu cilvēku dzīvi, potenciāli novēršot atkarības kaskādes sekas, kas bieži vien ir saistītas ar opioīdu lietošanu.
Es tikai vēlos atrast veidu, kā mazināt sāpes, pieticīgi saka Vans.
Taču smadzeņu apgabali, uz kuriem viņa koncentrējas, — vietas, kur tiek kontrolēta anestēzija, sāpes un miegs, — ir neticami sarežģītas, un viņas priekšā esošais uzdevums ir monumentāls.
Mežonīgs minējums
Vangs, kurš sevi dēvēja par zinātnes nerdi, uzauga Pekinā, pirmo reizi ierodoties ASV kā absolvents. 1993. gada 25. augustā es ierados JFK, viņa atceras ar tipisku precizitāti un nostalģijas pieskaņu.
Apmeklējot Kolumbijas universitāti, dzīvojot prusaku apsēstā dzīvoklī un sēdēdams Metas krēslos, kur asiņo deguns, Vans bija pārņemts ar Ņujorku un visām tās iespējām. Kolumbijā viņu vadīja Nobela prēmijas laureāts Ričards Aksels, un viņa veica pēcdoktorantūras pētījumus Stenfordas universitātē pie Marka Tesjē-Lavinja. 2003. gadā viņa nokļuva Djūka universitātē, kur no docentes kļuva par pilntiesīgu neirobioloģijas profesori medicīnas skolā, pirms ieradās MIT.
Vanga vienmēr ir interesējusies par sensoro uztveri, un viņas agrīnie pētījumi koncentrējās uz ožu, izsekojot sensoro neironus no deguna dobuma līdz ožas spuldzei, smadzeņu daļai, kas ir atbildīga par smaku uztveres apstrādi. Viņa saka, ka pētniekiem bija tikai ierobežota izpratne par sāpju uztveri. Tas paliek patiess gadu desmitiem vēlāk.
Mēs zinām, ka ādā un pirkstos ir maņu gali, kas liek sajust temperatūru un tekstūru. Šī uztvere tiek radīta smadzenēs, saka Vanga. Es gribēju to saprast augstākos līmeņos — izprast sistēmas attīstību.
Vangu iedvesmoja un ieintriģēja amerikāņu ārsta Henrija Bīčera darbs, kurš slaveni dokumentēja gadījumus, kad Otrā pasaules kara karavīri guva smagus ievainojumus, bet nejuta sāpes, kad tika nogādāti no kaujas lauka uz militārajām slimnīcām. Viņiem vajadzētu sāpēt, bet tā nav. Viņu smadzenes tiek pārslēgtas uz stāvokli, kurā viņi nejūt sāpes, skaidro Vanga. Lai gan viņu sensorie neironi palika neskarti, viņa saka, šie stimulu detektori nereģistrēja sāpju uztveri: tas ir smadzenēs.
Viņu fascinēja arī ziņojumi par pacientiem, kuriem veikta vispārējā anestēzija, kuriem tika veiktas operācijas, kuri bija pie samaņas — daži pat atcerējās, ka dzirdējuši ķirurga runu —, taču nejuta sāpes.
Viņa prātoja, ko smadzenes dara šajos gadījumos un kā to varētu izmantot, lai mazinātu sāpes?
175 gadu laikā, kopš pirmajam pacientam veiksmīgi tika veikta vispārējā anestēzija, pētnieki nav precīzi noteikuši, kā tas darbojas. Dominējošā teorija ir tāda, ka vispārējā anestēzija izslēdz smadzenes, radot samaņas zudumu. Bet karavīru un pacientu piemēri, kuri bija informēti par anestēziju, lika Vanam aizdomāties, vai daļa no anestēzijas smadzenēm faktiski joprojām darbojas, lai nomāktu sāpes.
Var būt smadzenēs reģioni, kurus paradoksālā kārtā aktivizē anestēzijas līdzeklis, saka Vans. Un, ja jums ir aktīvs mehānisms, varat to ieslēgt kā slēdzi un izslēgt sāpes. Tas bija mežonīgs minējums.
Lai meklētu šādu reģionu, Vanga un viņas komanda anestēzēja peles ar četriem parastajiem anestēzijas līdzekļiem un pēc tam, izmantojot molekulāros marķierus, atrada neironu kopas, kuras šie savienojumi aktivizēja smadzeņu hipotalāma daļā, kā arī amigdalā. Tā kā hipotalāma neironi ekspresē neiropeptīdu, kas iepriekš bija saistīts ar sāpju mazināšanu, Vangs vispirms koncentrējās uz to izpēti. Un viņa ar pārsteigumu atklāja, ka tie, šķiet, ir saistīti ne tikai ar sāpju nomākšanu, bet arī ar samaņas zudumu, kas piedzīvots vispārējā anestēzijā. Kad viņa un viņas komanda aktivizēja neironus, izmantojot paņēmienu, ko viņa bija ieviesusi Djūkā (ko sauca par aktivētu nervu ansambļu uztveršanu jeb CANE), peles ieslīga garā, dziļā miegā. Atklājums, ka vairāki anestēzijas līdzekļi aktivizē smadzeņu reģionu, lai veicinātu miega stāvokli, sniedza pirmo skaidru pierādījumu tam, ka anestēzijā ir iesaistīti aktīvi mehānismi. Tā kā ir zināms, ka pacientiem ar hroniskām sāpēm ir miega problēmas, šis reģions varētu būt potenciāls nākotnes miega līdzekļu mērķis, saka Vans.
Pamatojoties uz šo pētījumu, Vanga un viņas kolēģi pievērsa uzmanību neironu kopai, ko viņi bija atraduši amigdalā un kurus arī iedarbināja vispārējā anestēzija. Vai bija iespējams, ka tie varētu būt tā sāpju slāpēšanas funkcijas pamatā? Tas šķita maz ticams, jo amigdala ir smadzeņu daļa, kas visvairāk saistīta ar bailēm un cilvēka cīņu vai bēgt reakciju, ko izraisa sāpju iespējamība; tā nebija zona, kas iepriekš bija saistīta ar anestēziju un aktīvu sāpju nomākšanu.
Vangs ir identificējis nervu ķēdes centrālajā amigdalā, kas ir saistītas ar sāpju nomākšanu (sarkanā, purpursarkanā un dzeltenā krāsā iepriekš).
IZMANTOT FAN WANG LABJāatzīmē, ka Vanga un viņas komanda izmantoja optoģenētiku, lai aktivizētu šos specifiskos centrālos amigdala neironus, viņi atklāja, ka peles jūt ļoti maz sāpju. Peles, kas bija pakļautas iekaisuma izraisītāju iedarbībai vai kurām bija nervu sāpes, ko izraisīja ķīmijterapijas zāles vai nervu spiediens, nekavējoties pārtrauca berzēt seju un laizīt ķepas — tipiska sāpju izraisīta pašapkalpošanās uzvedība. Un otrādi, kad pētnieki deaktivizēja šos neironus, peles reaģēja uz normālu pieskārienu, piemēram, kažokādas glāstīšanu, it kā tas būtu sāpīgs. (Vanga saka, ka, kad viņas komanda attēloja šos neironus normālā stāvoklī, viņi atklāja spontānu notiekošu darbību, kas, viņuprāt, neļauj smadzenēm būt pārāk jutīgām pret normālu pieskārienu.)
Pētnieki saprata, ka šie amigdala neironi bija inhibējošas šūnas, kas palēnina vai aptur citu neironu darbību. Un, izsekojot neironu savienojumus, viņi atklāja, ka, lai gan tie nav saistīti ar smadzeņu reģioniem, kas ir iesaistīti stimulu uztverē un atšķiršanā, kas varētu izraisīt sāpes, tie bija saistīti ar smadzeņu reģioniem, kas iesaistīti negatīvo emociju un ciešanu apstrādē, kas saistītas ar sāpīgi stimuli. Citiem vārdiem sakot, šķita, ka tad, kad tika aktivizēti amigdala neironi, peles varēja sajust stimulus, kas parasti izraisa sāpes, bet nejuta pašas sāpes. Veids, kā šie neironi tika savienoti ar daudziem smadzeņu reģioniem, kas apstrādā negatīvās sāpju emocijas, liecināja, ka amigdala šūnas var kavēt visus šādus reģionus.
Tas bija Svētā Grāla atradums, jo tas nozīmēja, ka smadzenēs ir viena vieta, kas, iespējams, var izslēgt sāpes. Mums bija šī mežonīgā hipotēze, un tā izrādījās patiesa, saka Vangs.
Neprecīzs dūmu signalizācija
Kad Nature Neuroscience pagājušajā gadā publicēja Vangas pētījumu par amigdalu, tam sekoja plašsaziņas līdzekļu uzmanība. Un, kad cilvēki ar hroniskām sāpēm — aptuveni 50 miljoni amerikāņu dzīvo ar tām — izlasīja, ka dziļi smadzenēs ir iespējama pāreja, kas varētu atvieglot viņu neatrisinātās ciešanas, viņi vērsās Vangas laboratorijā.
Vanga atbildēja tik smalki, cik vien spēja. Viņa stāstīja, ka šajā posmā viņas pētījumi tika veikti tikai ar pelēm un ka cilvēku terapija bija gadiem ilgi.
Man vienmēr ir jāatvainojas, viņa saka. Es saku, ka tas ir tikai grauzējiem.
Kad Vanga apspriež savu pētījumu, viņa runā ātri, kustina rokas, lai akcentētu savus paskaidrojumus, šķiet, ka viņas smadzenes skrien uz priekšu. Viņa jūt, ka darbs ir steidzams. Taču, lai cik viņa ir satraukta un dzīva par iespējām, viņa arī krīt izmisumā. Nesen viņa uzzināja, ka viens no cilvēkiem, kas ar viņu sazinājās, — vīrietis ar sarežģītu reģionālu sāpju sindromu, kas izraisīja sāpes, kuras nevarēja mazināt, neskatoties uz visiem viņa pūliņiem, ir atņēmis viņam dzīvību.
Viss viņa ķermenis juta sāpes. Nekas to neatvieglināja, Vanga saka, viņas balsī sprakšķ aizkustinājuma. Tas ir šausmīgs dzīvesveids. Es jūtu, cik tas ir briesmīgi. Un es esmu tik tālu no tā, lai savu pētījumu pārvērstu terapijā.
Cits cilvēks nesen viņai jautāja: Kāpēc Dievs liek mums izjust tik daudz sāpju? viņa atceras. Un tas mani tik ļoti apbēdināja, jo man nebija atbildes.
Viņai tomēr ir cerība.
Viņas pašreizējā pētījuma mērķis ir precīzi noteikt neironu ķēdes mehānismus, kas kontrolē to, kā cerības un atmiņas maina mūsu sāpju uztveri. Viņa arī pēta sāpju kontekstuālo komponentu ar domu uzskatīt to par uztveres problēmu.
Viņa saka, ka viņu ļoti ietekmējusi gumijas rokas ilūzija, eksperiments — slīpsvītra — ballītes triks, kurā cilvēki lec, kad gumijas rokai pēc tam, kad tā ir glāstīta tāpat kā viņu īstā roka, pēkšņi tiek iesists ar āmuru vai nazi. . Tas, viņaprāt, liek domāt, ka smadzeņu sāpju reakcijai daudzos gadījumos var būt ļoti maz sakara ar faktisku sāpīgu stimulu.
Sāpju sistēma ir kā neprecīzs dūmu trauksmes signāls, viņa skaidro. Dažreiz jūsu smadzenes kaut ko interpretē kā uguni, bet patiesībā tas ir tikai grauzdēts maizes gabals.
Sāpju sistēma ir kā neprecīzs dūmu detektors. Dažreiz jūsu smadzenes kaut ko interpretē kā uguni, bet patiesībā tas ir tikai grauzdēts maizes gabals.
Tāpēc atkal strādājot ar pelēm, Vanga un viņas komanda izmērīja dzīvnieku reakciju noteiktā vidē, lai pārbaudītu, vai tos var apmācīt pašiem ieslēgt sāpju slāpēšanas slēdzi. Viņi sākotnēji aktivizēja centrālās amigdala šūnas, lai sniegtu pelēm sāpju mazināšanu, kad tās atradās kastē, kas krāsota ar formām un svītrām. Kastītē ar dažādiem modeļiem — kontroles lodziņā — peles nesaņēma sāpju mazināšanu. Pēc dažām apmācības sesijām viņi pārbaudīja peļu reakciju uz dažādiem stimuliem abās kastēs, neaktivizējot centrālās amigdala šūnas. Interesanti, ka dzīvnieki uzrādīja daudz mazāku sāpju reakciju, kad tie tika ievietoti sāpju mazināšanas kastē, nekā tad, kad tie atradās kontroles kastē.
Tas parādīja, Vangs saka, ka konteksts, kas saistīts ar sāpju mazināšanu, var izraisīt sāpes nomācošu slēdzi amigdalā. Galu galā cilvēki var tikt kondicionēti tādā pašā veidā, viņa saka, bez nepieciešamības pēc zālēm, lai aktivizētu amigdala slēdzi.
Varbūt jūs varat apmācīt savas smadzenes skatīties uz lietotni, kad zāles vai smadzeņu stimulācija aktivizē sāpes nomācošās amigdala šūnas, lai smadzenes atceras. Pēc tam vēlāk viss, kas jums jādara, ir vēlreiz apskatīt lietotni, un amigdala izslēdz sāpes, viņa saka. Tas ir sapnis. Tā ir nākotne.
Būtībā smadzenes galu galā var mainīt savu sāpju uztveri — izslēgt sāpes, kas ir neizskaidrojamas un hroniskas vai vienkārši nav noderīgas.
Mums tik ilgi nav bijusi jauna terapija. Ibuprofēns. Citas zāles. Tie ir seni, saka Vans. Mums ir jāatrod cits veids.
Vanga vada jaunu iniciatīvu, kas pēta atkarību McGovern institūtā, jo viņa uzskata, ka viņas darbs pie sāpju nomākšanas smadzenēs galu galā varētu nozīmēt, ka pacientiem vairs nebūs nepieciešami opioīdi.
Viņas darbs ar atkarības iniciatīvu ir vērsts uz to, kā narkotiku lietošana rada smadzeņu tieksmi pēc narkotikām, kas saglabājas pat pēc fiziskās atkarības ārstēšanas un atvieglošanas. Es to uzskatu par dziļām garīgām sāpēm, viņa saka.
MIT resursi un sadarbība liek viņai justies, ka šādu sāpju mazināšana ir reāla iespēja. Šī ir vieta, viņa saka. Esmu apņēmības pilns atrast veidu, kā mazināt sāpes. Šie cilvēki ir tik izmisuši. Viņi tik ļoti tic zinātnei, un es ceru, ka zinātne viņus nepievils.
Sāpes lielā mērā ir smadzeņu radīta ilūzija. Visi priekšstati ir ilūzijas, saka Vans. Bet tikai tāpēc, ka tas ir galvā, tas nenozīmē, ka tas nav īsts. Viss ir galvā.
Zinātne par atkarību
Jaunā McGovern Institute iniciatīva risina jautājumus, piemēram, kāpēc daži cilvēki kļūst atkarīgi, bet citi nē.
Katru dienu ASV no opioīdu pārdozēšanas mirst aptuveni 130 cilvēku. Divi no visbiežāk novēršamajiem nāves cēloņiem ir tabaka un alkohols. Katrs piektais bērns aug mājās, ko skārusi atkarība. Tomēr zinātnieki joprojām nesaprot šīs hroniskās un sarežģītās smadzeņu slimības bioloģiju.
Vairāk nekā 20 McGovern Institute neirozinātnieku un inženieru komanda Fan Vanga vadībā ir sākusi darbu pie jauniem centieniem noteikt, kā atkarība ietekmē smadzenes, un izstrādāt stratēģijas tās prognozēšanai, novēršanai un ārstēšanai.
Vairāk nekā 50% pacientu atkārtojas sešu mēnešu laikā pēc stacionāras alkohola vai narkotiku atkarības ārstēšanas. Smadzeņu un kognitīvo zinātņu profesors Džons Gabrieli Laboratorija izmanto smadzeņu attēlveidošanu un mašīnmācīšanos, lai novērstu recidīva prognozes un pielāgotu pacientus ar optimālām iejaukšanās metodēm.
Poļina Aņikejeva , materiālu zinātnes un inženierzinātņu profesors, izstrādā rīkus, kas izmanto gaismas un magnētiskos laukus, lai aktivizētu neironus smadzeņu atalgojuma reģionā. Kontrolējot šīs smadzeņu ķēdes pelēm, viņa var izpētīt to lomu narkotiku meklēšanas uzvedībā un meklēt veidus, kā samazināt ar atkarību saistītās reakcijas. Viņa izmanto arī uz šķiedrām balstītas zondes, kuras viņa ir izveidojusi, lai precīzi noteiktu atkarības elektrofizioloģiskos un neiroķīmiskos biomarķierus.
Institūta profesors un neirozinātnieks Ann Greybiel, PhD '71 , pēta dopamīna ceļus, kas saistīti ar atkarību un ilgtermiņa ieradumu veidošanos. Viņa arī pēta, kā atkarību izraisošās narkotikas nolaupa šos ceļus, lai veicinātu motorisko uzvedību un ieradumu veidošanos. Aplūkojot, kā šie ceļi atšķiras cilvēkiem ar atkarībām, viņa cer noskaidrot, kāpēc daži cilvēki var būt vairāk pakļauti atkarībai nekā citi.
Smadzeņu un kognitīvo zinātņu profesors Eds Boidens '99, MEng '99 , izstrādāta izplešanās mikroskopijas tehnoloģija, kas ļauj vizualizēt mikroskopiskus savienojumus starp neironiem un biomolekulu atrašanās vietas neironos. Viņš tagad kartē ar atkarību saistītās molekulārās un neironu ķēdes izmaiņas un izmantos mašīnmācīšanos, lai noteiktu iespējamos ārstēšanas mērķus.
Bioloģijas inženierijas profesors Alans Jasanofs , kurš izstrādāja MRI sensorus, kas uzrauga nervu darbību, tagad izmanto jaunus sensorus, kas nosaka neiroķīmiskas vielas, lai pētītu saziņu starp smadzeņu reģioniem, kas saistīti ar motivāciju, atalgojumu un atkarību. Viņa mērķis ir labāk izprast, kā atkarība maina smadzeņu darbību.
Lai uzzinātu vairāk par McGovern Institute atkarības iniciatīvu, noklikšķiniet šeit .
- Džūlija Pjore