Последние исследования помогают понять, как микробы в кишечнике влияют на реакции страха у своего носителя.
Подкаст на YouTube, Apple, Spotify и других сервисах
Хоть физически кишечник и далек от мозга, в последние годы исследователи настаивают, что обширные скопления микробов в пищеварительном тракте поддерживают открытый канал связи между двумя этими органами. Уже было доказано, что кишечная микрофлора влияет на сознание и чувства, затрагивая настроение, сферу психических расстройств и даже восприятие информации. Однако понять, как это происходит, не удавалось.
До недавнего времени изучение взаимосвязи кишечника и мозга по большей части выливалось только в корреляции между микрофлорой и процессами в мозгу. Однако в своих новейших выводах исследователи зашли дальше (в основном благодаря работам, демонстрирующим участие микрофлоры в реакциях на стресс). Сосредоточившись на страхе и в особенности на том, как он со временем пропадает, ученые отследили изменения в поведении мышей с ослабленной микрофлорой (именно эта работа, приведенная здесь по ссылке, далее будет упоминаться как «данное исследование» — прим. Newочём). Они обнаружили различия в клеточной сети, активности мозга и генах, а также указали на небольшое временное окно после рождения, когда восстановление микрофлоры может предотвратить появление поведенческих недостатков при взрослении. Более того, ученые отследили четыре конкретные соединения, которые вполне могут быть ответственны за эти изменения. И, хотя рано говорить о методах лечения, которые могут возникнуть, когда нам станет понятна связь между кишечником и мозгом, вышеуказанные явные различия подтверждают теорию, что эти два органа тесно переплетены.
Доцент кафедры интегративной физиологии Университета Колорадо в Боулдере Кристофер Лоури говорит, что связать с мозгом эти механизмы взаимодействия — главная цель в исследованиях микрофлоры. «Уже есть несколько многообещающих наводок», — добавляет он.
Кэкэ Чжу, ведущий автор данного исследования и постдокторант в медицинском колледже Уэйлл при Корнеллском университете, была заинтригована теорией о влиянии населяющих наши тела микробов и на чувства, и на действия. Несколько лет назад она приступила к подробнейшему изучению этих взаимодействий при содействии психиатров, микробиологов, иммунологов и ученых других областей.
Мыши без здоровой микрофлоры не знали, как перестать бояться, а ученые могли наблюдать это на клеточном уровне.
Ученые провели классическое поведенческое испытание для мышей, одна часть которых получила антибиотики (что значительно ослабило их микрофлору), а другая была выращена в изоляции (и не имела микрофлоры вовсе). Все мыши были обучены бояться звука, за которым следовал удар электрического тока. Когда ученые прекратили подавать ток, обычные мыши постепенно научились не бояться звука. Но у мышей с ослабленной или отсутствующей микрофлорой страх остался: они чаще других замирали при воспроизведении звука.
Заглянув в медиальную префронтальную кору головного мозга (это внешняя область мозга, которая отвечает за реакции страха), ученые заметили явные различия между мышами с обедненной микрофлорой: некоторые гены проявлялись меньше. Один тип глиальной клетки у них никогда не развивался правильно. Шипиковые выступы на нейронах, отвечающие за обучение, росли недостаточно и чаще отсутствовали. Указанный тип клетки демонстрировал сниженную активность. Мыши без здоровой микрофлоры не знали, как перестать бояться, а ученые могли наблюдать это на клеточном уровне.
Исследователи также задались целью выяснить, как состояние микрофлоры в кишечнике вызывает эти изменения. Было высказано предположение, что микробы посылали сигналы в мозг через длинный блуждающий нерв, отвечающий за передачу ощущений от пищеварительного тракта к мозговому стволу. Однако перерезание этого нерва не меняло поведения мышей. Также имелась вероятность, что микрофлора возбуждает реакции иммунной системы, что отражается на мозге, но у всех мышей количество и пропорции иммунных клеток были одинаковы.
Тем не менее, исследователи точно определили четыре метаболических соединения с неврологическим воздействием, которые реже всего встречались в сыворотке крови, спинномозговой жидкости и стуле мышей с ослабленной микрофлорой. Некоторые из этих соединений уже ассоциировались с неврологическими расстройствами у людей. Микрофлора может в избытке выделять определенные вещества, которые затем вместе с некими молекулами попадают в мозг — такое предположение выдвинула команда ученых, как сообщает Дэвид Артис, ведущий автор данного исследования и директор Исследовательского института воспалительных заболеваний кишечника имени Джилл Робертс в медицинском колледже Уэйлл при Корнеллском университете.
«Во многих лабораториях растет интерес к отслеживанию тех бактериальных субстанций, которые участвуют в передаче сигналов нервной системы, — делится Мелани Гаро, доцент анатомии, физиологии и клеточной биологии Калифорнийского университета в Дэвисе. — Вероятно, в этот процесс вовлечены многочисленные метаболиты и метаболические пути».
«Исследования других расстройств, подобных депрессии, также указывают на вовлеченность определенных соединений, созданных микробами, но до сих пор нет согласия в том, чему способствует каждое из соединений, — признает Эмеран Майер, профессор медицины и директор Центра нейробиологии стресса и стрессоустойчивости имени Дж. Оппенгеймера Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе. — И хотя кишечная микрофлора у людей с заболеваниями мозга явно отличается, не всегда ясно, чем является это отличие — причиной или же следствием. Изменения в микрофлоре могут вызвать неврологические проблемы, но и патологические состояния мозга могут менять микрофлору».
В теории, присутствие некоторых веществ может помочь спрогнозировать, кто наиболее подвержен расстройствам вроде посттравматического стрессового расстройства.
В этой области исследований существуют разногласия не только по поводу влияния болезненной микрофлоры, но и касательно здоровой. «Долгое время мы были поглощены мыслью о том, чтобы выявить особые типы бактерий, которые увеличивают риск возникновения связанных со стрессом расстройств или обеспечивают устойчивость к ним, — и это не обязательно должен быть отдельный микроб», — говорит Лоури. Даже у здоровых людей микрофлора сильно различается. Отдельные микробы могут не иметь значения, если микрофлора достаточно разнообразна: так, в разнообразии густых лесов отдельный вид деревьев не становится необходимым.
Влияние микробов на нервную систему все еще остается новой областью исследований, и нет даже четкого понимания, что считать таким влиянием. В ходе предыдущих экспериментов были сделаны противоречивые выводы относительно того, помогают ли животным изменения в микрофлоре разучиться бояться. Дополнительный вес результатам работы Чжу и ее коллег придает то, что они указывают на существование особого механизма, вызывающего поведение, которое наблюдали ученые. Подобные этому исследования животных особенно полезны в установлении ясной связи между нервной системой и микрофлорой, даже если эти исследования не направлены на лечение людей, как считает Кирстен Тиллиш, профессор медицины в Медицинской школе Дэвида Геффена при Калифорнийском университете. «Люди так сильно отличаются от животных в том, как их мозг обрабатывает эмоции, физические ощущения и когнитивные операции, что перевод [с животного “языка” на человеческий] крайне затруднителен», — сказала она.
В теории, присутствие некоторых веществ может помочь спрогнозировать, кто наиболее подвержен расстройствам вроде посттравматического стрессового расстройства. Подобные эксперименты могут даже выявить пути сообщения между мозгом и микрофлорой, на которых впоследствии можно сконцентрировать лечение. «Эти опыты на мышах всегда дают надежду, что мы подходим ближе к вмешательству в процессы», — говорит Майер, а строгие методические исследования [подтверждают это] и часто дают поразительные результаты. Но работа с человеческим мозгом не абсолютно зеркальна работе с мышами. Более того, взаимодействие мозга и кишечной микрофлоры не одинаково у людей и мышей, и обусловленные рационом различия в микрофлоре только усиливают несоответствие.
По словам Майера, для людей вмешательства в микрофлору могут быть наиболее эффективными в младенчестве и детстве, когда она еще развивается и в мозгу происходит раннее программирование. В данном исследовании ученые увидели определенное «окно» в младенчестве, когда мыши нуждаются в типичной микрофлоре, чтобы нормально избавляться от страха во взрослом состоянии. Мышей, которые были полностью изолированы от микробов в первые три недели после рождения, затем смешивали с мышами, которые имели типичную микрофлору. Мыши без микробов «подцепили» микробы других мышей и развили богатую микрофлору, но когда они выросли и прошли те же эксперименты по «отучению» бояться, у них еще наблюдался дефицит. Всего несколько недель от роду, они уже слишком выросли, чтобы научиться нормально гасить свой страх.
Но когда микрофлора была восстановлена среди новорожденных мышей, которые получили богатую микрофлору после того, как их поместили с приемными родителями, мышата выросли и вели себя нормально. В первые несколько недель после рождения микрофлора оказалась крайне важна — и такое к ней отношение, по словам Тиллиш, отлично вписывается в более широкую концепцию о том, что схемы, управляющие чувствительностью к страху, восприимчивы в ранний период жизни.
Тот вид отучения от страха, который испытали исследователи, является основополагающим навыком в эволюционном смысле, как считает Артис. Знание, чего стоит бояться, и адаптация, когда это больше не представляет опасности, может иметь решающее значение для выживания. Неспособность погасить страх также представлена в ПТСР и связана с другими заболеваниями головного мозга, поэтому углубление научных знаний о механизмах, которые влияют на эту схему, может пролить свет на основы поведения человека и способно проложить путь к возможным методам лечения.
В масштабе эволюции человеческая микрофлора изменилась, так как все больше людей стало жить в городах, и расстройства мозга стали гораздо заметнее. По словам Кристофера Лоури, «толпы» микробов, населяющих каждого из нас, эволюционировали вместе с нашим видом, и очень важно понять, как они влияют как на физическое, так и на психическое здоровье. Окружающая среда может воздействовать на нашу нервную систему посредством микрофлоры, добавляя новые уровни сложности в изучение здоровья и болезней мозга.
По материалам Quanta Magazine
Автор: Елена Ренкен
Переводили: Екатерина Егина, Анастасия Заостровцева
Редактировал: Сергей Разумов
