Как коммуницируют сердце и мозг

Сердце и мозг влияют друг на друга, но механизм этого воздействия до недавних пор оставался невыясненным. Фото с сайта www.freepik.com

Вопросом, как сердце воздействует на наше восприятие, задались в лейпцигском Институте когниции (ума) человека и берлинской Школе исследования умственных способностей. Результаты исследования и регистрация специфических компонентов мозговой активности были представлены в журнале «Труды АН США» (PNAS).

Немцы выяснили, что восприятие испытуемых различалось во время сердечных сокращений: оно снижалось во время сокращения-систолы и повышалось при расслаблении. Об этом свидетельствовали показатели электрофизиологических параметров: две положительные и одна негативная волны (Р50, Р300 и N140). Числа в обозначении этих волн отражают пики волн в миллисекундах. Особенно интересна в этом смысле волна Р300, которую связывают с проявлениями сознания и которая не фиксируется при безусловном коленном рефлексе.

Ученые пришли к выводу, что сердце и мозг коммуницируют друг с другом, поэтому частота сердцебиений увеличивается при осознании мозгом опасности или ее приближения. В состоянии же покоя пульс замедляется. Авторы отмечали также, что и сердце воздействует на мозг. Но о механизме этого воздействия, который отличается у разных людей, ничего не могли сказать.

Известно, что ожидание чего-то может субъективно ускоряться или замедляться, поэтому в Корнельском университете (США) построили компьютерную модель сердца, синхронизированную с подачей короткого – 80–188 миллисекунд – звукового сигнала. В духе выявленных наукой гравитационной «ряби» пространства-времени (гравитационно-волновой) физиологи университета показали наличие сокращений и расслаблений коротких интервалов времени в долях секунды. Ученые предположили наличие уникальной роли сердечной динамики в восприятии времени и его кратких моментов. Они также считают, что подобного рода модель открывает новый путь исследования связи сердца и мозга.

В калифорнийском Стэнфорде ось сердце–мозг подверглась изучению с помощью оптогенетики на подопытных мышах. Кстати, хотя методы оптогенетики сегодня очень широко применяются во многих отраслях науки и технологий, его создатель Карл Дейсерот упорно не признается Нобелевским комитетом достойным премии. Методика американских ученых из Стэнфорда предполагает создание генетически модифицированных клеток, которые начинают реагировать в ответ на воздействие лучом лазера. В Стэнфорде создали ГМ-мышей, частота сердцебиений которых под действием лазера увеличивается с нормальных 660 ударов в минуту до 900 ударов! Увеличение частоты почти в 1,5 раза (тахикардия) приводило к появлению у мышей беспокойства (anxiety), проявлявшегося в нежелании покидать клетку с «познавательной» целью. В свою очередь, ожидание электрического удара по лапкам приводило мышей к учащению сердечных сокращений.

Карл Дейсерот и его сотрудники полагают, что полученные ими данные могут иметь значение и для клиник, где людей с помощью анксиолитиков лечат от выраженного беспокойства и разных форм посттравматического синдрома. Авторы планируют использовать оптогенетику для количественной оценки воздействия кишечника и кожных покровов на мозг – как здоровых людей, так и пациентов с различной степенью поражения. Их статья в журнале Nature называется «Кардиогенный контроль аффективного мозга».

Конкретный механизм воздействия тахикардии на мозг связан с белковыми каналами в клеточных оболочках. Сигнал лазера открывает эти каналы, через которые в мышечные клетки начинают поступать активирующие их ионы кальция. По центростремительным волокнам блуждающего нерва, проводящим также и боль, сигнал об учащении сердечного ритма поступает в мозг. Его адресатом являются нейроны коры углубленного в полушарие островка (Insula).

В связи с этим можно упомянуть вшиваемые сердечникам ритмоводители и то, что по блуждающему нерву в мозг могут поступать прионы – патологические протеины. Они приводят к нейродегенеративным заболеваниям – печально знаменитая «болезнь бешеных коров», или спонгиоформная энцефалопатия. Кстати, синий лазер активировал другой протеин-канал, через который в мышечные клетки сердца мыши поступали негативно заряженные ионы. Это успокаивало сердце и снижало уровень беспокойства. Несомненно, когда-то метод станет доступен и для человека.