Ученые научились снимать нервное напряжение у мышей

Ученые из Стэнфордского университета обнаружили в продолговатом мозге мышей субпопуляцию нейронов, удаление которых позволило замедлить ритм дыхания и снизить тревожность животных. Результаты исследования представлены в журнале Science.

Известно, что глубокое и размеренное дыхание снимает нервное напряжение. Однако до сих пор то, как смена ритмов дыхания влияет на стресс, оставалось неясным. Регуляция дыхания осуществляется специальным центром, который состоит из нескольких элементов и расположен в продолговатом мозге. В новой работе американские специалисты изучили комплекс пре-Бетцингера (preBötC): его нейроны способны инициировать дыхательный процесс и регулировать дыхание путем воздействия на моторные нейроны, заставляя организм совершать вдохи.

В рамках исследования авторы проанализировали экспрессию порядка 19 тысяч генов из базы данных по эмбрионам мышей и выделили ген Cdh9, который сильно экспрессировался в комплексе пре-Бетцингера. Затем с помощью метки mOrange ученые разделили целевые нейроны по характеру экспрессии нескольких транскрипционных факторов на семь групп. Наиболее примечательной оказалась крупная субпопуляция Cdh9/Dbx1, которая включала в себя примерно 175 нервных клеток в каждой половине мозга. Согласно прошлым работам, удаление всех нейронов, экспрессирующих белок Dbx1, нарушает дыхание и приводит к смерти мыши.

Посредством гистологического исследования команда пришла к выводу, что ряд обнаруженных нейронов активируется непосредственно перед инициацией вдоха или во время нее, при этом Cdh9/Dbx1 экспрессировались только в этих клетках. После этого специалисты удалили эту субпопуляцию из продолговатого мозга живых мышей из экспериментальной группы с помощью дифтерийного токсина. Примечательно, что процедура не привела к летальному исходу: спустя год у подопытных особей также не наблюдалось значительных изменений во времени выдоха и вдоха, а характер дыхания сохранялся при колебаниях уровня кислорода в окружающем воздухе и во сне.

В то же время удаление субпопуляции повысило частоту смены режимов дыхания. Так, мыши из экспериментальной группы в среднем стали дышать спокойнее и медленнее, реже занимались исследованием новых территорий и чаще — собственной шерстью. Согласно электрокортикографическому анализу, у таких животных увеличилась низковолновая (в том числе дельта-) активность, характерная для глубокого сна. Схожие изменения наблюдались после удаления нейронов голубого пятна — ядра ствола мозга, связанного с реакцией на стресс и циклами сна/бодрствования. Введение меток в голубое пятно также привело к окрашиванию субпопуляции Cdh9/Dbx1.

По мнению авторов, нейроны этой группы служат связующим звеном между мозгом и центром стресса, отвечая за смену ритмов дыхания. Между тем ранее другая группа ученых показала, что искусственная стимуляция тета-активности мозга, ассоциирующаяся с фазой быстрого сна и медитативным состоянием, снизила тревожность у мышей. В сочетании с новыми данными это может помочь в разработке методов борьбы с тревожными расстройствами, паническими атаками и синдромом внезапной детской смерти, который, предположительно, связан с неадекватной реакцией центров стресса на дефицит кислорода.