Нервы, боль и сознание
Все мы в то или иное время испытываем боль. Боль - это важный "тревожный звонок", который говорит нам, что что-то не так, и "учитель", который напоминает нам, чтобы мы больше не делали то же самое. Обычно боль ощущается, когда раздражитель, например укол или травма, заставляет электрические импульсы пробежать по одному из кабелей нервных волокон в нашем теле и попасть в мозг, где они вызывают неприятные сенсорные и эмоциональные ощущения. Иногда боль возникает без какого-либо фактического раздражителя, например, при повреждении нервных волокон. Примером может служить фантомная боль, которую иногда ощущают ампутанты в отсутствующей конечности. Некоторые лекарства могут остановить боль, блокируя электрические импульсы до того, как они достигнут мозга. Другие препараты останавливают боль другим способом, не позволяя мозгу считывать сообщение о боли, передаваемое электрическими импульсами. В этой статье рассказывается о том, что происходит в организме, когда нам больно, как мозг вызывает ощущение боли и как некоторые лекарства могут остановить боль.
Боль - это больно!
Вы когда-нибудь падали с велосипеда и царапали колено? Возможно, сначала было очень больно, и вы даже плакали. Но через день-два колено, скорее всего, перестало болеть. Возможно, вы также ударялись локтем ("смешной костью") о край стола. В этом случае вы, вероятно, почувствовали совсем другую боль - сильную, острую, немного похожую на удар током, но без повреждения кожи или кровотечения. Этот второй вид боли, вероятно, исчез всего через несколько минут. Как царапина на коленке или удар по локтю вызывают ощущение боли, и что в итоге останавливает ее? Почему эти разные виды боли ощущаются по-разному? Где на самом деле ощущается боль - в колене или в мозгу? И почему боль иногда заставляет нас плакать?
Колени и локти связаны с мозгом нервами
Когда вы упали с велосипеда и повредили колено, в колене возник сигнал, который поступил в ваш мозг (рис. 1). Такие сигналы передаются в виде электрических импульсов, проходящих по нервам внутри вашего тела. Нервы - это длинные белые пучки, похожие на интернет-кабели, которые содержат большое количество отдельных нервных волокон. Каждое нервное волокно является продолжением отдельной нервной клетки (или нейрона). Болевой сигнал начинается в поврежденной части колена, где была поцарапана кожа. Электрические импульсы генерируются в специализированных отростках на конце каждого нервного волокна, откуда они направляются вверх по нерву к мозгу. Окончания некоторых нервных волокон генерируют электрические импульсы при легком прикосновении к коже. Другие генерируют импульсы, когда на них воздействует тепло, холод или сильное напряжение, например, когда ваше колено ударилось о землю. Когда сенсорные сигналы, генерируемые в колене, достигают мозга, возникает ощущение прикосновения, тепла, холода или боли. Какие ощущения вы испытываете, зависит от того, какие типы нервных волокон генерируют электрические импульсы и где именно сигналы попадают в мозг. Когда вы упали с велосипеда и поцарапали колено, многие нервные волокна, реагирующие на сильные воздействия, были активированы, и они попали в часть мозга, которая специализируется на болевых ощущениях. Именно поэтому результирующий сенсорный сигнал вызвал ощущение боли от царапины.
Когда вы ударились локтем, активизировались разные нервные волокна. Произошло так, что между краем стола и костью локтя был зажат целый нерв. Это привело к повреждению некоторых нервных волокон внутри нерва и их кратковременной активации. Электрические импульсы возникли сразу во многих типах сенсорных нервных волокон, а не только в тех, которые чувствительны к царапинам на коже. Единственный случай, когда такое происходит, - это удар током. Вот почему ощущения, которые вы испытали, ударившись локтем, вероятно, были похожи на удар током.
Боль находится в мозге
Мозг - это "командный центр" организма. Все ощущения возникают именно там, а не в колене или локте. Об этом можно судить на примере ампутантов - людей, потерявших ногу или руку из-за травмы или болезни. Ампутанты почти всегда продолжают ощущать свою отсутствующую конечность так, как будто она все еще существует. Ощущения фантомной конечности могут быть покалывающими, похожими на электрические разряды, жгучими или колющими. Откуда берутся электрические импульсы, если конечность на самом деле отсутствует? Некоторые ученые считают, что они возникают в мозге, подобно импульсам, вызывающим сновидения. Мы же считаем, что они возникают в поврежденных нервах в оставшихся частях конечности (рис. 2). Это немного напоминает ушибленный локоть, только травма гораздо серьезнее, а электрические импульсы и боль часто сохраняются до конца жизни ампутированного [ 1 ].
Есть и множество других способов узнать, что ощущения возникают в мозге. Например, при некоторых хирургических операциях череп пациента вскрывается, обнажая мозг. Когда хирург подает электрические импульсы прямо в мозг, пациент говорит, что чувствует что-то, в зависимости от того, где мозг был стимулирован. Например, при стимуляции задней части мозга пациент видит свет, даже когда его глаза закрыты (рис. 2). Стимуляция боковой части мозга заставляет пациента слышать звуки, иногда узнаваемые мелодии! А стимуляция верхней части мозга вызывает покалывание в ступне, руке или лице, что немного напоминает ощущение фантомных конечностей. Мы пока не знаем точно, где возникает ощущение боли.
Удивительно, но электрическая активность в других областях мозга вызывает такие эмоции, как гнев, печаль и любовь [ 2 ]. Причина, по которой вы могли заплакать, когда поцарапали колено, заключается в том, что, помимо активации болевых зон в мозге, электрические импульсы, которые исходили от вашего колена, также активировали части мозга, которые генерируют эмоции, создавая ощущение несчастья и выпуская слезы из глаз (рис. 3). Мозг также является местом, где возникают такие побуждения, как голод, жажда и желание. И, самое главное, именно мозг дает нам ощущение, что мы существуем, что мы сознательны, а не находимся в глубоком беспробудном сне.
Выключение и включение боли и сознания
Если бы электрические нервные импульсы, сообщающие вашему мозгу о том, что вы поцарапали колено, были заблокированы по пути, вы бы не почувствовали боли. Вы наверняка сталкивались с такими блокировками. Иногда, когда вы долго сидите со скрещенными ногами, одна нога "засыпает". Если потом ущипнуть ее за ногу, вы почти ничего не почувствуете. Существуют также препараты, которые блокируют прохождение электрических импульсов по нервам. Чтобы предотвратить боль при сверлении зуба, стоматолог обычно вводит такой препарат в нерв в челюсти. Благодаря этому болевые сигналы от зуба не попадают в мозг и не ощущаются. Женщинам, которым предстоит рожать, часто вводят такой же препарат, чтобы уменьшить боль при родах. Препараты, которые блокируют нервные импульсы, поступающие в мозг, называются местными анестетиками.
Различные препараты, называемые общими анестетиками, не только заглушают боль, но и заставляют эмоции, мотивацию и даже сознание полностью исчезнуть. Они заставляют "вас" внутри вашей головы на некоторое время исчезнуть. Эти препараты вводят вас в состояние небытия, которое, по мнению многих людей, должно быть таким же, как смерть. Но препараты для общей анестезии не приводят к смерти. Находящийся под наркозом мозг продолжает контролировать дыхание, кровяное давление и многие другие важные функции, которые поддерживают нашу жизнь. Общие анестетики очень полезны, потому что позволяют врачам проводить хирургические операции, при этом пациент не чувствует боли. Обычно операции длятся недолго. Но состояние, похожее на смерть, вызванное общим наркозом, может сохраняться в течение недель или месяцев, если препарат вводится многократно. Люди не чувствуют хода времени, когда находятся под общим наркозом. Если вы спросите, человек, скорее всего, скажет, что он спал несколько минут, а не несколько месяцев [ 3 ].
Как отключается сознание и боль?
Подумайте о телевизоре: вы можете включать и выключать звук, не влияя на изображение. Может быть, так и анестетики отключают только одни функции мозга, но не другие? При вдыхании или введении в вену анестетики достигают всех отделов мозга, но, возможно, они выполняют свою работу только в некоторых частях. С учетом этого вопроса наша лаборатория провела эксперименты, чтобы выяснить, где именно в мозге работают анестетики. Потребовалось много усилий, но, исследовав весь мозг, мы обнаружили одно его особое место. При введении сюда крошечного количества анестезирующего препарата крысы и мыши переставали реагировать на обычно болезненные щипки за лапку или хвост. Инъекции в других местах мозга такого эффекта не давали [ 4 ]. Мы назвали это особое место в мозге мезопонтинной тегментальной зоной анестезии, или сокращенно МПТА. Мы также обнаружили, что разрушение MPTA приводит к потере нормальной чувствительности животных к анестетикам [ 5 ]. Все вместе эти результаты заставляют нас думать, что МПТА может действовать как переключатель. Когда нервные клетки в МПТА активируются анестезирующими препаратами, они посылают электрические сигналы по нервным волокнам в мозг, которые временно отключают боль, сознание и некоторые другие вещи, не отключая при этом дыхание, кровообращение и другие важнейшие функции, которые поддерживают нашу жизнь.
Временная потеря сознательного "я" без потери других ключевых функций мозга также происходит во время глубокого сна, при обмороках и после некоторых видов травм головы (сотрясений). Мы все ворочаемся в постели во время сна, но наш бессознательный спящий мозг точно знает, где находится край кровати. За исключением младенцев и некоторых пациентов, мы почти никогда не падаем с кровати на пол. Особенно драматичным примером продолжения активности мозга в бессознательном состоянии является "хождение во сне". Человек может встать с кровати, пойти на кухню, чтобы приготовить сэндвич, а затем вернуться в постель, и все это во время сна. Наши исследования показывают, что MPTA может быть связана со сном, обмороками и сотрясениями мозга, а также с анестезией.
Что дальше?
Сейчас студенты нашей лаборатории пытаются определить конкретные нейроны в области MPTA, которые отвечают за реакцию мозга на анестезирующие препараты, и выяснить, почему анестезирующие препараты вызывают их возбуждение. Мы также пытаемся выяснить, к каким участкам мозга подключаются эти особые нервные клетки, что позволяет им контролировать многие вещи, которые делают нас людьми: удовольствие, боль, страдания, любовь, ненависть, страх, голод и многое другое. Кто знает, может быть, когда-нибудь это направление работы покажет, как вывести пациента из комы, вызванной травмой мозга, или полностью отключить боль, не доводя человека до потери сознания. Однако главная надежда заключается в том, что подобные эксперименты прольют свет на величайшую тайну: как мозг вообще генерирует опыт сознания, опыт "я". Сегодня ученые не знают, как электрические импульсы, циркулирующие в мозге, создают ощущения, эмоции, мотивацию и сознание. Это одна из самых больших загадок во всей науке. Но ясно одно: эти вещи происходят в нашем мозге. Когда-нибудь кто-нибудь догадается об этом. Возможно, это будете вы!
