Ободряющее прикосновение родителей. Теплое объятие друга. Манящие объятия возлюбленного. Это одни из тактильных радостей в нашей жизни.

Теперь ученые из Института Цукермана Колумбийского университета и двух партнерских институтов сообщают о ранее неизвестных отправных точках в нейробиологических путях, лежащих в основе приятных, сексуальных и других вознаграждающих социальных прикосновений. В частности, в исследованиях на мышах они впервые выявили полный путь, который начинается с нейронов в коже, реагирующих на нежные поглаживания, и проходит до центров удовольствия в мозге. Результаты этого исследования были опубликованы сегодня в журнале Cell.

По словам исследователей, полученные результаты также указывают на возможность применения сенсорных методов лечения для снятия тревоги, стресса и депрессии. Более того, такие методы лечения могут оказаться перспективными для людей с аутизмом и другими заболеваниями, при которых даже нежное прикосновение может быть невыносимым.

"С самого начала этот проект был связан с высоким риском и высокой отдачей", - говорит Измаил Абдус-Сабур, доктор философии, главный исследователь Колумбийского института Цукермана и соответствующий автор статьи. "Мы просто продолжали следить за данными, и они привели нас туда, куда надо".

Ученые давно знают, что в коже есть тактильные сенсорные клетки - ключевые компоненты периферической нервной системы, которые позволяют нам различать различные текстуры и температуры, а также разновидности приятных и болезненных механических стимулов.

"Мы не были уверены, что эта картина социального осязания была правильной", - говорит доктор Абдус-Сабур, который также является доцентом биологических наук в Колумбийском университете. "Мы решили проверить, могут ли существовать тактильные нейроны, специально настроенные на вознаграждение за прикосновение".

На такую возможность намекали исследователи из Калифорнийского технологического института, которые изучали класс сенсорных клеток, названных клетками Mrgprb4 в честь рецептора в их мембранах. Ученые обнаружили, что эти клетки реагируют на легкие удары.

Новое исследование в журнале Cell является кульминацией четырехлетней совместной работы почти 20 ученых (12 из лаборатории Абдус-Сабура, включая первого автора) из трех институтов, направленной на более пристальное изучение этих клеток.

Ключом к исследованию стала мощная техника, называемая оптогенетикой, в которой отдельные типы клеток создаются таким образом, чтобы они активировались, когда исследователи светят на них светом определенного цвета. Эта техника особенно подходит для изучения функций определенных популяций клеток.

Исследователи начали свои изыскания осенью 2018 года в Пенсильванском университете, когда доктор Абдус-Сабур был там преподавателем, изучающим неврологию боли. Именно тогда тогдашняя аспирантка Лия Элиас и тогдашний лаборант Уильям Фостер (ныне аспирант Колумбийского университета по программе "Нейробиология и поведение" и первый автор статьи в Cell) сделали поразительное наблюдение.

"Мы увидели, что, активируя эту малоизученную популяцию тактильных сенсорных клеток в спине мыши, животные опускали спину и принимали позу дорсифлексии", - говорит доктор Элиас. В мире грызунов такая поза является ключевым признаком сексуальной восприимчивости, которая обычно требует физического внимания со стороны мыши-ухажера.

"Это было очень странно. Мы не знали, что с этим делать", - говорит доктор Элиас, который сейчас работает постдокторантом в Университете Джона Хопкинса в Балтиморе.

В основе этой интригующей находки лежала линия мышей, которых команда генетически модифицировала таким образом, чтобы сенсорные клетки Mrgprb4 у животных срабатывали при освещении синим светом. Эти типы сенсорных клеток ранее не были связаны с каким-либо конкретным социальным поведением, но когда доктор Элиас и Фостер активировали эти клетки, посветив на мышей синим светом, дуэт едва мог поверить в увиденную ими реакцию дорсифлексии.

Высокоскоростная видеозапись поведения была безошибочной. А позже исследовательская группа под руководством тогдашней аспирантки Мелани Шаффлер наблюдала, как эти же мыши добровольно шли к тому же месту в исследовательской камере, где животных освещали ранее. Это свидетельствовало о том, что животные воспринимали включение сенсорных клеток Mrgprb4 на спине как вознаграждение.

"Это первый задокументированный пример того, что конкретное поведение может быть вызвано или поддержано этими нейронами Mrgprb4", - сказал доктор Абдус-Сабур.

Хотя дорсифлексия была захватывающей и указывала на потенциальную роль этих клеток в обнаружении сексуальных прикосновений, исследователям нужны были прямые доказательства того, что они опосредуют прикосновения во время естественных социальных контактов. Но вмешалась пандемия и замедлила темпы исследований. Продвижение исследований стало настолько трудным, что к середине 2020 года команда задумалась о полном отказе от проекта.

Однако в одиннадцатый час доктор Элиас в сотрудничестве с Изабеллой Суччи, которая тогда работала техником в лаборатории в Пенсильвании, а сейчас является аспирантом Колумбийского университета по программе биологических наук, провели решающий эксперимент. Используя генетические методы, они удалили клетки Mrgprb4. Это позволило ученым выяснить, влияет ли отсутствие этих клеток в сенсорной схеме на сексуальную реакцию мышей на тактильную стимуляцию.

"Сексуальная восприимчивость просто упала", - сказал доктор Элиас. "Тогда мы точно знали, что эти клетки важны для социального прикосновения в естественных условиях".

Как бы ни был ясен этот результат, новые данные привели к возникновению интересного, но сложного исследовательского вопроса: как эти периферические клетки связаны с нижележащими нейронными схемами через спинной мозг и затем более центрально в головном мозге?

Для ответа на этот вопрос, отметил доктор Абдус-Сабур, потребовались методы, выходящие за пределы лаборатории, которая занималась периферической нервной системой. В связи с этим доктор Элиас выразил желание, чтобы лаборатория взяла на вооружение фотометрию волокон - метод, который позволит увидеть, как нейроны вознаграждения в мозге "загораются" в ответ на приятные стимулы. В течение следующих нескольких месяцев, при решающей помощи Суччи, доктор Элиас смог показать, что активация клеток Mrgprb4 действительно заставляет нейроны загораться в nucleus accumbens, одном из известных центров вознаграждения в мозге.

Но оставался важный вопрос: как этот сигнал попадает из кожи в мозг?

Пока растущая команда занималась этим многогранным исследованием в 2020 году, исследование, проведенное под руководством Гарварда, сообщило об одной из важных частей головоломки, связанной с приятным прикосновением. Изучая клетки спинного мозга, связанные с прикосновением, обозначаемые как клетки GPR83, эта исследовательская группа проследила связи между нейронами в обоих направлениях: центрально в стволе мозга и периферически к тому же классу клеток Mrgprb4, которые, как показала группа доктора Абдус-Сабура, обнаруживают и передают вознаграждающие стимулы прикосновения.

"Это натолкнуло нас на мысль, что эти нейроны GPR83, вероятно, являются каналом, соединяющим кожу со всем мозгом", - говорит доктор Абдус-Сабур.

С помощью дополнительных экспериментов - в сотрудничестве с лабораторией Ратгерского университета Виктории Абрайры, доктора философии - команде удалось проследить схему связи кожи с мозгом при осязании дальше и более подробно, чем это было достигнуто ранее. Одним из главных открытий стало то, что нейроны ствола мозга, которые изучала команда под руководством Гарварда, связаны с более глубокими местами в мозге - вентральной тегментальной областью и ядром аккумбенс. Это была ключевая связь, поскольку обе области мозга уже были известны как связанные с переживанием вознаграждения и удовольствия.

Доктор Абдус-Сабур отмечает, что у людей есть сенсорные клетки кожи, называемые С-тактильными афферентами, которые имеют некоторое сходство с клетками Mrgprb4 у мышей. У людей также есть нейроны спинного и головного мозга, которые соответствуют схеме осязания, которую обнаружила команда доктора Абдус-Сабура и нейробиологов. Это сходство открывает путь к потенциальному биомедицинскому применению, сказал доктор Элиас. Например, может стать возможной разработка периферических методов лечения стресса, тревоги или депрессии - с помощью сенсорной терапии или даже новых лекарств, наносимых непосредственно на кожу.

"Кардинальным симптомом многих людей с аутизмом является то, что они не любят, когда к ним прикасаются", - добавил доктор Абдус-Сабур. "В связи с этим возникает вопрос, можно ли изменить выявленный нами путь, чтобы люди могли получать пользу от прикосновений, которые должны приносить удовольствие, а не вызывать отвращение".

"Пандемия заставила всех нас остро осознать, насколько разрушительным может быть отсутствие социальных и физических контактов", - сказал доктор Элиас. "Я думаю о психическом упадке пожилых людей в домах престарелых, которые не могли иметь типичного контакта с посетителями. Я думаю о том, что физический контакт между родителями и их новорожденными и маленькими детьми необходим для правильного когнитивного и социального развития. Мы еще не понимаем, как эти виды прикосновений передают свои преимущества, будь то острое удовольствие или содействие долгосрочному психическому благополучию. Вот почему эта работа так важна".