Исследования Фань Вана о том, как мозг контролирует боль, могут однажды привести к новым методам лечения, которые помогут миллионам людей.
Около 50 миллионов американцев страдают от хронической боли, которая мешает их повседневной жизни, социальным взаимодействиям и трудоспособности. Профессор Массачусетского технологического института Фань Ван хочет разработать новые способы облегчить эту боль, изучая и потенциально модифицируя собственные механизмы контроля боли в мозгу.
Ее недавняя работа определила «выключатель» боли, расположенный в миндалевидном теле мозга. Она надеется, что поиск способов контролировать этот переключатель может привести к новым методам лечения хронической боли.
«Хроническая боль — это серьезная социальная проблема, — говорит Ван. «Изучая нейроны, подавляющие боль, в центральной миндалине мозга, я надеюсь создать новый терапевтический подход к облегчению боли».
Ван, который присоединился к профессорско-преподавательскому составу Массачусетского технологического института в январе 2021 года, также является руководителем новой инициативы Института исследований мозга Макговерна, которая занимается изучением наркомании с целью разработки более эффективных методов лечения зависимости.
«Назначение опиоидов при хронической боли является основным фактором опиоидной эпидемии. Я думаю, что с пандемией Covid зависимость и передозировка усугубляются. Люди более тревожны и ищут лекарства, чтобы облегчить такую душевную боль», — говорит Ван. «Как ученые, мы обязаны решить эту проблему».
Сенсорные цепи
Ван, выросшая в Пекине, описывает себя как «занудного ребенка», который любил книги и математику. В старших классах она принимала участие в научных конкурсах, затем продолжила изучать биологию в Университете Цинхуа. Она приехала в Соединенные Штаты в 1993 году, чтобы получить докторскую степень в Колумбийском университете. Там она работала над отслеживанием паттернов соединения нейронов обонятельных рецепторов в лаборатории Ричарда Акселя, который позже получил Нобелевскую премию за открытие обонятельных рецепторов и того, как устроена обонятельная система.
Защитив докторскую диссертацию, Ван решила переключиться. Будучи постдоком в Калифорнийском университете в Сан-Франциско, а затем в Стэнфордском университете, она начала изучать, как мозг воспринимает прикосновения.
В 2003 году Ван присоединился к факультету Медицинской школы Университета Дьюка. Там она начала разрабатывать методы изучения мозговых цепей, лежащих в основе осязания, отслеживая цепи, передающие сенсорную информацию от усов мышей в мозг. Она также изучала, как мозг интегрирует движения органов осязания с сигналами сенсорных стимулов для создания восприятия (например, используя растягивающие движения для ощущения эластичности).
Продолжая свои исследования сенсорного восприятия, Ван заинтересовалась изучением восприятия боли, но она чувствовала, что ей необходимо разработать новые методы для решения этой проблемы. Работая в Duke, она изобрела метод под названием CANE (захват активированных нейронных ансамблей), который может идентифицировать сети нейронов, которые активируются определенным стимулом.
Используя этот подход на мышах, она определила нейроны, которые активизируются в ответ на боль, но было активировано так много нейронов в мозгу, что это не дало много полезной информации. Чтобы косвенно понять, как мозг контролирует боль, она решила использовать КАНЕ для изучения эффектов препаратов, используемых для общей анестезии. Во время общей анестезии лекарства приводят пациента в бессознательное состояние, но Ван предположил, что лекарства могут также отключать восприятие боли.
«В то время это была просто дикая идея, — вспоминает Ван. «Я думал, что могут быть и другие механизмы — вместо простой потери сознания анестетики могут что-то сделать с мозгом, что на самом деле отключит боль».
Подтверждением существования «выключателя» боли стало наблюдение, что раненые солдаты на поле боя могут продолжать сражаться, по существу блокируя боль, несмотря на свои травмы.
В ходе исследования мышей, которых лечили анестезирующими препаратами, Ван обнаружил, что в мозге действительно есть такой переключатель в неожиданном месте: в миндалевидном теле, которое участвует в регулировании эмоций. Она показала, что этот кластер нейронов может отключать боль при активации, а при его подавлении мыши становятся высокочувствительными к обычным нежным прикосновениям.
«Есть базовый уровень активности, при котором животные чувствуют себя нормально, и когда вы активируете эти нейроны, они будут чувствовать меньше боли. Когда вы заставите их замолчать, они почувствуют больше боли», — говорит Ван.
Отключение боли
Это открытие, о котором Ван сообщил в 2020 году, открыло возможность каким-то образом модулировать этот переключатель у людей, чтобы попытаться лечить хроническую боль. Это долгосрочная цель Ван, но для ее достижения требуется больше работы, говорит она. В настоящее время ее лаборатория работает над анализом паттернов экспрессии РНК нейронов в кластере, который она идентифицировала. Они также измеряют электрическую активность нейронов и то, как они взаимодействуют с другими нейронами в головном мозге, в надежде идентифицировать схемы, которые могут быть нацелены на подавление восприятия боли.
- Одним из способов модулирования этих цепей может быть использование глубокой стимуляции мозга, которая включает имплантацию электродов в определенные области мозга.
- Фокусированный ультразвук, который все еще находится на ранних стадиях разработки и не требует хирургического вмешательства, может быть менее инвазивной альтернативой.
- Другой подход, который интересует Ванга, заключается в сочетании стимуляции мозга с контекстом, например просмотром приложения для смартфона. Такой тип сопряжения может помочь научить мозг отключать боль с помощью приложения без необходимости исходной стимуляции (глубокая стимуляция мозга или ультразвук).
«Возможно, вам не нужно постоянно стимулировать мозг. Возможно, вам просто нужно повторно активировать его с помощью контекста», — говорит Ван. «Через некоторое время вам, вероятно, потребуется рестимулировать или переобучать, но, по крайней мере, у вас есть больше времени, когда вам не нужно идти в больницу для стимуляции, и вам просто нужно использовать контекст».
Ван, который был привлечен в Массачусетский технологический институт отчасти из-за того, что он уделял особое внимание развитию междисциплинарного сотрудничества, сейчас работает с несколькими другими членами Института Макговерна, которые используют разные точки зрения, чтобы попытаться выяснить, как мозг генерирует состояние влечения, которое возникает при наркозависимости, включая опиоидную зависимость.
«Мы собираемся сосредоточиться на попытках понять это состояние влечения: как оно создается в мозгу и как мы можем стереть этот след в мозгу или, по крайней мере, контролировать его. А затем вы можете, например, нейромодулировать его в режиме реального времени и дать людям шанс вернуть себе контроль», — говорит она.