Може да изглежда, че мозъкът ни е физически отдалечен от червата ни, но през последните години изследванията дават сериозни доказателства, които предполагат, че огромните общности на микроби, концентрирани в червата ни, осигуряват връзка между мозъка и червата. Микробиомът на червата влияе на когнитивната функция и емоциите, влияе на настроението и проблемите с психичното здраве и дори как обработва информацията. Но беше трудно да разбера как микрофлората прави това.
Доскоро проучванията за връзката между червата и мозъка демонстрираха главно корелация между състоянието на чревната микрофлора и процесите, протичащи в мозъка. Но новите открития помагат да се създаде по-подробна картина, основана на изследвания, които демонстрират участието на микробиома в реакциите на стрес. Съсредоточавайки се върху реакции като чувство на страх и по-специално върху това как страхът изчезва с времето, изследователите изследват как се различава поведението на мишки с намалена микрофлора. Те идентифицираха разлики в невронните мрежи, мозъчната активност и генната експресия, а също така откриха наличието на кратък период от време след раждането на индивид, когато възстановяването на микрофлората, тоест бактериалната колонизация, т.е.все още е в състояние да предотврати появата на поведенчески разстройства при възрастни. Те дори идентифицираха четири конкретни вещества, които могат да допринесат за тези промени. Може да е твърде рано да се предвиди какви терапии могат да се предложат, след като разберем тази връзка между микрофлората на червата и мозъка, но тези специфични различия подкрепят хипотезата за дълбока връзка между двете системи.
Определянето на тези механизми на взаимодействие с мозъка е голямо предизвикателство в изследванията на микробиомите, според Кристофър Лоури, доцент в катедрата по интегративна физиология в Университета на Колорадо в Боулдър. "Учените имат някои интересни идеи", каза той.
Коко Чу, водещ автор на новото проучване и изследовател от Медицинския колеж Уил Корнел, се заинтересува от концепцията, че микроорганизмите, живеещи в нашите тела, могат да повлияят както на нашите чувства, така и на нашите действия. Преди няколко години тя реши да проучи подробно тези взаимодействия в сътрудничество с психиатри, микробиолози, имунолози и учени от други области.
Изследователите проведоха класическо обучение за развиване на поведенчески умения с мишки, на някои от които бяха дадени антибиотици за драстично намаляване на количеството на микрофлората в телата им, а някои от тях бяха отгледани изолирано, така че въобще да няма микрофлора. Всички мишки се научиха еднакво добре да се страхуват от звук, последван от токов удар. Когато учените спряха да използват токови удари върху мишки, обикновените мишки постепенно се научиха да не се страхуват от звук. Но при "стерилни" мишки, при които количеството на микрофлората е намалено или изобщо няма микрофлора, страхът не изчезва - при звука на сигнал те обикновено попадат в ступор по-често от обикновените мишки.
Гледайки вътре в медиалната префронтална кора, областта на мозъчната кора, която обработва реакции на страх, изследователите забелязват ясно различия в мишките с намалена микрофлора: някои генни активности са по-ниски. Глиалните клетки от същия вид не са развити. Така наречените дендритни шипове - изпъкналости на неврони, свързани с процеса на обработка на информация и учене, се появяват по-рядко и изчезват по-често. Наблюдава се по-ниско ниво на невронна активност в клетки от един вид. Впечатлението е, че мишките без здравословни микробиоми не могат да забравят страха и да се научат да не се страхуват. И изследователите успяха да го видят на клетъчно ниво.
Изследователите също се заемат да установят как състоянието на чревната микрофлора е причинило тези промени. Една възможна опция беше микробите да изпращат сигнали до мозъка през дългия вагус нерв, който предава сензорни сигнали от храносмилателния тракт към мозъчния ствол. Но след разрязването на вагусния нерв, поведението на мишките не се промени. Освен това изглеждаше възможно чревната флора да предизвика имунни реакции, които засягат мозъка. Но броят и процентът на имунните клетки при всички мишки бяха еднакви.
Въпреки това, изследователите са открили четири вида вещества, секретирани от чревни микроорганизми, които засягат нервни връзки, които са били много по-малко в серума, цереброспиналната течност и изпражненията на мишки с недостатъчна микрофлора. Някои от тези вещества вече са свързани с неврологични разстройства при хората. Според микробиолога Дейвид Артис, директор на Института за изследване на възпалителните заболявания на червата в Медицинския колеж Вайл Корнел и водещ автор на изследването, учените, работещи под неговото ръководство, предполагат, че микрофлората може да освободи определени вещества в големи количества, а някои молекули да проникнат в мозъка.
Промоционално видео:
Интересът нараства в много лаборатории за идентифициране на специфични вещества, секретирани от бактерии, които участват в предаването на сигнали от нервната система, казва Мелани Гаре, асистент в катедрата по анатомия, физиология и цитология в Калифорнийския университет, Дейвис. Многобройни метаболити могат да участват в такива процеси и метаболитните пътища са замесени.
Емеран Майер, професор по медицина в Калифорнийския университет в Лос Анджелис и директор на Опенхаймерския център по невробиология на стреса и устойчивостта на стрес, отбелязва, че резултатите от изследванията на други разстройства, като например депресия, също сочат връзка с определени вещества, освободени от микробите. Но все още няма консенсус кой от тях допринася за възникването на някакво нарушение. И макар че много хора с мозъчни нарушения ясно са променили микрофлората на червата, често не е ясно дали промяната е причина или следствие от заболяването, казва той. Промените в състоянието на микрофлората могат да доведат до неврологични проблеми, но болестите могат да причинят и промени в състоянието на микробиомата.
В тази област има разногласия не само относно последствията от нарушения на микрофлората, но и по отношение на здравословната микрофлора. „Дълго се фокусирахме върху факта, че бихме могли да идентифицираме специфични видове бактерии, които или представляват риск от разстройства и болести, свързани със стреса, или осигуряват резистентност към тях, а може и да не е необходимо да бъдем специфичен микроб - казва Лоури. Дори при здрави хора микрофлората е много различна. Специфичните микроби може да нямат значение дали микрофлората е достатъчно разнообразна - точно както при много различни видове здрави гори, един конкретен вид дърво може да не е необходим.
Изследването на ефектите на микрофлората върху нервната система обаче е нова област на науката и има несигурност дори какъв е този ефект. Изводите, направени от резултатите от предишни експерименти за това дали промените в микрофлората допринасят за факта, че животните забравят наученото умение и спират да чувстват страх, са били неоснователни или противоречиви. Що се отнася до заключенията, постигнати от Коко Чу и нейните колеги, те са от особено значение, тъй като учените могат да предоставят доказателства за съществуването на конкретен механизъм, който предизвиква наблюдаваното от тях поведение. Подобни изследвания върху животни са особено важни за укрепване на ясната връзка между нервната система и микрофлората на червата, дори и да не са насочени към намиране на начини за лечение на хора, казва Кирстен Тилиш. Професор по медицина в Медицинското училище „Дейвид Гефен“в Калифорнийския университет в Лос Анджелис. „Начинът, по който обработваме емоциите, физическите усещания и знанията в човешкия мозък, е толкова различен от това как се случва при животни, че е просто много трудно да се приложи“, казва тя.
На теория присъствието на определени вещества, отделяни от микрофлората, може да помогне да се определи кой е най-уязвим за разстройства като посттравматично стресово разстройство (ПТСР). Експерименти като тези биха могли дори да идентифицират пътищата на взаимодействие между мозъка и микробиома, които могат да бъдат повлияни от лечението. „Тези експерименти с мишки винаги ни дават голяма надежда, че наближаваме етапа на интервенционните изследвания“, казва Емеран Майер и чрез използването на точни методи тези изследвания често дават невероятни резултати. Но процесите, протичащи в мозъка на мишки, не отговарят съвсем на активността на човешкия мозък. Освен това при хората и мишките процесите на взаимодействие между мозъчната и чревната микрофлора се различават и това несъответствие се задълбочава от факта, чече тяхната чревна микрофлора е различна поради разликата в консумираната храна.
При хората интервенциите за промяна на микрофлората на червата може да са най-ефективни през ранна детска възраст и в ранна детска възраст, когато микрофлората на червата все още се развива и се извършва първоначално програмиране в мозъка, казва Майер. В последното си изследване изследователите виждат определен период от време в ранна детска възраст, когато мишките се нуждаят от обща микрофлора, за да развият способността да потискат страха в зряла възраст. Мишките, които за първите три седмици бяха напълно изолирани от въздействието на микробите, след това бяха поставени в условия, при които бяха заедно с мишки, които имат обичайната чревна микрофлора. „Стерилните“мишки взеха микроби от други мишки и в резултат те развиха богата микрофлора. Но когато пораснаха и с тях бяха проведени същите експерименти за "отбиване от страх",резултатите им бяха все още ниски. На възраст от само няколко седмици, всички бяха твърде рано, за да придобият нормалното умение да учат как да потискат страха си.
Но когато микрофлората беше възстановена при новородени мишки, които получиха богат микробиом след поставянето им при приемни родители, мишките пораснаха и се държаха нормално. Оказа се, че в първите няколко седмици след раждането микрофлората е много важна - и това наблюдение напълно съответства на по-универсалната концепция, че нервните вериги, които управляват способността за изпитване на страх, са чувствителни в ранна възраст, казва Тилиш.
Способността да „отбиваме от страх“, която изследователите изучаваха, еволюционно е основно умение, каза Артис. Знанието какво предизвиква страха и способността за адаптиране, когато той вече не е заплаха, може да бъде от решаващо значение за оцеляването. Неуспехът на потискане на страха се наблюдава и при хора с ПТСР и е свързан с други мозъчни нарушения, така че задълбочаването на научните познания за механизмите, които засягат тази невронна мрежа, може да помогне за разбирането на основните човешки поведения и да постави основата на възможностите за лечение.
В еволюционен мащаб, човешката флора на червата се промени с нарастването на градското население и увреждането на мозъка става все по-забележимо. Многобройните микроби, които живеят във всеки от нас, са се развили с нашия вид и е важно да разберем как те влияят на физическото и психическото здраве, казва Лоури. Чрез микрофлората околната среда може да повлияе и на нервната ни система, което допълнително усложнява процеса на изучаване на здравето и болестите на мозъка.
Елена Ренкен
