При чувстве тревоги мозг запускает сердце на повышенную мощность. Но говорит ли сердце, в свою очередь, с мозгом? На протяжении веков ученые спорили о том, может ли сердце властвовать над разумом, и вот теперь исследование, опубликованное сегодня (1 марта) в журнале Nature, говорит о том, что физические состояния могут влиять на эмоциональные. Исследование показало, что повышенный сердечный ритм может вызывать тревожное поведение у мышей - но только в рискованных обстоятельствах. Это позволяет предположить, что вмешательства, направленные на работу сердца, могут быть эффективными методами лечения панических расстройств, считают авторы.

"Мне показалось, что это очень элегантная демонстрация того, во что мы инстинктивно верим и что показывали с помощью разрозненных методов: состояния тела определяют эмоциональные состояния", - говорит Sarah Garfinkel, когнитивный нейробиолог из Университетского колледжа Лондона, которая не принимала участия в работе.

В своем эссе 1884 года "Что такое эмоция?" философ и психолог William James, которого многие считают основателем американской психологии, доказывает, что эмоции неразрывно связаны с телесными реакциями. Физиологические изменения, пишет он, являются "сырьем" для эмоций, которым мозг придает значение, например, страха, удивления или возбуждения.

С тех пор исследования показали, хотя и косвенно, что сердце способно посылать в мозг сигналы, вызывающие страх, объясняет Гарфинкель. Но поскольку связь между сердцем и мозгом - это улица с двусторонним движением, "очень сложно разделить, что именно вызывает те или иные чувства", добавляет она. "Эмоции вызывают изменение сердечного ритма или [эмоции] являются следствием изменения сердечного ритма?"

Karl Deisseroth, нейробиолог и психолог из Стэнфорда, возглавивший новое исследование, интересовался ролью сердца в обработке эмоций с самого начала своей карьеры, когда, будучи ординатором по психиатрии, узнал, что повышенное сердцебиение является распространенным симптомом панических расстройств.

В настоящее время хорошо известно, что тахикардия, то есть повышенная частота сердечных сокращений, является отличительной чертой тревоги как у мышей, так и у людей. Но до сих пор не существовало способа напрямую проверить, может ли повышенный сердечный ритм вызвать эмоциональную реакцию, объясняет он.

Прошло несколько десятилетий, прежде чем Deisseroth разработал необходимые для этого инструменты. Примерно за пятнадцать лет до публикации нового исследования он и его лаборатория открыли светочувствительные белки, называемые каналородопсинами, и разработали оптогенетику - метод активации или глушения нейронов с помощью света, который с тех пор произвел революцию в нейронауках. Но эти ранние светочувствительные белки не были достаточно чувствительны, чтобы исследователи могли неинвазивно стимулировать крупные органы, такие как сердце. Отчасти это объясняется тем, что большая часть спектра визуального света не проникает через кожу дальше нескольких миллиметров. Красный свет проникает немного лучше, но не настолько, чтобы активировать эти ранние опсины.

В 2019 году, продолжая исследовать опсины с новыми свойствами, группа Deisseroth обнаружила новый канальный родопсин, который очень чувствителен к красному свету и проводит мощные электрические токи. С помощью нового белка, который они назвали ChRmine, исследователи наконец-то смогли манипулировать клетками, находящимися глубоко в организме - в том числе и в сердце.

В новом исследовании лаборатория Дайссерота использовала стратегию вирусной доставки, чтобы создать мышей, экспрессирующих ChRmine в кардиомиоцитах - электрически активных клетках сердца, которые запускают сокращения.

Чтобы вызвать тахикардию у этих мышей, Дейссерот и его коллеги снабдили их небольшим светящимся жилетом собственной конструкции, который действовал как оптический кардиостимулятор. Когда жилет загорался, он активировал клетки, экспрессирующие ChRmine, в сердцах мышей, временно увеличивая частоту сердечных сокращений, которая обычно составляет около 600 ударов в минуту, до 900 ударов в минуту.

До этого "было невозможно напрямую, причинно и точно проверить" гипотезу о том, что частота сердечных сокращений влияет на эмоциональное состояние, рассказывает Дейссерот в интервью The Scientist. "Это было просто захватывающе, что мы вообще смогли это сделать".

Однако простое повышение частоты сердечных сокращений не повлияло на поведение мышей - они не проявили признаков тревоги, например, не стали избегать мест, где у них постоянно повышался пульс. Этот вывод сначала удивил Дайссерота, который объяснил, что "когда наш пульс повышается, это очень часто происходит при наличии аверсивных (создающих отвращение) факторов".

Однако все изменилось, когда исследователи поместили мышей в потенциально рискованные ситуации. В одном из экспериментов, например, исследователи заменили закрытые клетки, в которых обычно содержатся мыши, на большие открытые помещения, которые, как известно, вызывают у них стресс. "Открытая среда вызывает у мышей сильное отвращение, потому что их главная проблема - быть [добычей], - объясняет Дайссерот. В таких условиях мыши, экспрессирующие ChRmine, проявляли более тревожное поведение, чем обычные мыши, после световой стимуляции. Они избегали центра арены, предпочитая ютиться по ее краям. "Если мозг воспринимает потенциально угрожающую обстановку, то [учащение работы сердца] вызывает поведение, связанное с тревогой", - отмечает Дайссерот.

"Это очень элегантно показывает, что контекст необходим для оценки сигналов или переживаний в качестве тревоги", - говорит Гарфинкель. У людей увеличение частоты сердечных сокращений может быть вызвано волнением, возбуждением или страхом, в зависимости от контекста. Это справедливо и для мышей: Мозг должен оценить окружающую обстановку, чтобы связать эмоцию с физиологической реакцией, предполагает Гарфинкель.

Дейссерот и его коллеги продолжили работу по определению участков мозга, с которыми разговаривает сердце. С помощью флуоресцентной метки маркера активности мозга, гена Fos, исследователи выделили две области мозга: заднюю инсулярную кору - область мозга, получающую информацию от внутренних органов тела, и префронтальную кору, получающую информацию от сердца.

Наконец, исследователи хотели установить причинно-следственную связь между частотой сердечных сокращений и активностью мозга, что означало одновременное воздействие оптогенетики на мозг и сердце. "Это был довольно удивительный эксперимент", - говорит Дайссерот. Используя оптогенетику, исследователи отключили клетки задней островковой коры и префронтальной коры у некоторых мышей, одновременно стимулируя сердце. Когда они отключили заднюю инсулярную кору (но не префронтальную), повышенный сердечный ритм больше не усиливал тревожное поведение в стрессовых ситуациях. "Это не значит, что [префронтальная кора] не принимает в этом какого-то участия. Она явно получает информацию о том, что сердце бьется быстрее... но, возможно, она использует эту информацию на более длительных временных интервалах".

Гарфинкель говорит, что полученные результаты могут стать основой для работы в области тревоги и посттравматических стрессовых расстройств. "Я бы хотела посмотреть, что происходит у животных, страдающих посттравматическим стрессовым расстройством, - говорит она, - потому что, исходя из моей работы с людьми, я бы предположила, что травмированные животные не демонстрируют умеренности этого эффекта в зависимости от контекста". Она также хотела бы узнать больше об индивидуальных различиях между тем, как разные люди и животные реагируют на повышенную частоту сердечных сокращений, что также могло бы помочь в лечении тревожных расстройств.

Дайссерот говорит, что эти результаты показывают, что воздействие на сердечный ритм может быть хорошим терапевтическим методом для лечения панических расстройств. "У людей с повышенным сердечным ритмом и тревожными расстройствами модуляция сердечного ритма может и, возможно, должна быть самостоятельной целью лечения", - говорит он. Многие кардиологические вмешательства "безопасны и хорошо переносятся. Это может очень сильно помочь людям".