Интеграция нейронов широкого динамического диапазона и различных типов болевых сигналов может иногда приводить к сенсорным иллюзиям. Например, некоторые нейроны широкого динамического диапазона в спинном роге позвоночника получают информацию о боли как от внутренних органов, так и от кожи. Страдающие стенокардией (недостаточным притоком крови к сердечной мышце) часто испытывают ощущение боли, идущее будто от левой руки, даже если эта конечность не повреждена. Эта «приведенная боль» подтверждает, что мы не всегда можем точно расшифровать сенсорный мир. В этом случае электрическая схема спинного мозга построена таким образом, что это создает путаницу. Возникает вопрос: есть ли преимущество в том, что болевые сигналы сходятся и создают двусмысленность? Краткий ответ: мы не знаем.
Нет единой области мозга, которая отвечает за регистрацию боли. Скорее, восприятие боли распределяется по группе областей мозга, каждая из отвечает за свой аспект. Существует по крайней мере пять различных нервных путей, которые несут информацию о боли от нейронов спинного рога позвоночника, но мы сфокусируемся только на трех из них.
Спиногипоталамический путь активирует гипоталамус, структуру в основании головного мозга, чтобы произвести быстрые подсознательные, вызванные болью изменения частоты сердечных сокращений и температуры тела: дыхание, сокращение основных мышц и секрецию гормонов. Волокна второго, спиноталамического пути, возникают в нейронах спинного рога позвоночника, пересекают срединную линию, поднимаются в спинном мозге, а затем образуют синапсы в таламусе. Таламические нейроны, в свою очередь, посылают волокна в первичные и вторичные соматосенсорные кортикальные слои. Если электрод помещается в спиноталамический тракт и несколько его волокон кратковременно активируются, возникает отчетливо локализованное, явно выраженное болезненное ощущение.
Выполнив сканирование мозга во время болевого стимула, ученые обнаружили, что первая волна боли сначала коррелировала с активацией спиноталамального тракта и первичного и вторичного соматосенсорных кортикальных слоев. Вторая волна боли была сильнее всего связана с активацией третьего восходящего пути (спиномезенцефальным трактом), который активирует парабрахиальное ядро в стволе головного мозга и через дальнейшие синаптические реле – инсулу, миндалину и переднюю извилистую кору.
Почему важны эти нейроанатомические детали? Дело в том, что эти цели спинномозгового тракта в головном мозге участвуют в эмоциональных и когнитивных реакциях на боль. Их активация придает боли ее характерный отрицательный эмоциональный тонус. Они также объединяют ощущение боли с другой информацией о ситуации: в безопасности ли я или под угрозой? Была ли эта боль ожидаемой или неожиданной? Каковы ее последствия?
При описании боли люди используют такие слова, как «грубая», «жестокая» и «невыносимая». Когда боль возникает, мы воспринимаем ее не как серию отдельных сенсорных и эмоциональных компонентов, а как единое неприятное чувство. Эмоциональные и сенсорные ощущения полностью смешаны. Тем не менее, при некоторых повреждениях головного мозга больные могут различить составные части боли.
Локальная травма боковой части таламуса и первичных и вторичных соматосенсорных кортикальных клеток приводит к синдрому, при котором сенсорно-дискриминационные свойства болевого стимула утрачиваются. Невероятно, но люди с таким типом повреждения могут описать неприятную эмоциональную реакцию на болевое раздражение, но совершенно не в состоянии определить качество боли (жжение по сравнению с замерзанием, резкость или рассеянность) или даже указать ее местонахождение на теле. И наоборот, повреждение задней инсулы или дорсальной передней поясной извилины, центральных узлов аффективно-эмоционального болевого контура, приводит к так называемой болевой асимблии. Пациенты с этим расстройством могут точно сообщить о качестве, интенсивности и локализации болевого стимула, но им не хватает отрицательного эмоционального отклика на боль. Поскольку болевые асимболики больше не осознают разрушительного характера боли, их отклик на раздражитель замедлен. Они чувствуют боль, но, похоже, их это не беспокоит. Болевые асимболики не мазохисты; они не наслаждаются болью и не ищут ее. Боль просто не имеет эмоционального резонанса для них, ни положительного, ни отрицательного.
Боль по своей сути эмоционально негативна, во многом так же, как оргазм эмоционально позитивен. Нормальное переживание оргазма и нормальное переживание боли означают одновременную активацию нескольких областей мозга для создания ощущения, которое мы воспринимаем как единое целое. Боль и оргазм требуют первичной и более высокой реакции соматосенсорной коры для сенсорно-дискриминирующей части и другой области для аффективно-эмоциональной части: задний островок, передняя поясная извилина и связанные области для боли; и вентральная сегментарная область и ее дофаминовые нейроны для удовольствия. Без эмоциональных компонентов боль и оргазм – довольно прохладные, рефлексивные переживания.
Солнечный ожог вызывает аллодинию – болезненное ощущение в ответ на сенсорные раздражители, которые обычно безвредны, к примеру, легкое поглаживание загорелой кожи. Аллодиния имеет много общих черт со спонтанной болью, возникающей в отсутствие какого-либо специфического стимула на теле. Существуют две ключевые особенности ощущений от аллодинии и спонтанной боли от повреждения тканей. Во-первых, эти формы постоянной боли воспринимаются обобщенно: например, ожог сделает поврежденную область более чувствительной не только к нагреву, но и к механическому раздражению. Если вы обожгли подушечку большого пальца во время приготовления пищи, а затем попытались взять карандаш, безобидное механическое раздражение также вызовет боль. Во-вторых, воспаление, возникающее в ответ на повреждение ткани (включая симптомы отека, покраснения и ощущения жара), не ограничиваясь поврежденной областью, распространится на некоторое расстояние за ее пределы. Так, небольшой ожог на подушечке большого пальца вызывает воспаление всего пальца на несколько дней; эта пострадавшая область и немного ткани за ее пределами будут испытывать аллодинию и спонтанную боль.
Воспаление и постоянная боль, связанная с ним, вызваны сложным синтезом химических импульсов, называемых воспалительным супом. Это смесь кислот, которая стимулирует и повышает чувствительность ноцицепторов и приводит к гипералгезии. Когда ткань повреждена, ее клетки высвобождают ряд соединений, называемых простаноидами, воздействующих на рецепторы, такие как TRPV1, на концах болевых волокон С-типа. Поврежденная ткань может также активировать лейкоциты, такие как тучные клетки и макрофаги, заставляя их высвобождать соединение под названием брадикинин, которое, подобно простаноидам, снижает температурный порог активации TRPV1 со 43 °C до 30 °C. Другие соединения, выделяемые из макрофагов: белки TNF-альфа и NGF, также действуют для сенсибилизации болевых волокон C-типа. Активированные тучные клетки высвобождают гистамин, расширяющий кровеносные сосуды, что приводит к нагреванию, покраснению и опуханию окружающих тканей.
Первоначально считалось, что нервные волокна были просто адресатами этих болезненных химических сигналов. В настоящее время точно установлено, что контакты чувствительных к боли C-волокон также посылают сигналы обратно в ткань в петле положительной обратной связи. Нервные окончания выделяют молекулу CGRP, способствующую расширению кровеносных сосудов и утечке плазмы. Они также вырабатывают другую молекулу, активирующую тучные клетки, – вещество P. Непрерывный ток химических сигналов между поврежденной тканью, лейкоцитами, кровеносными сосудами и ослабляющими С-волокнами – одна из причин, почему боль и воспаление сохраняются в течение нескольких дней или недель после травмы. Эти химические сигналы поступают и в соседние здоровые ткани, вызывая в них обратную связь, поэтому отек может распространяться, но только в ограниченных масштабах. Так, повреждение большого пальца может вызвать отек и боль в руке, но при отсутствии инфекции этого, вероятно, не случится.
Фрэнсис Макглоун, исследователь тактильного восприятия, любит спрашивать: «Почему существует хроническая боль, а хроническое удовольствие – нет?» Хороший вопрос. Мы убедились, что боль необходима для побуждения к поведению, минимизирующему повреждение тканей, а те, у кого отсутствует восприятие боли, редко доживают до взрослого возраста. Но бывает, боль мучает еще долго после заживления тканей, иногда всю жизнь.
Постоянная боль вызывается не только изменениями окончаний чувствительных к боли волокон. Наблюдаются также изменения в синапсах спинного мозга, где эти волокна контактируют с нейронами позвоночного канала. Когда нервные импульсы передаются к центральному терминалу чувствительных к боли C-волокон, они вызывают выброс возбуждающего глютамата-нейротрансмиттера. Глютамат рассеивается через крошечную синаптическую щель, разделяющую два нейрона, и связывается с рецепторами глютамата на нейроне позвоночного канала, что приводит к распространению болевых сигналов через спинной и головной мозг. Когда этот синапс многократно стимулируется, как в случае постоянной боли, он становится сильнее и эффективнее.
Считается, что некоторые молекулярные и клеточные изменения, кодирующие воспоминания в мозге, аналогичны тем, которые лежат в основе этой формы хронической боли, возникающей в спинном мозге. Даже если воспаление на коже или другой ткани прекратилось и способности чувствительных к боли нервных окончаний нормализовались, изменения в спинном мозге могут продолжаться месяцами или годами. В некоторых случаях хроническая боль, возникающая в спинном мозге, длится всю жизнь. Было бы чрезвычайно полезно найти способ избирательного ослабления этих синапсов, передающих боль в позвоночном канале, и сейчас в этой области проводится множество исследований.
Один из типов постоянной боли, почти не поддающийся лечению, – это фантомная боль в конечностях. После ампутации около 60 процентов пациентов испытывают чувство хронической боли в удаленной конечности. Иногда это жжение, порой – ноющая боль. Это явление чаще встречается, когда потеря конечности происходит во взрослом возрасте, и в равной степени вероятно в результате хирургической ампутации и вследствие тяжелой травмы. Первоначально фантомные боли считали следствием повреждения нервных окончаний в культе, но ни повторные операции, ни местные анестетики, введенные в область ампутации, не помогли ее устранить.