Тату во имя науки
Как нательное искусство помогает исследовать боль
Если в юношестве вам запрещали делать татуировки, то вот весомый аргумент в защиту этого искусства. Ученые из Балтийского федерального университета имени Канта и Сколтеха Лев Яковлев и Николай Сыров вместе с тату-мастером Германом Девяшиным и продюсером Михаилом Новицким исследовали механизмы боли на добровольцах, пожелавших сделать татуировку, и даже сняли об этом фильм. Николай и Лев рассказывают, как появилась такая необычная коллаборация и что из этого вышло.
Мы изучаем, как ведет себя мозг человека при различной сенсомоторной нагрузке: когда подопытный выполняет определенные движения или ощущает (или просто воображает) прикосновения. По-научному это называется сенсомоторная интеграция, то есть взаимодействие чувствительных и двигательных областей мозга. В апреле 2022 года мы начали новое исследование, посвященное боли: тому, как возникает боль, как мозг обрабатывает болевые сигналы и как подавляет их в случае необходимости. Нас интересовало отражение болевых реакций в мозговой активности человека.
Как изучают боль
Обычно при исследовании боли ученые смотрят на реакцию, которая возникает в ответ на повреждение тканей теплом, холодом, механическим давлением и химическими веществами. Изучают болевые состояния, связанные с повреждением нервной системы: невриты, невралгии или послеоперационную боль. Наконец, моделируют воспалительные процессы.
Первую животную модель нейропатической боли в 1979-м предложили Патрик Уолл и его коллеги. Ученые перерезали седалищный нерв крысы и поместили его отрезанный конец в запаянную полиэтиленовую трубку, а также перерезали подкожный нерв, чтобы полностью денервировать конечность. Эта процедура, которая теперь известна как модель невромы, воспроизводит синдромы, наблюдаемые после ампутации при фантомной боли или в результате повреждения нерва.
Из-за того, что аксон нерва разрастается в поисках нового места прикрепления (это называется спраутинг), развивается неврома — доброкачественное образование из нервной и соединительной ткани. В течение нескольких дней крысы начинали грызть свою лапу на стороне пересечения нерва. Считается, что эта реакция — аутотомия — следствие возникшей постоянной боли и что таким образом животное пытается избавиться от больной конечности.
В последние два десятилетия стало популярным изучение на животных и послеоперационной боли. Эксперименты предполагают моделирование как отдельных разрезов, так и сложных операций: торакотомии или хирургии грыжи, замены коленного сустава. Эти модели помогают выявить развитие болевых синдромов, специфичных для отдельных частей тела и систем органов.
С человеком сложнее: можно либо изучать естественную боль, либо использовать слабые стимулы, которые не наносят вреда и не причиняют дискомфорт. Поэтому теории о хронических болевых синдромах строятся в основном на результатах терапии обратившихся за помощью пациентов и анализе причин развития патологии.
Воздействия на здоровых добровольцев всегда кратковременны. Используют игольчатую стимуляцию нервов, электрический ток и лазер. Последний быстро набирает популярность, потому что нагрев кожи позволяет стимулировать только нервные волокна типа С, отвечающие за передачу тупой боли и температурной чувствительности, изолированно от волокон, связанных с болевым восприятием и раздражением остальных рецепторов кожи.
И все же безопасных, но эффективных инструментов для изучения нейрофизиологии боли на человеке пока недостает.
Почему татуировки
Искусственно делать человеку больно — негуманно. Но есть случаи, когда люди добровольно, даже с радостью, готовы терпеть неприятные ощущения. Так появилась идея записать электроэнцефалограмму человека на тату-сеансе.
До нас никто никогда не исследовал боль от тату-машинки с точки зрения нейрофизиологии, используя метод электроэнцефалографии (ЭЭГ). Поэтому одним из первоочередных вызовов было обеспечить синхронизацию инструмента мастера с ЭЭГ-оборудованием. Важно, чтобы воздействие на испытуемого и регистрация его мозговых реакций были очень точно согласованы во времени. Для этого мы модифицировали педаль, управляющую тату-машинкой, чтобы всякий раз, когда Герман1 ее нажимал, в энцефалограф посылалась метка «машинка включилась». При отключении, соответственно, появлялся маркер «машинка выключилась».
1Герман Девяшин, тату-мастер — прим. ред.
Также надо было оценить, насколько работа прибора загрязняет сигнал. Чтобы отработать методику, увидеть возможные недостатки и проработать их заранее, мы со всем оборудованием приехали в гости к Герману. Там
Николай Сыров, один из авторов исследования — прим. ред.
стал первым испытуемым: выбрал один из эскизов и опробовал процедуру на себе. Оказалось, что машинка вносит в сигнал шум, который при обработке можно удалить методом независимых компонент (ICA, independent component analysis).
Добровольцы
У нас было всего два дня на эксперимент, так что мы решили записать для начала десять человек. Этого достаточно, чтобы оценить наличие хотя бы каких-то эффектов. Если эффект, пусть и слабый, найдется, мы сможем провести испытания на большей выборке.
Ранее Герман поделился с нами наблюдением, что новички и опытные клиенты различаются по восприятию боли на сеансе. Поэтому мы набрали половину группы из «наивных» новичков, и половину — из уже «забитых» ребят.