Спеціальні нейрони в мозку реагують на підвищення температури навколо і одночасно повідомляють організму, як врятуватися від спеки.
Коли нам стає спекотно, ми пітніємо, дихання частішає, ми намагаємося піти в тінь, випити холодної води, зняти з себе - якщо це можливо - зайвий одяг. Коли нам холодно, ми тремтимо, намагаємося одягнутися потепліше тощо. Тобто зміни температури викликають цілий комплекс різноманітних реакцій, фізіологічних і поведінкових, які, очевидно, повинні починатися з якогось внутрішнього «термометра». Звичайно, у нас і у тварин є терморецептори, але їх завдання - тільки збирати інформацію і передавати її в мозок, в який-небудь спеціальний відділ, нейрони якого зметикують, наскільки висока або наскільки низька зараз температура і що тут слід зробити.
Відомо, що нейронний «термометр» знаходиться в гіпоталамусі - невеликій області в проміжному мозку, яка регулює нейроендокринну діяльність мозку і гомеостаз організму. Гіпоталамус сам по собі ділиться на ряд структур і зон, серед яких є так звана преоптична область. Експерименти з тваринами показали, що терморегуляцією займається якраз преоптична область. Але гіпоталамус досить невеликий, і при тому пов'язаний з різними речами: наприклад, він бере участь у регуляції сну, в регуляції шлюбної та батьківської поведінки, він регулює почуття голоду і спраги, тощо. Нас же цікавлять конкретні нейрони, які працюють з температурою, а їх довгий час нікому не вдавалося визначити.
Знайти їх вдалося співробітникам лабораторії Закарі Найта (Zachary Knight) у Каліфорнійському університеті в Сан-Франциско. За допомогою спеціального методу, на розробку якого пішло п'ять років, вони змогли визначити, які гени і в яких клітинах преоптичної зони гіпоталамусу включаються у відповідь на потепління повітря. Тобто потрібно було не тільки помітити ті нейрони, які відповідали на зміну середовища нейрохімічними імпульсами, а й зрозуміти, чи супроводжується така активність якимись молекулярно-генетичними подіями.
У нейронах, які найбільше підходили на роль «градусника», особливо помітними були гени PACAP і BDNF. Обидва вони кодують білки, пов'язані зі зростанням і розвитком нейронів і з регуляцією гормональних сигналів в мозку, проте в даному випадку важлива не стільки їх конкретна функція, скільки те, що вони включаються в певних клітинах і у відповідь на певні обставини. Іншими словами, в гіпоталамусі вийшло знайти клітини, які реагували на тепло і у яких при тому була характерна молекулярна ознака - підвищена активність двох згаданих генів. Більш того, в статті в Cell автори пишуть, що PACAP і BDNF спрацьовували протягом декількох секунд після того, як в клітці з мишами підвищували температуру. Раніше вважалося, що термонейрони преоптичної зони гіпоталамусу зі шкірними рецепторами ніяких справ не мають, вимірюючи тільки внутрішню температуру тіла. Однак, мабуть, клітини гіпоталамусу безпосередньо спілкуються з зовнішніми терморецепторами - інакше як пояснити настільки швидку відповідь гіпоталамічного «термометра»? Зайве підтвердження тому вдалося отримати в експериментах з капсаїцином - алкалоїдом, що міститься в червоному перці. Капсаїцин діє на рецепторний білок, пов'язаний з відчуттям тепла і спека, і клітини преоптичної зони гіпоталамуса відгукнулися на «перець» точно так само, як на тепло - тобто, терморецептори на шкірі дійсно безпосередньо пов'язані з термонейронами гіпоталамусу.
Зрозуміло, дослідникам захотілося дізнатися, чи впливають ці клітини на фізіологію і на поведінку тварин - тобто чи будуть миші ховатися в холодне місце, якщо у них штучно, без усякого зовнішнього тепла простимулювати гіпоталамічний «термометр». І все саме так і сталося: коли у мишей безпосередньо, прямо в гіпоталамусі, активували термоклітини, у тварин знижувалася температура тіла і вони намагалися знайти в клітці кут попрохолодніше. Фізіологічна реакція була такою ж, як у звичайних мишей у відповідь на звичайне підвищення температури повітря: кровоносні судини у хвості розширювалися, а кількість метаболічного тепла в жировій тканині зменшувалася.
Загалом отримані результати свідчать про те, що певні нейрони преоптичної зони гіпоталамусу, в яких у відповідь на тепло активуються гени PACAP і BDNF, не просто вимірюють температуру зовні (за допомогою шкірних рецепторів), а й повідомляють організму, як йому поводитися в нових умовах: чи треба відрегулювати метаболізм, що зробити з судинами, чи потрібно шукати тінь тощо. Однак тут важливо підкреслити, що термоклітини реагували тільки на підвищення температури - на похолодання, на низьку температуру вони не відповідали. Тобто в даному випадку «нейротермометр» працює тільки в одну сторону, а для холоду, очевидно, є якісь інші мозкові нейронні центри, які, треба думати, незабаром теж зможуть знайти.