Стоит ли продолжать? Мозговой коммутатор дает представление о настойчивости, исследовании и отстранении
Исследователи выявили нейронные цепи в стволе мозга, которые играют решающую роль в реализации решений, контролируя три основных поведенческих состояния или стратегии: настойчивость, исследование и отстраненность.
Схемы, выявленные в ходе данного исследования на мышах, могут помочь в дальнейшем изучении ряда нейропсихиатрических состояний, включая обсессивно-компульсивное расстройство (ОКР), аутизм и большое депрессивное расстройство .
Исследование, опубликованное в Nature, описывает, как ученые из Sainsbury Wellcome Center в UCL изучали область среднего мозга, называемую срединным ядром шва (MRN), у мышей. Они проверили функцию нейронных цепей в MRN в различных условиях и выявили, как животные переключаются между состояниями.
«Для всех живых существ выживание зависит от способности адаптироваться к своим целям. Животные должны постоянно решать, продолжать ли им следовать своей текущей цели, исследовать альтернативные варианты или вообще отказаться от нее», — объясняет Мехран Ахмадлу, старший научный сотрудник лаборатории Хофера в SWC и первый автор статьи.
«Мы хотели понять нейронные цепи, которые управляют этими поведенческими стратегиями и позволяют животным поддерживать их или переключаться между ними. Необходимость поддержания правильного баланса между этими стратегиями распространена во всем животном мире, поэтому базовые нейронные цепи, вероятно, являются эволюционно консервативными и подкорковыми».
Чтобы изучить, как мозг контролирует поведенческие стратегии, исследователи использовали как инстинктивные, естественные задачи, в которых животным не требовалось никаких предварительных знаний, так и обученные задачи, в которых животные действовали на основе предварительных знаний о том, где ожидать пищевого вознаграждения.
Используя оптогенетические манипуляции, кальциевую визуализацию и трассировку нейронных цепей, исследователи выявили три типа клеток в MRN с взаимодополняющими функциями.
«Манипулирование нейронной активностью определенных типов клеток в срединном шве существенно влияло на поведение животных сходным образом как в инстинктивных, так и в приобретенных поведенческих парадигмах. Три типа нейронов в срединном шве могли совместно определять решения о том, продолжать ли то, что вы делаете, попробовать что-то другое или вообще отказаться от этого», — объясняет профессор Соня Хофер, руководитель группы в SWC и соавтор исследования.
Различные типы клеток в MRN, тормозные нейроны (ГАМКергические; синие), возбуждающие нейроны (глутаматергические VGluT2+; зеленые) и серотонинергические нейроны (оранжевые), по-разному контролируют персеверативные, исследовательские и оторванные состояния. Автор: Sainsbury Wellcome Center
«Мы обнаружили, что подавление ГАМК-ергических нейронов вызывает настойчивость в достижении текущей или знакомой цели; активация глутаматергических нейронов стимулирует исследование альтернативных вариантов; а подавление серотонинергических нейронов в срединном ядре шва заставляет животное отключаться», — говорит Ахмадлу.
«Мы были действительно удивлены, обнаружив, что три основных типа клеток в этой небольшой структуре мозга имеют три принципиально разные, но взаимодополняющие функции с таким сильным контролем над поведением животных», — продолжил Хофер.
Исследователи также обнаружили, что срединный шов получает информацию о том, является ли опыт положительным или отрицательным, от двух других областей мозга: латерального гипоталамуса и латеральной габенулы , и эти сигналы, в свою очередь, могут стимулировать настойчивость в достижении цели или отказ от нее.
В совокупности эти результаты позволяют считать MRN центральным поведенческим коммутатором для принятия решений, обладающим уникальными возможностями гибкого управления поведенческими стратегиями.
Нейронные цепи, выявленные в этом исследовании, могут помочь в дальнейшем понимании ряда нейропсихиатрических состояний. Например, чрезмерно сильное стремление к сохранению знакомых действий и повторяющемуся поведению может наблюдаться при ОКР и аутизме, в то время как патологическая отстраненность и отсутствие мотивации являются одним из симптомов большого депрессивного расстройства.
Таким образом, изменения в частоте активации определенных типов клеток срединного шва могут способствовать возникновению определенных аспектов этих состояний.
«Возможно, что при некоторых психических расстройствах определенные нейроны срединного шва могут иметь патологическую частоту импульсации. Например, очень низкая активность серотонинергических нейронов, особенно в срединном ядре шва, может способствовать депрессивному фенотипу», — говорит Хофер.
«Это интересно, поскольку большинство наиболее эффективных методов лечения депрессивных расстройств действительно основаны на нейромедиаторе серотонине. Но эти препараты неспецифичны, действуют медленно и не всем. Лучшее понимание мозговых механизмов, лежащих в основе здоровых и патологических поведенческих фенотипов, может, как мы надеемся, послужить основой для разработки новых, более специфических методов лечения».