После рождения потомства мозг матери начинает иначе реагировать на звуки детенышей. Ученые обнаружили у мышей нейронную цепь, которая позволяет избирательно пробуждаться в ответ на детские вокализации, не повышая чувствительность к остальным звукам.
Ключевую роль в этой перестройке играет дофаминовый рецептор D1. Исследование, опубликованное в журнале Nature Neuroscience, показывает, как материнство меняет работу сенсорных систем и помогает сочетать сон с необходимостью заботиться о потомстве.
Во время сна мозг не перестает обрабатывать внешние сигналы, но не каждый из них способен привести к пробуждению. Здесь вспоминается классическое исследование реакции спящих людей на собственное имя, в котором установили, что даже в состоянии сна мозг способен выделять определенные стимулы среди множества других. Для матери такая избирательность особенно важна, ей необходимо реагировать на сигналы детенышей, не просыпаясь от каждого шороха для нормального восстановления организма. Несмотря на то что изменения чувствительности к детским крикам после родов уже были известны, нейронные механизмы этого явления оставались не до конца понятными.
Сначала исследователи проверили, действительно ли вокализации детенышей влияют на сон мышей. Для этого они одновременно регистрировали ЭЭГ и ЭМГ у кормящих самок, находившихся вместе с потомством. Когда ученые временно подавляли голосовые сигналы детенышей, матери реже переходили от сна к бодрствованию, а мощность медленных дельта-волн ЭЭГ увеличивалась, что указывало на более глубокий сон. При этом движения детенышей не оказались так же связаны с пробуждениями.
Затем ученые воспроизводили записанные ультразвуковые вокализации детенышей во время медленного сна. Оказалось, что матери просыпались в ответ на некоторые из этих сигналов значительно чаще, чем самки, никогда не имевшие потомства. При этом реакция на обычный шум и тон определенной частоты оказалась сопоставимой в обеих группах. Таким образом, материнство не снижало общий порог пробуждения, а делало мозг особенно чувствительным к определенным звукам потомства. После пробуждения самки также чаще покидали гнездо и искали детенышей, что добавляет дополнительных вопросов о механизмах, как именно один триггер запускает сложные поведенческие реакции.
Чтобы понять, какие области мозга участвуют в этой реакции, исследователи обратились к преоптической области гипоталамуса (POA) (кстати, про ядра гипоталамуса мы уже писали), которая участвует в регуляции сна и бодрствования, а также родительского поведения. С помощью кальциевой визуализации они обнаружили, что около 37% зарегистрированных нейронов этой области реагировали на звуки детенышей. Подавление активности этих нейронов снижало вероятность пробуждения в ответ на вокализации.
Дальнейшие эксперименты позволили выявить нейронный путь, соединяющий шестой слой височной ассоциативной и экториальной коры (TeA/Ect) с преоптической областью гипоталамуса. Именно эта цепь оказалась важна для избирательной реакции на звуки потомства. Особенно интересным оказался эксперимент, в котором ученые регистрировали активность одних и тех же нейронов у мышей сначала до рождения потомства, а затем после перехода к материнству.
До родов на ультразвуковые вокализации реагировали около 18% зарегистрированных нейронов, тогда как после рождения детенышей – уже около 52%. Иными словами, доля клеток, чувствительных к этим сигналам, увеличилась почти втрое. При этом у нерожавших самок, которых наблюдали на протяжении сопоставимого периода, аналогичных изменений не обнаружили.
Исследователи связали усиление реакции с повышенной экспрессией дофаминового рецептора D1 (Drd1) в нейронах TeA/Ect, проецирующихся в POA. Когда экспрессию этого рецептора снижали, вероятность пробуждения в ответ на звуки детенышей уменьшалась, тогда как реакция на контрольные звуки существенно не менялась. Таким образом, дофаминовая сигнализация, по-видимому, помогает перенастраивать работу этой нейронной цепи после перехода к материнству.
Получается, что в очередной раз идея о пластичности головного мозга подкрепляется, а материнство становится лишь одним из драйверов этого сложного процесса. Мозг начинает отдавать преимущество определенным сенсорным сигналам, которые особенно важны для выживания потомства. Такая организация позволяет сохранять сон, одновременно поддерживая готовность быстро реагировать на потребности детенышей.
Но это исследование оставляет еще много вопросов. Ученые анализировали преимущественно ранний период после родов и не проверяли, сохраняется ли обнаруженная перестройка спустя месяцы после завершения ухода за потомством. Было бы интересно узнать, насколько долго нейроны сохраняют повышенную чувствительность к детским вокализациям и возвращается ли их активность к исходному состоянию после того, как детеныши перестают нуждаться в постоянной заботе.
Не менее интересен и сам механизм запуска этих изменений. Какие именно процессы, сопровождающие беременность и роды, приводят к повышению экспрессии D1-рецепторов и изменению чувствительности нейронной цепи? Начинает ли мозг перестраиваться еще во время беременности или для этого необходим непосредственный контакт с потомством? Например, было бы интересно сравнить реакцию на вокализации детенышей у беременных самок, недавно родивших матерей и нерожавших мышей. Это помогло бы определить, когда именно формируется такая избирательность и какие факторы запускают функциональную и молекулярную перестройку нейронных сетей.
Текст: Олег Юркин