Нейроны голубого пятна и обучение

Японские учёные из Института физико-химических исследований (RIKEN) заявили, что нейроны голубого пятна (locus coeruleus) играют ключевую роль в эмоциональном обучении – умении связывать последовательные события за счет страха и вырабатывать реакцию на стимул в будущем. Кроме того, те же нейроны ответственны и за гибкое обучение – способность забывать эту связь и подавлять эмоциональные реакции на возникающий вновь стимул.

нейроны голубого пятна и обучение
Слева – центральный срез голубого пятна. Ретроградные индикаторы позволили отметить клетки, связанные с миндалиной и префронтальной корой. Справа – схематическое изображение голубого пятна. Зелёные – клетки, направляющие норадреналин к миндалине, фиолетовые – к префронтальной коре.

В статье, которая недавно опубликована в Nature Neuroscience, исследователи изучали на крысах динамику работы нейронов голубого пятна во время различных стадий обучения. Учёные показали, что модульная организация мозгового ствола позволяет регулировать противоположные поведенческие функции. Это происходит за счёт вариации в выработке нейромедиатора норадреналина, который различные группы нейронов голубого пятна направляют либо к миндалине, либо к медиальной префронтальной коре в зависимости от стадии эмоционального обучения.

Норадреналин – это гормон и нейромедиатор, который отвечает за готовность к действию, эмоциональное обучение, гибкость в поведении, стресс. С точки зрения работы тела он стимулирует учащённое сердцебиение, повышение давления и прилив крови к мышцам. Норадреналин в центральной нервной системе связан с вниманием и концентрацией. Также показан важный эффект этого нейромедиатора на различные расстройства настроения и волнение.

Традиционно считалось, что нейроны голубого пятна, относящегося к мозговому стволу – это основной источник норадреналина для переднего мозга и что эти нейроны гомогенны. Однако, множество важных поведенческих функций норадреналина и, соответственно, участвующего в его регуляции голубого пятна заставляют задуматься: как гомогенная группа нейронов может выполнять столько различных задач?

Учёные Института физико-химических исследований (RIKEN) сконцентрировались на двух противоположных функциях голубого пятна: обучении и забывании. В ряде экспериментов изучались крысы, которые сначала подвергались оперантному научению, то есть учились связывать звук (условный стимул) и последующее неприятное событие (безусловный стимул), вызывающее сильную эмоциональную реакцию. Ранее уже выяснили, что такой тип обучения связан с притоком норадреналина к миндалине. Затем крысы подвергались обратному типу научения: в случае, когда за звуком перестаёт следовать устрашающий стимул, начинается адаптивное постепенное угасание эмоциональной реакции, то есть забывание связи. В этом случае происходит приток норадреналина к медиальной префронтальной коре.

Используя оптогенетику, исследователи ответили на вопрос, как нейронам голубого пятна удаётся модулировать столь разные поведенческие функции. Оказалось, что группы нервных клеток мозгового ствола не гомогенны. Во время обучения, то есть сильной эмоциональной реакции, почти все норадреналиновые нейроны голубого пятна становятся активными. Однако на этапе гибкого обучения и затухания условного рефлекса часть нейронов всё более активизировалась, а другая – наоборот.

В последующих экспериментах за счёт подавления активности этих групп  показано, что одна из них направляла норадреналин к миндалине, а другая– к префронтальной коре. В случае, когда во время обучения учёные с помощью оптогенетики подавляли активность группы нейронов, направляющей норадреналин к миндалине, животное не училось ассоциировать звук с неприятным событием и не вырабатывало эмоциональной реакции. Напротив, если эта же группа нейронов деактивировалась на стадии затухания, то животное возвращалось к нормальному, гибкому поведению.

То же проделали с группой нейронов голубого пятна, отвечающих за направление норадреналина к префронтальной коре. Подавление их активности на стадии обучения не сказывалось на результатах формирования эмоциональной ассоциации. На стадии затухания же животное не переставало демонстрировать реакцию на условный стимул. Поэтому учёные сделали вывод, что активность стимулируемой норадреналином медиальной префронтальной коры позволяет животному подавлять эмоциональную реакцию (страх), возникающую за счёт активации миндалины.

Норадреналин тесно связан с расстройствами настроения и депрессией у людей. Подобные исследования могут стать критически важными для разработки препаратов: они открывают возможность для более точного таргетирования нейрональных связей и механизмов.

Текст: Мария Азанова

Ссылка на источник

Похожие записи:
Просмотров
Всего:
65 | За месяц: 11 | За неделю: 0 | За сутки: 0