О знаменитых экспериментах с собаками и условным рефлексом известно уже более века: нобелевский лауреат Иван Павлов звонил в колокольчик каждый раз, когда кормил своих животных. Через определенное время, стоило прозвучать, у собак выделялась слюна без появления еды.
Такую выработанную реакцию на сигнал стали называть рефлексами Павлова или условными рефлексами. За это открытие Павлова номинировали на вторую Нобелевскую премию, однако не дали ему стать дважды лауреатом. Как оказалось, и век спустя нейрофизиологам есть что исследовать в этой области.
Учёные из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе проследили эти самые рефлексы до небольшой группы клеток мозга в полосатом теле. Полосатое тело (ещё его называют стриатум) – это анатомическая структура, которая представляет собой чередующиеся полосы белого и серого вещества ткани базальных ядер головного мозга. А при поражении нейронов полосатого тела развиваются такие болезни, как болезнь Паркинсона и синдром Туретта. Результаты исследования опубликованы в журнале Neuron.
Старший соавтор исследования и доцент нейробиологии в Школе медицины Дэвида Геффена Калифорнийского университета Сотирис Масманидис объясняет: «Выживание видов происходит, потому что они научились связывать сенсорные сигналы, такие как специфические звуки, запахи, взгляды с вознаграждением, например, пищей и водой. Мы хотели обнаружить область мозга, которая кодирует обучение и поведение, основанные на вознаграждении».
Чтобы воспроизвести эксперимент Павлова, Масманидис и его коллеги несколько раз «давали» мышам незнакомый им запах банана или лимона, а затем давали им каплю сгущенного молока. В конце концов, мыши «поняли», что ароматы предшествуют появлению сладостей и начинали усердно облизываться в предвкушении пищи.
Итак, мыши стали «нейробиологическими собаками Павлова». Но это была только первая, подготовительная часть эксперимента. Что же дальше?
«Следующим шагом было изучение того, что происходит с рефлексом Павлова, когда мы отключаем различные группы клеток в полосатом теле», — рассказывает Масманидис.
Основываясь на знаниях, полученных предыдущих исследований, команда методами оптогенетики и хемогенетики отключала крошечную группу клеток, которая поддерживала главные нейроны в стриатуме. Это так называемые парвальбуминовые интернейроны (PV-клетки). Несмотря на то, что эти клетки составляют менее 2% всех клеток в этой области, оказалось, они играют необычайно важную роль.
«Когда мы выключали вспомогательные клетки, мыши облизывались в ожидании молока вполовину реже, чем обычно, – объясняет Масманидис. – Мы подозреваем, что эти опорные клетки усиливают нервные пути, кодирующие условный рефлекс».
Оказалось, что опорные клетки сильнее влияют на возникновение рефлекса в том случае, когда мыши впервые ассоциировали незнакомые запахи с наградой. А вот у мышей, которые уже усвоили связь других запахов с едой, изменения в поведении были менее эффектными.
«Эти клетки были наиболее ценными для неопытных мышей, которые еще не испытывали рефлекс Павлова», – говорит Масманидис.
Результаты эксперимента говорят о том, что именно дисфункция вспомогательных клеток может привести к неврологическим расстройствам, и что восстановление функции клеток, в конечном счете, может помочь людям с этими заболеваниями.
«Наши результаты открывают интересные возможности для дальнейшего изучения роли различных типов нейронов в норме и при патологии», – говорит соавтор статьи Кван Ли, постдок в области нейробиологии в Калифорнийском университете в Лос-Анджелесе.
Текст: Инна Егорова