Сочетание двух передовых методов показывает, что нейроны префронтальной коры созданы, чтобы реагировать на вознаграждение или отвращение, и это открытие имеет значение для лечения психических заболеваний и зависимостей.
Префронтальная кора играет загадочную, но центральную роль в мозге млекопитающих. Это связано с регулированием настроения, и разные клетки префронтальной коры, похоже, реагируют на положительный и отрицательный опыт. Однако, как префронтальная кора управляет этими противоположными процессами вознаграждения или отвращения, в значительной степени неизвестно.
В новой статье, опубликованной в сети 26 мая в Cell, исследователи из Стэнфорда во главе с Карлом Дайссеротом объединили два трансформационных исследовательских метода, чтобы показать, как префронтальные контуры, обрабатывающие положительный и отрицательный опыт, отчетливо и фундаментально отличаются друг от друга, как в том, как они функционируют и как они связаны с другими частями мозга.
"Эти клетки устроены по-разному," сказал Дейссерот, доктор медицинских наук, профессор биоинженерии, психиатрии и поведенческих наук. "Они не начали то же самое, а затем изменили свою природу с недавним опытом. Похоже, они настроены специально для передачи положительного или отрицательного опыта."
Это имеет глубокие последствия как для нашего понимания того, как работают вознаграждение и отвращение, так и для потенциальной разработки лекарств или других методов лечения наркомании и психических заболеваний, связанных с вознаграждением и отвращением.
Полная мечта
В статье впервые полностью сочетаются два новых исследовательских метода, разработанных Дейссеротом: оптогенетика и ЯСНОСТЬ.
Оптогенетика – это метод генетической модификации клеток – в данном случае нейронов – у живых животных, чтобы их функции можно было включать и выключать с помощью света. ЯСНОСТЬ – это выдающийся подвиг химической инженерии, при котором жирные непрозрачные ткани, составляющие неповрежденный, неживой мозг, удаляются, оставляя после себя прозрачную физическую структуру со всеми ее частями и проводкой точно на месте.
"Объединение оптогенетики и ЯСНОСТИ позволяет нам обнаружить, как поведение возникает из паттернов активности цепей всего мозга, не упуская из виду отдельные нейроны," – сказал Дейссерот, держащий букву D.ЧАС. Чен Профессор. "Мы можем получить мельчайшие детали и общую картину одновременно."
Ранее было невозможно, например, определить, являются ли нейроны префронтальной коры, которые активны во время различных переживаний, физически разными типами клеток или они просто получают различную информацию. Это различие имеет большое значение при рассмотрении базовой обработки в этой части мозга, а также при рассмотрении возможных методов лечения, нацеленных на тип клеток.
Предыдущие методы позволяли исследователям либо прослушивать активность группы нейронов с помощью электродов, либо отображать активность мозга. Но эти методы не могут сообщить, как эти клетки связаны в мозгу отдельного субъекта, поскольку исследователи отслеживают активность клеток во время поведения.
Теперь, объединив оптогенетику и ЯСНОСТЬ, команда Дейссерота показала, как одновременно изучать как функцию, так и структуру нейронов, тем самым достигнув важной цели для инициативы BRAIN Национальных институтов здравоохранения.
"Это первый взгляд на эти ячейки в деталях, при этом сохраняется ссылка на активность во время поведения," Деиссерот сказал. "Это похоже на знакомство с различными компонентами компьютерной схемы, но также с более глубоким изучением их индивидуальных свойств, того, как они соединены вместе и как они используются в схеме. В конечном итоге это поможет вам понять, как все это работает."
Достижение ЯСНОСТИ
Первый аспект исследования – ЯСНОСТЬ. Это позволило исследователям проследить конкретные пути и "метка" специфические молекулярные структуры в мозгу испытуемых, которыми в данном случае были мыши. Исследователи давали мышам положительные или отрицательные стимулы. Только нейроны, которые были сильно активны во время опыта, были помечены вместе с их исходящими связями, что позволило эффективно проследить отдельные цепи в мозгу.
Используя оптогенетику, исследователи контролировали определенные нейроны в живых животных, которые были активны во время положительного или отрицательного опыта. Затем команда смогла оценить, как эти конкретные нейроны влияют на поведенческие результаты.
Эти мыши были оптогенетически модифицированы так, что светочувствительными становились только те клетки, которые были наиболее активными во время положительного или отрицательного опыта. Например, команда смогла включить только клетки, связанные с положительным опытом, чтобы наблюдать за поведением мышей. По сути, они смогли обмануть мышей, заставив их думать, что они испытывают стимул с положительной валентностью, такой как шоколад или кокаин, чтобы наблюдать, как изменилось поведение.
Объединив методы в одном эксперименте, команда Дейссерота смогла определить не только то, что молекулярная сигнатура положительных клеток отличается от сигнатуры отрицательных клеток – как кокаина, так и шоколада, связанных с клетками, производящими определенный молекулярный маркер под названием NPAS4, но и также то, что положительные и отрицательные клетки были подключены к удаленным участкам мозга принципиально разными способами.
Учитывая тесную связь между префронтальной корой и различными психическими заболеваниями, Дейсерот сказал, что это исследование открывает возможность в будущих исследованиях для выявления и нацеливания на различные типы клеток с помощью различных терапевтических подходов, включая лекарства или методы внешней стимуляции.
Деиссерот сказал, что результаты этого исследования, как и других его трансформационных работ, являются результатом замечательных междисциплинарных усилий. В данном случае в команду входили Ликун Луо, доктор философии, профессор биологии из Стэнфорда, лаборатория которого разработала линию мышей, которая использовалась для одной из нескольких различных стратегий маркировки, описанных в статье, и Дженнифер Макнаб, доктор философии, доцент Стэнфордского университета. радиологии, которая помогла количественно оценить клеточные пути через мозг. Экспериментальной работой руководили постдокторанты Ли Йе и Уильям Аллен, а также аспирантка Кимберли Томпсон. Все трое были ведущими авторами статьи.
"Стэнфордское сообщество – невероятное место для междисциплинарных исследований," Деиссерот сказал. "Нужные люди всегда в нескольких минутах ходьбы. Это исследование и его выводы являются свидетельством ценности этой среды."