Некоторые психические заболевания могут частично возникать из-за неспособности мозга правильно определять эмоциональные ассоциации с событиями. Например, люди, находящиеся в депрессии, часто не чувствуют себя счастливыми, даже когда испытывают то, что обычно им нравится.
Новое исследование Массачусетского технологического института показывает, как две популяции нейронов головного мозга способствуют этому процессу. Исследователи обнаружили, что эти нейроны, расположенные в области размером с миндаль, известной как миндалевидное тело, образуют параллельные каналы, которые несут информацию о приятных или неприятных событиях.
По словам Кей Тай, доцент кафедры мозга и когнитивных наук Уайтхеда, доцент кафедры мозга и когнитивных наук и член Института Пикауэра Массачусетского технологического института, если вы узнаете больше о том, как эта информация направляется и неправильно направляется, может пролить свет на психические заболевания, включая депрессию, зависимость, тревогу и посттравматическое стрессовое расстройство. для обучения и памяти.
"Я думаю, что этот проект действительно пересекает определенные категории заболеваний и может быть применим практически к любому психическому заболеванию," – говорит Тай, старший автор исследования, опубликованного 31 марта в онлайн-выпуске Neuron.
Ведущие авторы статьи – постдок Анна Бейелер и аспирантка Пранит Намбури.
Эмоциональные схемы
В предыдущем исследовании лаборатория Тая определила две популяции нейронов, участвующих в обработке положительных и отрицательных эмоций. Одна из этих популяций передает информацию в прилежащее ядро, которое играет роль в обучении поиску положительных впечатлений, в то время как другая отправляет данные в центральную миндалину.
В новом исследовании исследователи хотели выяснить, что на самом деле эти нейроны делают, когда животное реагирует на пугающий или приятный стимул. Для этого они сначала пометили каждую популяцию светочувствительным белком, называемым каналомродопсином. В трех группах мышей они пометили клетки, выступающие в прилежащее ядро, центральную миндалину и третью популяцию, которая соединяется с вентральным гиппокампом. Лаборатория Тая ранее показала, что связь с вентральным гиппокампом участвует в возникновении тревоги.
Маркировка нейронов необходима, потому что популяции, которые проецируются на разные цели, в остальном неразличимы. "Насколько мы можем судить, они сильно перемешаны," Тай говорит. "В отличие от некоторых других областей мозга, нет топографического разделения в зависимости от того, куда они идут."
После маркировки каждой клеточной популяции исследователи научили мышей различать два разных звука, один из которых связан с наградой (сахарная вода), а другой – с горьким вкусом (хинин). Затем они записали электрическую активность каждой группы нейронов, когда мыши столкнулись с двумя стимулами. Этот метод позволяет ученым сравнивать анатомию мозга (какие нейроны связаны друг с другом) и его физиологию (то, как эти нейроны реагируют на воздействие окружающей среды).
Исследователи были удивлены, обнаружив, что нейроны в каждой субпопуляции не все реагировали одинаково. Некоторые ответили на один сигнал, некоторые – на другой, а некоторые – на оба. Некоторые нейроны были возбуждены сигналом, в то время как другие были подавлены.
"Нейроны в каждой проекции очень неоднородны. Они не все делают одно и то же," Тай говорит.
Однако, несмотря на эти различия, исследователи обнаружили общие закономерности для каждой популяции. Среди нейронов, которые проецируются в прилежащее ядро, большинство было возбуждено стимулирующим стимулом и не реагировало на отталкивающий. Среди нейронов, которые проецируются на центральную миндалину, большинство было возбуждено отталкивающим сигналом, но не сигналом вознаграждения. Среди нейронов, которые проецируются в вентральный гиппокамп, нейроны оказались более сбалансированными между ответами на положительные и отрицательные сигналы.
"Это согласуется с предыдущей статьей, но мы добавили фактическую нейронную динамику возбуждения и неоднородность, которая была замаскирована предыдущим подходом оптогенетической манипуляции," Тай говорит. "Недостатком этой истории было то, что на самом деле эти нейроны делают в реальном времени, когда животному предъявляются стимулы."
Копать глубоко
Результаты показывают, что, чтобы полностью понять, как мозг обрабатывает эмоции, нейробиологам придется глубже вникнуть в более конкретные группы населения, говорит Тай.
"Пять или 10 лет назад все было связано с определенными областями мозга. А затем в последние четыре или пять лет больше внимания уделялось конкретным прогнозам. И теперь это исследование представляет собой окно в следующую эру, когда даже конкретные прогнозы недостаточно конкретны. Неоднородность по-прежнему существует, даже когда вы разделяете на этом уровне," она говорит. "Нам еще предстоит пройти долгий путь, чтобы понять всю сложность работы мозга."
Остается еще один вопрос: почему эти разные популяции смешаны в миндалевидном теле?. Одна из гипотез состоит в том, что клетки, реагирующие на различные входные сигналы, должны иметь возможность быстро взаимодействовать друг с другом, координируя ответы на срочный сигнал, например предупреждение о наличии опасности. "Мы изучаем взаимодействия между этими различными проекциями и думаем, что это может быть ключом к тому, как мы так быстро выбираем подходящее действие, когда нам предъявляют стимул," Тай говорит.
В долгосрочной перспективе исследователи надеются, что их работа приведет к новым методам лечения психических заболеваний. "Первый шаг – определить схемы, а затем попытаться изучить модели этих патологий на животных и посмотреть, как эти схемы функционируют по-разному. Затем мы можем попытаться разработать стратегии по их восстановлению и попытаться передать это людям," – говорит Бейелер, которая вскоре открывает собственную лабораторию в Лозаннском университете, чтобы продолжить исследования в этом направлении.