Нейробиологи обнаружили схему мозга для кодирования положительных и отрицательных ассоциаций у мышей. Обнаружив, что две схемы демонстрируют противоположную активность после обучения страху и вознаграждению, исследователи доказали, что эта расходящаяся активность вызывает либо избегание, либо поведение, ориентированное на вознаграждение. Финансируемые Национальным институтом здоровья, они использовали передовые оптико-генетические инструменты для определения этих механизмов, критически важных для выживания, которые также связаны с психическими заболеваниями.
"Это исследование демонстрирует мощь новых молекулярных инструментов, которые могут задействовать одну и ту же цепь, чтобы увидеть, что движет поведением," объяснил Thomas R. Инсель, М.D., директор Национального института психического здоровья NIH (NIMH). "Лучшее понимание того, как работает такая эмоциональная память, обещает разгадывать загадки нарушений мозгового кровообращения, при которых эти механизмы нарушены."
Грантополучатель НИПЗ Кей Тай, Ph.D., Пранит Намбури и Анна Бейелер, доктор философии.D., из Массачусетского технологического института (MIT), Кембриджа, Массачусетса и его коллег, сообщают о своих выводах 29 апреля 2015 г. в журнале Nature.
До нового исследования ученые подозревали, что в конечном итоге замешаны цепи, но были озадачены кажущимся парадоксом. Перекресток конвергентных цепей в эмоциональном центре глубоко в мозгу, базолатеральном миндалевидном теле, похоже, участвует и в обучении страху, и в обучении вознаграждению, но то, как одна область мозга может управлять таким противоположным поведением – подходом и избеганием – оставалось загадкой. Как сигналы могут найти подходящий путь для движения на этой развилке дорог??
Чтобы выяснить это, Тай и его коллеги выяснили, могут ли две проекции подозрительных цепей с перекрестка содержать ключи к разгадке. Один проецируется на центр вознаграждения, прилежащее ядро, а другой – на ближайший центр страха, центральную миндалину, станцию вывода концентратора эмоций.
Каждая проекция цепи состоит из отдельных популяций переплетенных нейронов. Сначала исследователи использовали контрольные флуоресцентные индикаторные шарики, чтобы определить, какие нейроны принадлежат каждой цепи. Затем они измерили показатель связи – силу нейронных связей – в прогнозах после того, как мыши испытали страх или поощрение обучения. Животных приучили либо бояться тона, сопряженного с шоком, либо ассоциировать этот тон с сахарным вознаграждением.
Поразительно, что связь перекрестков с проекциями центра вознаграждения уменьшилась после обучения страху и увеличилась с обучением вознаграждению. Напротив, связь с проекциями центра страха увеличивалась с обучением страху и снижалась после обучения за вознаграждение.
Эти сходящиеся механизмы в анатомически переплетенных цепях могут содержать ключи к разгадке того, как положительные и отрицательные эмоциональные ассоциации могут влиять друг на друга, предположил Тай.
Чтобы доказать причинную связь между схемами, идентифицированными проекциями, и поведением, команда Тая обратилась к оптогенетике, которая позволяет световым импульсам управлять схемами мозга у животных, генетически модифицированных так, чтобы они могли реагировать на свет. Оптическая стимуляция проекции центра вознаграждения усиливала положительное подкрепление, в то время как стимуляция проекции центра страха способствовала отрицательному подкреплению. Точно так же блокирование проекции центра страха затрудняло обучение страху и усиливало обучение вознаграждению.
Наконец, исследователи определили электрофизиологические, анатомические и генетические особенности двух цепей, которые помогают объяснить противоположные реакции связи.
"Учитывая, что многие проблемы психического здоровья, включая тревогу, зависимость и депрессию, могут возникать из-за нарушений в эмоциональной обработке, эти результаты могут помочь проложить путь к схемному подходу к лечению психических заболеваний," сказал Тай.