Голод может привести к мотивационному состоянию, которое приведет животное к успешному достижению цели — поиску и поиску пищи.
В совершенно новом исследовании , опубликованном в журнале Current Biology , исследователи из Университета Алабамы в Бирмингеме и Национального института психического здоровья (NIMH) описывают, как две основные субпопуляции нейронов в части таламуса головного мозга, называемой паравентрикулярным ядром, участвуют в динамическом процессе. регулирование достижения цели. Это исследование дает представление о механизмах, с помощью которых мозг отслеживает мотивационные состояния для формирования инструментальных действий.
Для исследования мышей сначала нужно было обучить поведению, похожему на поиск пищи, используя длинный, похожий на коридор вольер с триггерной зоной на одном конце и зоной вознаграждения на другом конце, на расстоянии более 4 футов.
Мыши научились ждать в триггерной зоне две секунды, пока звуковой сигнал не запускал их поведенческую задачу, похожую на поиск пищи. Затем мышь могла двигаться вперед в своем темпе к зоне вознаграждения, чтобы получить небольшой глоток гарантии со вкусом клубники. Чтобы завершить испытание, мышам нужно было покинуть зону вознаграждения и вернуться в зону триггера, чтобы дождаться следующего звукового сигнала. Мыши быстро обучались и были очень вовлечены, о чем свидетельствует выполнение большого объема испытаний во время обучения.
Затем исследователи использовали оптическую фотометрию и датчик кальция GCaMP для непрерывного мониторинга активности двух основных субпопуляций нейронов паравентрикулярного ядра, или PVT, во время подхода к вознаграждению из триггерной зоны в зону вознаграждения и во время завершения испытания из зоны вознаграждения. обратно в триггерную зону после вкуса еды со вкусом клубники. Эксперименты включают в себя введение оптического волокна в мозг около ПВТ для измерения высвобождения кальция — сигнала нейронной активности.
Две субпопуляции в паравентрикулярном ядре идентифицируются по наличию или отсутствию рецептора дофамина D2, обозначаемого как PVT D2(+) или PVT D2(–) соответственно. Дофамин — это нейромедиатор, который позволяет нейронам общаться друг с другом.
«Мы обнаружили, что нейроны PVT D2(+) и PVT D2(–) кодируют выполнение и завершение целенаправленных действий соответственно», — сказала София Беас, доктор философии, доцент кафедры нейробиологии UAB и соавтор. -соответствующий автор исследования. «Более того, активность нейрональной популяции PVT D2(+) отражала такие параметры мотивации, как энергичность и сытость».
В частности, нейроны PVT D2(+) продемонстрировали повышенную активность во время подхода к вознаграждению и снижение активности во время завершения испытания. И наоборот, нейроны PVT D2 (–) показали снижение активности во время подхода к вознаграждению и повышение активности во время завершения испытания.
«Это ново, потому что люди не знали, что внутри PVT-нейронов существует разнообразие», — сказал Бис. «Вопреки многолетнему мнению, что PVT однороден, мы обнаружили, что, хотя это клетки одного и того же типа (обе выделяют один и тот же нейромедиатор, глутамат), нейроны PVT D2(+) и PVT D2(–) работают очень хорошо. Кроме того, результаты нашего исследования очень важны, поскольку они помогают интерпретировать противоречивые и запутанные данные в литературе относительно функции PVT».
Долгое время области таламуса, такие как PVT, считались просто ретрансляционной станцией в мозге. Теперь исследователи понимают, говорит Бис, что вместо этого PVT обрабатывает информацию, переводя состояния потребностей, полученные из гипоталамуса, в мотивационные сигналы через проекции аксонов, включая аксоны PVT D2(+) и PVT D2(-) , в прилежащее ядро, или NAc. . NAc играет решающую роль в обучении и реализации целенаправленного поведения. Аксон — это длинное кабельообразное продолжение тела нейронной клетки, которое передает сигнал нейрона другому нейрону.
Исследователи показали, что эти изменения в активности нейронов PVT были переданы в NAc путем измерения активности нейронов с помощью оптического волокна, вставленного в место, где окончания аксонов PVT достигают нейронов NAc. Динамика активности на терминалях PVT-NAc в значительной степени отражала динамику активности, которую исследователи наблюдали на нейронах PVT, а именно увеличение сигнала активности нейронов PVT D2(+) во время подхода к вознаграждению и увеличение активности нейронов PVT D2(-) во время завершения исследования.
«В совокупности наши результаты убедительно свидетельствуют о том, что связанные с мотивацией особенности и кодирование целенаправленных действий задних PVT D2(+) и PVT D2(-) нейронов передаются в NAc через соответствующие терминали», — сказал Бис.
Во время каждого сеанса записи мыши исследователи записывали от восьми до 10 образцов данных в секунду, в результате чего получался очень большой набор данных. Кроме того, эти типы записей подвержены множеству потенциальных мешающих переменных.
Таким образом, анализ этих данных стал еще одним новым аспектом этого исследования благодаря использованию новой и надежной статистической структуры, основанной на функциональном линейном смешанном моделировании, которая одновременно учитывает изменчивость записей и может исследовать взаимосвязь между изменениями фотометрии. сигналы с течением времени и различные коварианты задачи вознаграждения, например, то, как быстро мыши выполнили испытание или как уровень голода животных может повлиять на сигнал.
Одним из примеров того, как исследователи коррелировали мотивацию с выполнением задачи, было разделение времени испытания на «быстрые» группы, от двух до трех секунд до зоны вознаграждения от триггерной зоны, и «медленные» группы, от девяти до 11 секунд до зоны вознаграждения.
«Наш анализ показал, что подход с вознаграждением был связан с более высоким уровнем сигнала кальция в PVT D2(+) нейронах во время быстрых, по сравнению с медленными испытаниями», — сказал Бис. «Более того, мы обнаружили корреляцию между сигналом и параметрами задержки и скорости. Важно отметить, что никаких изменений в активности задних PVT- нейронов D2 (+) не наблюдалось, когда мыши не выполняли задание, как в тех случаях, когда мыши бродили по вложение, но не активное проведение испытаний.
«В целом, наши результаты показывают, что активность задних PVT- нейронов D2(+) увеличивается во время поиска вознаграждения и формируется под влиянием мотивации».
Дефицит мотивации связан с психическими расстройствами, такими как злоупотребление психоактивными веществами, переедание и неспособность испытывать удовольствие при депрессии. Более глубокое понимание нейронной основы мотивированного поведения может выявить конкретные нейронные пути, участвующие в мотивации, и то, как они взаимодействуют. Это может привести к появлению новых терапевтических целей для восстановления здоровых мотивационных процессов у пациентов.
