Небольшая и, казалось бы, специализированная, область голубого пятна головного мозга (LC) стереотипировалась из-за чрезмерного экспорта стимулирующего возбуждение нейромодулятора норэпинефрина. В новой статье и с новым грантом от Национальных институтов здоровья нейробиологическая лаборатория Массачусетского технологического института утверждает, что LC — это не просто тревожная кнопка, но она оказывает более тонкое и многогранное влияние на обучение, поведение и психическое здоровье, чем она. был дан кредит.
Благодаря входам из более чем 100 других областей мозга и сложному контролю того, где и когда он отправляет норэпинефрин (NE), крошечная популяция удивительно разнообразных клеток LC может представлять собой важный регулятор обучения на основе вознаграждения и наказания, а затем применения этого опыта к оптимизировать поведение, говорит Мриганка Сур, профессор нейробиологии Ньютона в Институте обучения и памяти Пикауэра и на кафедре мозговых и когнитивных наук Массачусетского технологического института.
«То, что раньше считалось гомогенным ядром, оказывающим глобальное единообразное влияние на множество разнообразных целевых регионов, теперь предполагается, что это гетерогенная популяция высвобождающих NE клеток, потенциально демонстрирующих как пространственную, так и временную модульность, которая определяет его функции», — написал Сур. постдок Винсент Бретон-Провенчер и аспирант Габриэль Драммонд в обзорной статье, опубликованной в прошлом месяце в журнале Frontiers in Neural Circuits .
В статье представлены многочисленные новые свидетельства группы Сура и многих других, предполагающие, что LC может интегрировать сенсорные входы и внутренние когнитивные состояния, поступающие по всему мозгу, чтобы точно проявлять свое NE-опосредованное влияние для воздействия на действия — путем дросселирования NE в моторной коре — и обработка результирующей обратной связи о награде или наказании — путем дросселирования NE в префронтальной коре .
Чтобы исследовать эту гипотезу, команда начала работу с 5-летним грантом NIH на 2,1 миллиона долларов, присужденным в апреле. В этом исследовании они вовлекают мышей в учебные задания, где им задают звуковые сигналы различной высоты и громкости. В ходе обучения мыши узнают, что при высоком тональном звуке нажатие на рычаг дает вознаграждение, а при низком уровне звука правильной реакцией будет не нажимать, чтобы не испустить неприятный порыв воздуха. Изменяя громкость тона, экспериментаторы будут варьировать уверенность, которую мыши могут почувствовать, что они правильно услышали сигнал.
По словам Сура, эта гипотеза (подтвержденная предварительными данными) предсказывает, что NE будет иметь большое значение во многих отношениях. Когда мышь слышит звуковой сигнал, если высота тона низкая, LC будет отправлять меньше NE через кадры нейронов в моторную кору , отражая убеждение животного, что на рычаг не следует нажимать, потому что вознаграждения не будет. Между тем, чем ниже громкость, тем меньше у животного уверенности в своем решении. И наоборот, высокий тон на большой громкости будет посылать больше NE, отражая уверенность животного в том, что нажатие на рычаг принесет вознаграждение.
После того, как мышь начала действовать, чем более удивительна обратная связь, тем больше NE она произведет и отправит через определенную группу в префронтальную кору, стимулируя более активное обучение. Так, например, если мышь слышит слабый высокий тон и осторожно нажимает на рычаг, неожиданное получение вознаграждения будет стимулировать мощный выброс NE, чтобы проинструктировать префронтальную кору, потому что ее ожидания не были очень высокими. Всякий раз, когда мышь ошибается и чувствует дуновение воздуха, это стимулирует высвобождение сильнейшего НЭ в префронтальную кору. После такой динамики команда Сура наблюдала последовательные изменения показателей в последующем испытании.
«Это способ, которым норадреналин можно рассматривать как сигнал возбуждения, но также, что немаловажно, в контексте продолжающейся функции сигнал обучения», — сказал Сур. «Это одновременно сигнал выполнения и сигнал обучения, для которых мы можем описать реальные количественные отношения».
Мало того, что команда будет измерять активность нейронов LC-NE, они также возьмут их на себя с помощью оптогенетики (в которой нейроны можно контролировать с помощью света), чтобы они могли заглушить или усилить выход LC-NE, чтобы показать, как это происходит. каждый влияет на действия и обучение.
По словам Сура, понимание истинной природы того, как работает LC, может быть полезно для улучшения лечения определенных заболеваний. Например, потенциальное лечение посттравматического стрессового расстройства включает подавление восприимчивости к НЭ, но это также способствует сонливости. По его словам, более принципиальное и точное лечение может повысить эффективность и уменьшить эти побочные эффекты.
«Надежда состоит в том, чтобы повлиять на тревогу, но не вызвать сонливость, если мы поймем цели и теорию, стоящую за этим», — сказал Сур. «Это надежда фундаментальной науки на лечение расстройств — делать вещи все более и более конкретными, определять схемы и специфичность функций, в которых задействована система».
Кроме того, по его словам, LC является ранней областью, пораженной болезнью Альцгеймера. Правильный подход к этой потере может помочь сохранить формы обучения и познания.
