Группа ученых из Champalimaud Foundation (CF) выявила критически важную нейронную цепь для сексуального отторжения, определив набор мозговых клеток, которые играют решающую роль в определении того, принимает ли самка или отвергает попытки спаривания на основе ее репродуктивного цикла. Их выводы, опубликованные сегодня в Neuron, углубляют наше понимание того, как мозг регулирует социальное и репродуктивное поведение.

Самки млекопитающих, например грызунов, принимают попытки спаривания только во время своей фертильной фазы и активно отвергают самцов вне этого периода. Хотя области мозга, контролирующие сексуальную восприимчивость, хорошо изучены, механизмы, лежащие в основе активного отторжения, изучены меньше.

«Сексуальное отторжение — это не просто отсутствие восприимчивости, это активное поведение», — объясняет Сусана Лима, старший автор и руководитель лаборатории нейроэтологии в CF. «Самки демонстрируют защитные действия, например, убегают, пинают или боксируют с самцом. Мы хотели понять, как мозг переключается между этими двумя кардинально разными поведенческими состояниями».

Центральное место в их исследованиях занимает вентромедиальный гипоталамус (ВМГ) — эволюционно древняя область мозга, которая контролирует социальное и сексуальное поведение у разных видов, включая человека.

«Мы подозревали, что VMH может содержать отдельную популяцию клеток, отвечающих за отторжение, основываясь на предыдущих экспериментах с низкоразрешающей визуализацией, показавших активность VMH как во время принятия, так и во время отторжения самцов», — говорит Лима.

Группа ученых сосредоточилась на передней части ВМГ, менее изученной области, в частности на клетках, реагирующих на гормон прогестерон , уровень которого колеблется на протяжении репродуктивного цикла.

«Эти нейроны идеально подходят для изучения того, как женский мозг переключается между принятием и отторжением в течение цикла», — отмечает первый автор Николас Гутьеррес-Кастелланос.

Нет. Да. Это зависит от обстоятельств.

«Понимание этого переворота дает нам представление о том, как мозг интегрирует сигналы из окружающей среды и тела, чтобы формировать поведение», — продолжает Гутьеррес-Кастелланос. «Это яркий пример того, как один и тот же стимул — в данном случае, нетерпеливый самец — может вызывать совершенно противоположное поведение в зависимости от внутреннего состояния самки».

Используя передовые методы, такие как волоконная фотометрия, которая отслеживает активность мозга в реальном времени путем измерения кальциевых сигналов, исследователи наблюдали за поведением этих чувствительных к прогестерону нейронов как у восприимчивых, так и у невосприимчивых самок мышей во время взаимодействия с самцами. Результаты были поразительными: передние нейроны VMH стали очень активными у невосприимчивых самок, что коррелировало с защитными действиями, такими как удары ногой и бокс, но были гораздо менее активны у восприимчивых самок.

«Похоже, что нейроны, реагирующие на прогестерон в передней части VMH, действуют как привратники сексуального отторжения», — говорит соавтор Басма Хусейн. «Когда самка находится за пределами своего фертильного окна, эти нейроны становятся очень активными, вызывая отторжение. Но во время фертильности их активность снижается, что позволяет спариванию произойти».

Двойные ручки управления мозгом

Как эти нейроны включаются или выключаются в зависимости от фертильности? Чтобы исследовать, команда провела электрофизиологические эксперименты, измеряя активность нейронов, реагирующих на прогестерон, в срезах мозга.

«Мы обнаружили, что у невосприимчивых самок эти нейроны получали больше возбуждающих сигналов, что повышало вероятность их активации», — объясняет Гутьеррес-Кастелланос.

«У восприимчивых самок они получали больше тормозных сигналов, что снижало вероятность их активации. Это свидетельствует о том, насколько адаптивными и гибкими могут быть нейронные связи в гипоталамусе и мозге».

«Уровни активности и баланс возбуждения/торможения нейронов, реагирующих на прогестерон, в передней части ВМГ убедительно свидетельствуют об их роли в сексуальном отторжении», — говорит Хусейн. «Чтобы подтвердить это, мы использовали оптогенетику для избирательной активации этих нейронов светом».

Действительно, искусственное стимулирование их во время фертильной фазы вызывало поведение отторжения, такое как пинки и бокс. «Это как щелкнуть выключателем — даже если самки были фертильны, они вели себя так, как будто это не так», — добавляет Хусейн.

Напротив, подавление этих нейронов химическим препаратом у невосприимчивых самок снизило поведение отторжения, хотя, что интересно, это не сделало их полностью восприимчивыми — что указывает на то, что две различные популяции нейронов, одна из которых контролирует отторжение , а другая — восприимчивость, работают согласованно, чтобы обеспечить соответствующее поведение в соответствии с внутренним состоянием самки.

«Эта установка дает мозгу два «рычага» для настройки», — объясняет Лима. «Это более эффективный и надежный способ для мозга сбалансировать эти модели поведения, гарантируя, что спаривание произойдет тогда, когда зачатие наиболее вероятно, и одновременно минимизируя риски и издержки спаривания, такие как воздействие хищников или болезни».

Хусейн добавляет: «Эта двойная система, вероятно, добавляет гибкости регуляции мозгом сексуального поведения. Пол не является детерминированным. Даже во время рецептивной фазы самка все еще может отвергать самцов, поэтому способность задействовать оба набора нейронов может обеспечить более тонкое и динамичное поведение».

Примечательно, что эти результаты согласуются с недавними исследованиями, показывающими, что реагирующие на прогестерон нейроны в задней части ВМГ, которые управляют сексуальной восприимчивостью, претерпевают аналогичные циклически-зависимые изменения, но в противоположном направлении — активны во время фертильной фазы и неактивны за ее пределами.

«VMH существует у людей и, вероятно, играет схожие роли», — отмечает Лима. «Недавние исследования на моделях мышей показали, что VMH изменяется при патологических состояниях, таких как синдром поликистозных яичников. Кроме того, социальная изоляция самок мышей во время развития может привести к снижению сексуальной восприимчивости с изменениями в той же области мозга, что подчеркивает клиническую значимость VMH».

«Мы только начинаем царапать поверхность того, как внутренняя проводка мозга управляет социальным поведением», — заключает Лима. «Еще многое предстоит узнать, но эти открытия приближают нас на шаг к пониманию того, как нейронные механизмы и внутренние состояния управляют сложными социальными взаимодействиями — от сексуального поведения до агрессии и далее».