Наш мозг состоит из десятков миллиардов нервных клеток, называемых нейронами. Эти клетки общаются друг с другом посредством биомолекул, называемых нейротрансмиттерами. Серотонин, тип нейромедиатора, вырабатывается серотониновыми нейронами нашего мозга и влияет на многие наши поведенческие и когнитивные функции, такие как память, сон и настроение.

Используя мышей, ученые из Окинавского института науки и технологий (OIST) и их коллеги из Медицинской школы Университета Кейо изучили основной источник серотонина в мозге — ядро ​​дорсального шва (DRN). Изучая, как активация «серотонинового центра» мозга влияет на бодрствующих животных, они обнаружили, что серотонин из DRN активирует области мозга, которые влияют на поведение и мотивацию.

«Изучение серотониновой системы мозга может помочь нам понять, как мы адаптируем наше поведение и как работают лекарства для терапии настроения. Но было трудно изучить, как серотонин из DRN влияет на весь мозг. Во-первых, потому что электрическая стимуляция DRN также может активировать нейроны, которые не используют серотонин для общения друг с другом, и, во-вторых, употребление наркотиков может повлиять на другой серотонин в мозге», — объяснил доктор Хироаки Хамада, бывший доктор философии. студент отделения нейронных вычислений OIST.

Доктор Хамада является ведущим автором статьи об этом исследовании, опубликованной в журнале Nature Communications.

Предыдущие исследования исследователей из Отдела нейронных вычислений показали, что серотониновые нейроны в DRN способствуют адаптивному поведению у мышей, связанному с будущими вознаграждениями. Доктор Хамада и его коллеги хотели понять механизмы мозга, которые вызывают такое адаптивное поведение.

«Мы знали, что активация серотонина DRN оказывает сильное влияние на поведение, но мы не знали, как эта активация серотонина влияет на различные части мозга», — заявил профессор Кенджи Дойя, руководитель отдела нейронных вычислений.

Наблюдение за реакцией всего мозга на активацию серотонина DRN

Для решения этого вопроса исследователи использовали новую технику под названием оптофункциональная МРТ. Они использовали метод, называемый оптогенетикой, для избирательной активации серотониновых нейронов в DRN светом и наблюдали за реакцией всего мозга с помощью функциональной МРТ (магнитно-резонансной томографии).

Они использовали новейший сканер МРТ с сильным магнитным полем для достижения высокого разрешения, необходимого для изучения маленького мозга мышей. Мышей помещали в МРТ-сканер и через регулярные промежутки времени стимулировали серотониновые нейроны, чтобы увидеть, как это влияет на весь мозг.

Они обнаружили, что стимуляция серотонина DRN вызывает активацию коры головного мозга и базальных ганглиев — областей мозга, участвующих во многих когнитивных функциях. Этот результат сильно отличался от предыдущего исследования, проведенного под анестезией. Кроме того, реакция мозга на стимуляцию серотонина тесно связана с распределением рецепторов серотонина (белков, активируемых серотонином) и паттернами соединения серотониновых нейронов DRN.

«На изображениях МРТ в высоком поле мы ясно видим, какие области мозга активируются и деактивируются во время бодрствования и под наркозом, когда мы активируем серотониновые нейроны в DRN», — сказал доктор Хамада. «Предыдущее исследование показало, что кора головного мозга и базальные ганглии в основном деактивировались под анестезией, что мы также наблюдали. Однако в состоянии бодрствования эти области значительно активируются».

Кора головного мозга и базальные ганглии — это части мозга, критически важные для многих когнитивных процессов, включая двигательную активность и поведение, направленное на получение вознаграждений, таких как еда и вода. Таким образом, активация серотониновых нейронов DNR может привести к изменениям в мотивации и поведении.

Терпение и стимуляция собственного серотонина.

Сочетание новой техники МРТ высокого поля и оптогенетики создало множество препятствий, которые доктору Хамаде пришлось преодолеть. «Мы внедрили и адаптировали метод, ранее использовавшийся нашими сотрудниками, и внедрили множество новых процедур в OIST. Для меня главной проблемой в то время было использование нового аппарата МРТ, поэтому мне нужно было набраться терпения и стимулировать свой собственный серотонин. Я начал После этого я много тренируюсь», — сказал он.

Впервые увидеть активацию в DRN было выдающимся моментом для доктора Хамады. Вначале он использовал ту же интенсивность света , что и его коллеги, но она была слишком слабой, чтобы увидеть реакцию мозга на МРТ. Затем он использовал оптические волокна большего диаметра и увеличил интенсивность, чтобы стимулировать DRN.

Профессор Дойя отметил, что следующей важной вехой, которую необходимо достичь, является понимание того, как именно происходит активация серотонина во всем мозге. «Важно выяснить, каков на самом деле молекулярный механизм, обеспечивающий эту активацию в нашем мозге. Людям, которые хотели бы лучше корректировать свое поведение и мышление в различных ситуациях, также может быть полезно узнать больше о том, как серотонин помогает контролировать наше настроение.»