Представьте, что вы работаете на своем компьютере и вводите тот же длинный пароль, который вы использовали в течение многих лет для доступа к своей электронной почте. По привычке вы выполняете эту последовательность почти бессознательно. Но однажды вы наткнетесь на ярлык. Это быстрее, но требует изучения и запоминания нового набора нажатий клавиш.
Изучая грызунов, ученые из Медицинской школы Икана на горе Синай обнаружили, что часть мозга, традиционно считающаяся контролирующей набор старой последовательности, также может играть решающую роль в изучении новой. Результаты, опубликованные в августе 25 — го в Nature Communications , позволяет предположить , что этот процесс включает в себя хрупкое равновесие в деятельности двух соседних нейронных цепей: один , посвященные новые действия , а другие к старым привычкам.
«В течение многих лет ученые думали, что привычки и обучение новым, полезным действиям, скорее всего, контролируются разными частями мозга. К удивлению, мы обнаружили, что область мозга, традиционно считающаяся специализированной на выражении старых привычек, также может помочь мозгу осваивать новые действия. — сказал Пол Дж. Кенни, доктор философии, профессор Уорд-Коулмана, председатель отделения нейробиологии Нэша на горе Синай и старший автор статьи. «В конечном счете, мы надеемся, что эти результаты позволят по-новому взглянуть на клетки и цепи мозга, которые лежат в основе множества расстройств, связанных с отклонениями в том, как контролируются наши действия, включая болезнь Паркинсона и наркоманию».
Исследованием руководили Александр Смит, доктор философии, инструктор лаборатории Кенни, и Сиетсе Йонкман, доктор философии, бывший научный сотрудник на горе Синай.
Обучение действиям происходит, когда выполнение чего-либо, например, перемещение объекта, приносит пользу, например, поиск еды или избегание врага. В этом исследовании исследователи изучили роль, которую полосатое тело играет в этом типе обучения. Известно, что полосатое тело, расположенное глубоко внутри мозга, участвует в управлении движениями и действиями.
«Хотя ученые выдвинули гипотезу о том, что полосатое тело участвует в обучении действиям, лишь немногие действительно проверяли эту идею», — сказал доктор Джонкман. «Мы хотели глубоко изучить полосатые цепи, которые могут быть задействованы в обучении действием».
Для этого исследователи проверили способность голодных грызунов находить пищу. В первый день экспериментов грызунов поместили в специальную клетку и приучили зарабатывать еду, нажимая на рычаг дозатора. Каждый раз, когда экспериментальный грызун нажимал на рычаг, он получал гранулированный корм, тогда как контрольные грызуны не получали ничего. Два дня спустя исследователи проверили обучение, поместив грызунов обратно в специальную клетку. Оказавшись в клетке, экспериментальные грызуны энергично нажимали на рычаг, хотя он больше не доставлял пищу, указывая на то, что они успешно освоили новое действие, в то время как контрольные грызуны обыскивали все вокруг и нажимали рычаг только несколько раз.
В разное время в ходе экспериментов исследователи изучали нейронную активность в мозгу грызунов. Они обнаружили, что сразу после тренировки нейроны в определенных областях полосатого тела у экспериментальных грызунов были более активными, чем в контрольной группе. Это был период, когда известно, что память о недавно изученном действии сохраняется или кодируется в мозгу для дальнейшего использования. В частности, это наблюдалось в дорсолатеральном полосатом теле, заднем дорсомедиальном полосатом теле и прилежащем ядре, что позволяет предположить, что эти области играли роль в обучении.
Чтобы проверить это дальше, исследователи ввели в каждую область лекарство, анизомицин, который не дает клеткам вырабатывать белки, необходимые для долговременного хранения памяти. Препарат вводили либо сразу после тренировки, либо через шесть часов, когда уже должны были быть произведены новые белки, необходимые для хранения памяти. Неожиданно исследователи обнаружили, что препарат нарушал способность животных запоминать новое действие только тогда, когда его вводили в дорсолатеральное полосатое тело сразу после тренировки. Инъекции в любые другие области не влияли на обучение.
«Мы были удивлены этими результатами. Традиционно считается, что обучение действиям кодируется задним дорсомедиальным полосатым телом, в то время как дорсолатеральное полосатое тело заботится только о привычках. Но это не то, что мы видели», — сказал д-р Смит. «Вместо этого наши результаты показали, что в дополнение к регулированию привычек дорсолатеральное полосатое тело также консолидирует обучение действиям сразу после того, как новое действие было усвоено».
Дальнейшие эксперименты подтвердили эту идею. Например, химическая блокировка активности нейронов в дорсолатеральном полосатом теле вскоре после тренировки также помешала грызунам не забывать использовать рычаг для извлечения пищи.
Наконец, когда исследователи внимательно изучили эту область, они обнаружили, что обучение может контролироваться двумя соседними и противодействующими нейронными цепями, которые, как известно, реагируют на нейромедиатор дофамин. В одной цепи активность клеток, называемых шиповидными нейронами среднего рецептора D1, возрастала сразу после тренировки, и подавление этих клеток затрудняло обучение. Напротив, активность других клеток, называемых средними шиповидными нейронами рецептора D2, притихала после тренировки, и блокирование их активности усиливало способность животных запоминать новое действие. В отдельной серии экспериментов исследователи обнаружили, что блокирование активности нейронов D2 не позволяет грызунам проявлять ранее усвоенные привычки.
«Наши результаты показывают, что существует тонкий баланс между обучением новым действиям и выражением старых привычек, который контролируется активностью инь-ян двух разных популяций нейронов в дорсолатеральном полосатом теле», — сказал доктор Кенни. «В будущем мы планируем изучить, как нарушение этого баланса способствует дезадаптивным действиям при расстройствах мозга».
По материалам зарубежной прессы
