Ученые связывают социальное поведение с деятельностью в конкретной цепи мозга
Сигнализирующая деятельность вдоль единственного нервного тракта глубоко внутри мозга вызывает живую, широко пробуждающуюся, свободно движущуюся тенденцию животного к социализации.
Стэнфордские ученые обнаружили, что стимулирование определенной цепи мозга мышей заставляло их больше интересоваться социализацией.
Команда исследователей из Стэнфордского университета связала определенную цепь мозга с тенденцией у млекопитающих к социальным отношениям. Стимулируя эту схему – одну из миллионов в мозге – мгновенно увеличивается желание мыши познакомиться с другой, одновременно, снимается запрет на общение с незнакомцем.
Новые результаты, опубликованные Cell, могут пролить свет на психические расстройства, имеющие нарушения социального взаимодействия, такие как аутизм, социальная тревожность, шизофрения и депрессия, сказал автор исследования Карл Дейссерот, доктор медицины, доктор философии, профессор биоинженерии, Психиатрии и поведенческих наук.
Выводы также важны тем, что они определяют не только роль того или иного химического вещества мозга, как это обычно делают фармакологические исследования, а скорее специфические компоненты мозговых схем, участвующих в сложном поведении. Сочетание передовых методов, разработанных в лаборатории Дейссерота, позволило провести беспрецедентный анализ того, как мозговая деятельность контролирует поведение.
«Люди с аутизмом, например, часто имеют прямое отвращение к социальному взаимодействию», – сказал Дейссерот. Они могут считать общение – даже простой контакт глазами – болезненным.
Ученый впервые разработал методику исследования мозга, оптогенетику, которая включает выборочное введение молекул светорецепторов на поверхности отдельных нервных клеток в мозге живого животного. После, фоточувствительные ячейки и схемы, которые они создают, могут быть дистанционно стимулированы или заблокированы поворотом выключателя света, в то время как животное остается свободным для перемещения по своей клетке.
Мониторинг активности в режиме реального времени
Используя оптиогенетику и другие методы, которые он и его соавторы придумали, они смогли манипулировать и контролировать активность в определенных кластерах нервных клеток, а также волоконные пути, соединяющие их, в мозгу мышей в реальном времени. В это время животные подвергались воздействию мышей новичков или неодушевленных объектов. Поведенческие реакции мыши были сняты на видео, затем сравнивались с активностью мозгового контура.
В некоторых случаях исследователи наблюдали активность различных мозговых центров, нервно-волоконных трактов, связывающих их, когда мыши изучали или игнорировали друг друга. Другие эксперименты включали стимулирование или подавление импульсов в этих схемах, чтобы увидеть, как эти манипуляции влияют на социальное поведение мышей.
Чтобы избежать путаницы в простых социальных взаимодействиях с сопряженным и агрессивным поведением, исследователи ограничили свои эксперименты на женских особях.
Сначала ученые исследовали взаимосвязь между социальными взаимодействиями мышей и областью ствола мозга, называемой вентральной тегментальной областью.
VTA является ключевым узлом в схеме вознаграждения мозга, которая производит ощущения удовольствия в ответ на успех в выживании, нахождением пищи, спаривании или нахождению теплого убежища в холодной среде.
VTA передает сигналы другим центрам по всему мозгу через каналы волокон. Они выделяют химические вещества, в том числе один, называемый допамин, в контактных точках, примыкающих к нервным клеткам этих далеких центров. Когда дофамин приземляется на рецепторы на этих нервных клетках, он может активировать сигнальную активность внутри них.
Например, аномальная активность VTA связана с злоупотреблением наркотиками и депрессией. Но гораздо меньше известно о роли этого центра мозга в социальном поведении, ранее не было возможности наблюдать или контролировать деятельность этих связей во время социального поведения.
Ученые использовали мышей, чьи дофамин-секретирующие или дофаминергические нервные клетки VTA были биоинжинирингированы для экспрессии оптогенетических контрольных белков, которые могли бы подавлять или ингибировать сигнализацию клеток в ответ на свет.
Они заметили, что усиление активности этих клеток увеличивает склонность мыши к социальному взаимодействию. Когда новичок был введен в клетку, он пришел, увидел, понюхал. Ингибирование допаминергических клеток VTA имело противоположный эффект: хозяин потерял большую часть своего интереса к гостю.
Только социальное взаимодействие
С другой стороны, такие манипуляции с допаминергическими клетками VTA не влияли на склонность мышей к исследованию новых объектов (например, мячика для гольфа). Это не изменило их общую склонность к передвижению. Эффект оказался специфичным для социального взаимодействия.
Выяснение того, какие допаминергические связи несут сигналы, генерирующие поисковое социальное поведение, требуют разработки новой методологии мониторинга. Сигналы чрезвычайно слабы, смешаны фоновым шумом, особенно когда они расположены глубоко внутри мозга амбулаторных животных.
Группа Дейссерота преодолела это, разработав высокочувствительную технологию, способную выщипывать эти крошечные сигналы из окружающего шума. Новая технология, называемая фотометрией волокон, представляет собой сложный способ измерения потока кальция, который неизменно сопровождает сигнальную активность вдоль волокон, выступающих из нервных клеток.
Используя комбинацию оптико-волоконной фотометрии, исследователи смогли продемонстрировать, что конкретный тракт, называемый ядром accumbens ( сильно связанный с системой вознаграждения), был соответствующим каналом, несущим стимул для Социального взаимодействия мышей.
Третий технологический трюк помог определить, какие реципиентные нервные клетки ядра были вовлечены в схему социального поведения. Эти два типа клеток, чувствительных к допаминам, дифференцируются по типам дофаминовых рецепторов, называемых D1, D2, на их поверхностях.
Команда провела эксперименты с биоинжинирингом животных, так что обычно D1-содержащие клетки экспрессировали модифицированную, индуцируемую светом версию этого рецептора.
Эти эксперименты наряду с дополнительными экспериментами, блокирующими рецепторы D1 конкретными антагонистами лекарств, показали, что нервные клетки ядра D1 опосредуют изменения социального поведения. Отключение этих рецепторов путем оптогенетического индуцирования входящих трактов для доставки допамина к этим рецепторам,
Помогает понять, почему социальное поведение может измениться
«Каждое поведение, по-видимому, возникает из-за картины активности мозга, каждая поведенческая неисправность возникает из-за неисправности схемы», сказал Дейссерот.
«Способность, впервые выявить конкретную проекцию нервных клеток, участвующую в социальном поведении живого, значительно повысит нашу способность понимать, как работает социальное поведение».
