Небольшая и, по-видимому, специализированная область локуса coeruleus (LC) мозга была стереотипизирована из-за чрезмерного экспорта нейромодулятора норадреналина, стимулирующего возбуждение. В новой статье и с новым грантом от Национальных институтов здравоохранения нейробиологическая лаборатория Массачусетского технологического института доказывает, что LC-это не просто тревожная кнопка, но оказывает более тонкое и многогранное влияние на обучение, поведение и психическое здоровье, чем считалось ранее.

Благодаря входам из более чем 100 других областей мозга и сложному контролю над тем, где и когда он посылает норадреналин (NE), крошечная популяция удивительно разнообразных клеток LC может представлять собой важный регулятор обучения на основе вознаграждения и наказания, а затем применения этого опыта для оптимизации поведения, сказал Мриганка Сур, профессор нейробиологии Ньютона в Институте обучения и памяти Пикоуэра и Отделе мозга и когнитивных наук в Массачусетском технологическом институте.

"То, что раньше считалось однородным ядром, оказывающим глобальное, однородное влияние на множество различных целевых областей, теперь считается гетерогенной популяцией клеток, высвобождающих NE, потенциально проявляющих как пространственную, так и временную модульность, которая управляет его функциями",-написал Сур, постдок Винсент Бретон-Прованшер и аспирант Габриэль Драммонд в обзорной статье, опубликованной в прошлом месяце в журнале Frontiers in Neural Circuits.

В статье представлены многочисленные новые данные группы Сура и многих других, свидетельствующие о том, что LC может интегрировать сенсорные входы и внутренние когнитивные состояния со всего мозга, чтобы точно оказывать опосредованное NE влияние на действия-путем регулирования NE в моторной коре—и обработки результирующей обратной связи вознаграждения или наказания—путем регулирования NE в префронтальной коре.

Чтобы проверить эту гипотезу, команда начала работать с 5-летним грантом NIH на сумму 2,1 миллиона долларов, присужденным в апреле. В этом исследовании они вовлекают мышей в учебные задания, в которых они управляются звуками различной высоты и громкости. В ходе обучения мыши узнают, что, когда тон высокий, нажатие на рычаг принесет награду, а когда тон низкий, правильной реакцией будет не нажимать, чтобы не вызвать неприятное дуновение воздуха. Изменяя громкость тона, экспериментаторы изменят уверенность мышей в том, что они правильно услышали сигнал.

Гипотеза (подтвержденная предварительными данными) предсказывает, что NE будет иметь значение несколькими важными способами, сказал Сур. Когда мышь слышит сигнал, если высота тона низкая, LC будет посылать меньше NE через набор нейронов в моторную кору, отражая убеждение животного в том, что рычаг не следует нажимать, потому что никакой награды не будет. Между тем, чем меньше громкость, тем меньше уверенности у животного в своем решении. И наоборот, высокий тон большой громкости будет посылать больше звука, отражая уверенность животного в том, что нажатие на рычаг принесет награду.

После того, как мышь начнет действовать, чем более удивительной будет обратная связь, тем больше информации она произведет и отправит через отдельную группу в префронтальную кору, стимулируя большее обучение. Так, например, если мышь услышит слабый высокий тон и осторожно нажмет на рычаг, неожиданность полученного вознаграждения будет стимулировать сильную выработку NE, чтобы проинструктировать префронтальную кору, потому что ее ожидания были не очень высокими. Всякий раз, когда мышь ошибается в своих догадках и чувствует дуновение воздуха, это стимулирует самый сильный выброс NE в префронтальную кору. После такой динамики команда Sur наблюдала последовательные изменения производительности в ходе последующего испытания.

"Это способ, с помощью которого норадреналин можно рассматривать как сигнал возбуждения, но, что также важно, в контексте текущей функции он является сигналом обучения", - сказал Сур. "Это одновременно сигнал выполнения и сигнал обучения, для обоих из которых мы можем описать фактические количественные соотношения."

Команда не только будет измерять активность нейронов LC-NE, они также будут использовать их с помощью оптогенетики (в которой нейронами можно управлять с помощью света), чтобы они могли отключать или усиливать выход LC-NE, чтобы показать, как выполнение каждого из них влияет на действие и обучение.

Понимание истинной природы того, как работает LC, может быть полезно для улучшения лечения некоторых расстройств, сказал Сур. Потенциальное лечение ПТСР, например, включает в себя ослабление восприимчивости к NE, но это также способствует сонливости. Более принципиальное и точное лечение могло бы повысить эффективность и уменьшить эти побочные эффекты, сказал он.

"Надежда состоит в том, чтобы повлиять на беспокойство, но не заставить вас спать, если мы поймем цели и теорию, лежащие в его основе", - сказал Сур. "Это надежда фундаментальной науки на лечение расстройств—делать вещи все более и более конкретными, определять схемы и специфику функций, в которых участвует система."

Более того, по его словам, LC является ранним регионом, пораженным болезнью Альцгеймера. Правильное решение этой проблемы могло бы помочь сохранить формы обучения и познания.

ИСТОЧНИК