Мыши уже давно занимают центральное место в исследованиях в области неврологии, представляя собой гибкую модель, которую ученые могут контролировать и изучать, чтобы больше узнать о сложной внутренней работе мозга. Исторически сложилось так, что в экспериментах исследователи отдавали предпочтение самцам мышей, а не самкам, отчасти из-за опасений, что гормональный цикл у самок вызывает поведенческие вариации, которые могут исказить результаты.

Однако новое исследование, проведенное Гарвардской медицинской школой, ставит под сомнение это представление и предполагает, что для многих экспериментов эти опасения могут быть необоснованными.

Результаты исследования, опубликованные 7 марта в журнале Current Biology, показывают, что самки мышей, несмотря на постоянные гормональные колебания, демонстрируют исследовательское поведение, более стабильное, чем их самцы.

Используя штамм мышей, обычно изучаемый в лабораторных условиях, исследователи проанализировали поведение животных, когда они свободно исследовали открытое пространство. Они обнаружили, что гормональный цикл оказывает незначительное влияние на поведение, а различия в поведении между отдельными самками мышей были намного больше. Более того, различия в поведении самцов были даже больше, чем у самок, как внутри, так и между мышами.

По словам исследовательской группы, полученные результаты подчеркивают важность включения в исследования мышей обоих полов.

"Я думаю, что это действительно убедительное доказательство того, что если вы изучаете натуралистическое, спонтанное исследовательское поведение, вы должны включать в свои эксперименты мышей обоих полов, и это приводит к аргументу, что в таких условиях, если вы можете выбрать только один пол для работы, вы должны работать с самками", - сказал Сандип Роберт Датта, профессор нейробиологии в Институте Блаватника HMS, который руководил исследованием вместе с Ребеккой Шански из Северо-Восточного университета.

От грызунов к людям: История предвзятости

Когда неврологи стремятся лучше понять человеческий мозг, они обычно обращаются к мыши, которую Датта считает "ведущей моделью позвоночных для понимания того, как работает мозг".

Это связано с тем, что мозг мыши и человека имеет значительную структурную организацию и генетическую информацию, поэтому ученые могут легко манипулировать геномом мыши для решения конкретных экспериментальных вопросов и создания моделей человеческих заболеваний.

"Многое из того, что мы понимаем о взаимосвязи между генами и нейронными цепями, а также между нейронной активностью и поведением, пришло из фундаментальных исследований на мышах, и мышиные модели, вероятно, станут действительно центральными инструментами в нашей борьбе с широким спектром неврологических и психологических заболеваний", - сказал Датта.

На протяжении более 50 лет исследователи предпочитали использовать в экспериментах мышей-самцов, и нигде эта практика не была столь заметна, как в нейронауках. Фактически, анализ, проведенный в 2011 году, показал, что в нейронауках было проведено в пять раз больше однополых исследований на мышах-самцах, чем на мышах-самках. Со временем эта практика привела к ухудшению понимания женского мозга, что, вероятно, способствует неправильной диагностике психических и неврологических заболеваний у женщин, а также разработке лекарств, которые имеют больше побочных эффектов для женщин - проблемы, описанные Шански в 2021 году в журнале Nature Neuroscience.

Неравенство в представительстве полов, характерное для исследований на животных, исторически отражается и в исследованиях с участием людей.

"Эта предвзятость начинается в фундаментальной науке, но ее последствия распространяются на разработку лекарств и приводят к предвзятости в производстве лекарств, а также к тому, как лекарства подходят для разных полов", - говорит ведущий автор Дана Леви, научный сотрудник по нейробиологии в HMS. Например, Леви отметила, что такие состояния, как тревога, депрессия и боль, как известно, по-разному проявляются у мышей-самок и женщин, чем у мышей-самцов, которые чаще всего используются на ранних стадиях тестирования лекарств.

Для решения проблемы предвзятого отношения к полу в научных исследованиях Национальные институты здравоохранения в 2016 году опубликовали политику, обязывающую исследователей включать в эксперименты испытуемых и образцы мужского и женского пола. Однако последующие исследования, проводимые в различных научных дисциплинах и конкретно в нейронауке, показывают, что прогресс идет медленно.

По словам Датты, причины такого давнего предубеждения в нейронауке сложны: "Частично это просто старый добрый сексизм, а частично - консерватизм в том смысле, что люди так долго изучали мышей-самцов, что не хотят ничего менять".

И все же, по словам Датты, возможно, самая большая причина исключения самок мышей связана с широко распространенным предположением о том, что на их поведение влияют циклические изменения гормонов, таких как эстроген и прогестерон - грызунский вариант менструального цикла, известный как эстральный цикл. По словам Датты и Леви, известно, что эстральный статус оказывает сильное влияние на определенные виды социального и сексуального поведения у мышей. Однако данные о влиянии эстрального статуса в других поведенческих контекстах были неоднозначными, что привело к тому, что Датта называет "настоящим разногласием в литературе".

"Мы хотели измерить, насколько сильно эстральный цикл влияет на основные модели исследования", - сказал Датта. "Наш вопрос заключался в том, влияют ли эти постоянные изменения в гормональном состоянии мыши на другие нейронные цепи таким образом, чтобы сбить исследователей с толку".

"Мы предполагали, как и все остальные, что добавление самок только усложнит наши эксперименты", - добавил Леви, - "И поэтому мы сказали: "Почему бы не проверить это"".

Проверка предположений

Исследователи изучали генетически идентичных самцов и самок из распространенного штамма лабораторных мышей на круглом открытом поле - стандартная лабораторная установка для экспериментов в области поведенческих нейронаук. На практике тест включал в себя помещение мыши в 5-галлонное ведро Home Depot на 20 минут и использование камеры для записи движений и поведения мыши в 3D, когда она свободно исследовала пространство. Исследователи взяли мазок у каждой самки мыши, чтобы определить ее эстральный статус, и повторили тест с одной и той же особью несколько раз.

Команда проанализировала видеозаписи с помощью MoSeq, технологии искусственного интеллекта, ранее разработанной в лаборатории. Технология использует алгоритмы машинного обучения для разделения движений мыши на около 50 различных "слогов", или компонентов языка тела: коротких, однократных движений, таких как вздымание, пауза, шаг или поворот. С помощью MoSeq исследователи собрали подробные данные высокого разрешения о структуре и характере поведения мыши во время каждого сеанса.

Исследователи обнаружили, что эстральный статус очень слабо влияет на исследовательское поведение самок мышей. Напротив, поведение самок мышей варьировалось в гораздо большей степени, чем в течение эстрального цикла.

"Если вы дадите мне любое случайное видео из нашей кучи, я смогу сказать, какая это мышь. Вот насколько индивидуализирована модель поведения", - сказал Датта, что говорит о том, что в поведенческих исследованиях "доминирующим аспектом вариативности данных является тот факт, что особи имеют едва заметные различия в жизненных историях".

Когда исследователи сравнили самок и самцов мышей, они обнаружили нечто, что их удивило: Самцы также демонстрировали индивидуальность поведения, но у них было больше поведенческих вариаций в пределах одной мыши и между мышами, чем у самок.

"Люди делали предположение, что мы можем использовать самцов мышей для надежного сравнения внутри и между экспериментами, но наши данные показывают, что самки мышей более стабильны в плане поведения, несмотря на то, что у них есть эстральный цикл", - сказал Датта.
Доводы в пользу изменений

Ученые в целом согласны с тем, что включение самок мышей важно с точки зрения справедливости, отметил Датта, однако некоторые по-прежнему обеспокоены тем, что это может усложнить их исследования. По его мнению, новые результаты являются убедительным научным аргументом в пользу использования самок мышей в экспериментах.

"Тот факт, что поведение самок более надежно, говорит о том, что включение самок может действительно уменьшить общую изменчивость ваших данных при многих обстоятельствах", - сказал Датта.

Основываясь на полученных результатах, исследователи из лаборатории Датты уже перешли от мышей-самцов к смешанным группам или мышам-самкам в других экспериментах, включающих круговые испытания на открытом поле.

Датта предупредил, что в исследовании рассматривается только один штамм мышей в одной лабораторной установке, поэтому результаты нельзя обобщать на другие штаммы и установки без дальнейшего тестирования. Однако он отметил, что этот штамм и установка широко используются в исследованиях в области неврологии, в том числе на ранних стадиях разработки лекарств для проверки того, как потенциальный препарат влияет на локомоцию мыши.

Датта сказал, что полученные результаты "должны побудить тех, кто заинтересован в разработке лекарств в этом контексте, включить в анализ оба пола".

Сейчас Датта и Леви заинтересованы в изучении того, как внутренние состояния, помимо гормонального статуса, такие как голод, жажда, боль и болезнь, влияют на исследовательское поведение мышей.

"Вопрос в том, кто побеждает в этом перетягивании каната между вашим текущим внутренним состоянием и вашей индивидуальностью", - объясняет Леви.

Они также хотят глубже изучить нейронную основу индивидуальности поведения мышей, которую они наблюдали в ходе исследования.

"Я был потрясен тем, сколько устойчивых различий между особями мы наблюдали - как будто эти мыши действительно индивидуальны", - сказал Датта. "Мы привыкли думать о лабораторных мышах как о взаимозаменяемых виджетах, но это совсем не так. Что же контролирует эти индивидуальные модели поведения?".

"Мы хотим понять механизмы индивидуальности: как возникает изменчивость между особями, как она влияет на поведение, что может ее изменить и какие области мозга ее поддерживают", - добавил Леви.

С этой целью лаборатория Датта изучает поведение мышей от рождения до смерти, чтобы понять, как индивидуальные модели поведения возникают и кристаллизуются во время развития, и как они меняются в течение жизни.

Исследователи также надеются, что их работа откроет дверь для более строгих количественных исследований того, влияет ли эстральный цикл на поведение мышей в других условиях, например, при выполнении сложных задач.

"Это очень интересный пример того, как предположения, влияющие на то, как мы проводим и разрабатываем наши научные исследования, иногда являются всего лишь предположениями, и важно напрямую проверить их, потому что иногда они не соответствуют действительности", - сказал Леви.