Нейроны миндалины «различают» награды и наказания

Миндалевидное тело, или амигдала — небольшой участок мозга в белом веществе височной доли (точнее, два таких участка в двух полушариях), играющий ключевую роль в формировании эмоций. Срединное ядро миндалины участвует в ряде психических процессов, включая внимание, мотивацию, формирование и угасание памяти, а также в эмоциональном поведении, обусловленном отталкивающими и привлекающими стимулами. Однако до сих пор было неясно, участвуют ли при этом нейроны срединного ядра в общих когнитивных функциях, таких как внимание, или эти нейроны функционально отличны и обрабатывают особые типы сигналов. Крупнейшая популяция нервных клеток срединного ядра — нейроны Sst⁺, экспрессирующие нейральный пептид соматостатин; они находятся в области, отвечающей за обучение, и играют важную роль в обучении как избеганию неприятных стимулов, так и стремлению к приятным

Ученые из Лаборатории Колд-Спринг-Харбор вместе с коллегами из Стэнфордского университета и Сингапура исследовали работу миндалевидного тела in vivo. Мышам Sst^Cre в Sst⁺-нейроны доставляли в векторе на основе аденоассоциированного вируса ген, Cre-зависимо экспрессирующий флуоресцентный кальциевый индикатор (GCaMP6). Это давало возможность визуализировать активность нейронов с помощью имплантированного в мозг устройства и сравнивать ответы миндалины в различных ситуациях.

Через 4-6 недель после операции авторы статьи исследовали реакцию мышей на различные стимулы — пищу и воду, обычную, а также с добавкой сахара или хинина, электрический разряд и т.д. Мышей обучали, создавая у них павловские условные рефлексы: например, давали воду после определенного звука или электрический разряд после другого. Еще в одном эксперименте мыши получали раствор сахарозы после одного звука и хинина — после другого; обученные мыши начинали облизываться, когда слышали звук, говоривший о подаче сахара, и не облизывались на звук, предупреждающий о хинине.

Оказалось, что многие Sst⁺-нейроны очень избирательны и демонстрируют возбуждающий ответ на подачу только одного из стимулов, хотя были нейроны, которые отвечали и на несколько стимулов. Различной была реакция не только на вознаграждения и наказания, но и на разные типы вознаграждений (например, на пищу, воду или воду с сахаром). «Это совершенно новое для нас. Эти нейроны действительно обеспечивают характер каждого отдельного стимула. Почти как сенсорная зона», — говорит руководитель работы Бо Ли из Колд-Спринг-Харбор.

Тем не менее отдельные соматостатин-экспрессирующие нейроны имели смешанную избирательность, что до некоторой степени определялось сходством между стимулами. Многие нейроны избирательно возбуждались либо водой, либо электрическим разрядом, в то время как лишь небольшая часть возбуждалась обоими стимулами. 

После обучения в мозге мышей активизировалось больше соматостатин-экспрессирующих нейронов миндалевидного тела. Это позволило предположить, что данная группа нейронов участвует в обучении. Чтобы проверить это предположение, у некоторых мышей химически ингибировали Sst+ нейроны, и такие животные не обучались ассоциировать звуки с вознаграждением или наказанием.

В экспериментах с ингибированием нейронов команда ученых сделала важное открытие: нормальные реакции дофаминовых нейронов, ответственных за положительные эмоции, также были подавлены. Предыдущие исследования уже связывали миндалевидное тело с дофаминовыми нейронами, однако природа связи была неясна. «Мы обнаружили, что эти нейроны необходимы для нормального функционирования дофаминовых нейронов и, следовательно, важны для обучения с вознаграждением, — отмечает Бо Ли. — Это прямое доказательство того, что миндалевидное тело регулируют функцию дофаминовых нейронов».

Исследователи предполагают, что основная функция Sst+-нейронов миндалевидного тела — участие в оценке значимых событий во время обучения. Стимулспецифические сигналы от этих нейронов усиливаются и передаются в нижележащие области, где они регулируют других ключевых участников сигналов, таких как дофаминовые нейроны в среднем мозге.

Авторы работы планируют изучить связи между нейронами миндалевидного тела и различными видами зависимости (в частности, опиоидной, метамфетаминовой), чтобы усовершенствовать методы их лечения.

Нейроны миндалины заставляют мышей есть вредную, но вкусную еду