Сотрудники Университета Алабамы в Бирмингеме и Национального института психического здоровья (NIMH) выяснили, как две основные субпопуляции нейронов в части таламуса головного мозга (паравентрикулярном ядре, paraventricular nucleus of hypothalamus, далее — PVN), участвуют в процессе достижения цели. Новое исследование дает представление о механизмах, с помощью которых мозг отслеживает мотивацию для формирования действий.
В ходе эксперимента мышей обучили поведению, похожему на поиск пищи. Они использовали похожий на коридор вольер с триггерной зоной на одном конце и зоной вознаграждения на другом, на расстоянии чуть больше метра.
Мыши научились ждать в триггерной зоне две секунды, пока звуковой сигнал не запускал их поведенческую задачу, похожую на поиск пищи. Затем животное двигалось вперед в своем темпе к зоне вознаграждения, чтобы получить небольшую «промежуточную» награду. Чтобы завершить испытание, мышам нужно было покинуть зону вознаграждения, вернуться в зону триггера, и дождаться следующего звукового сигнала. Животные быстро обучались и были очень вовлечены, отметили ученые.
Затем исследователи использовали оптическую фотометрию и датчик кальция GCaMP для непрерывного мониторинга активности двух основных субпопуляций нейронов PVT. Их идентифицировали по наличию или отсутствию рецептора дофамина D2 — PVT D2(+) или PVT D2(-) соответственно. Дофамин — это нейромедиатор, который позволяет нейронам общаться друг с другом.
Оказалось, что нейроны PVT D2(+) и PVT D2(-) кодируют выполнение и завершение целенаправленных действий соответственно. Нейроны PVT D2(+) показали повышенную активность во время подхода к вознаграждению и снижение активности при завершении испытания. И, наоборот, нейроны PVT D2 (-) показали снижение активности во время подхода к вознаграждению и повышение активности при завершения испытания.
То, что внутри PVT-нейронов существует разнообразие, — это новая информация, рассказали ученые. «Кроме того, результаты нашего исследования очень важны, поскольку они помогают интерпретировать противоречивые и запутанные данные в литературе относительно функции PVT», — добавили авторы эксперимента.
Долгое время области таламуса, такие как PVT, считались просто ретрансляционной станцией в мозге. Теперь исследователи поняли, что PVT обрабатывает информацию, переводя состояния потребностей, полученные из гипоталамуса, в мотивационные сигналы через проекции аксонов, включая аксоны PVT D2(+) и PVT D2(-), в прилежащее ядро, или NAc. Оно играет решающую роль в обучении и реализации целенаправленного поведения. Аксон — это длинный цилиндрический отросток нервной клетки, по которому нервные импульсы идут от тела клетки (сомы) к иннервируемым органам и другим нервным клеткам.
«В совокупности наши результаты убедительно свидетельствуют о том, что связанные с мотивацией особенности и кодирование целенаправленных действий задних PVT D2(+) и PVT D2(-) нейронов передаются в NAc через соответствующие терминали», — объясняют ученые.
В целом, исследование показало, что активность задних PVT- нейронов D2(+) увеличивается во время поиска вознаграждения и формируется под влиянием мотивации.
Результаты исследования опубликованы в журнале Current Biology.
