Нейрофизиологи впервые временно отключили связь между двумя областями мозга примата

Группе ученых из Левенского католического университета (Бельгия), Гарварда (США) и Университета Киото (Япония) удалось впервые в истории временно отключить связь между входящей в дофаминергическую систему мозга вентральной тегментальной областью (VTA) и прилежащим ядром (NAc), которое служит важной частью мезолимбического пути, участвующего в системе вознаграждений, формировании удовольствия, смеха, зависимости, агрессии, страха и эффекта плацебо. Их исследование опубликовано в журнале Neuron.

Как напоминают специалисты, обучение имеет решающее значение для выживания человека, при этом важную роль в этом играет система вознаграждения мозга. Так, младенцы учатся держать чашку, чтобы пить самостоятельно; в студенческие годы мы приобретаем новые навыки и заучиваем информацию, которая должна стать полезной для будущей карьеры. Во время пандемии коронавируса люди стремятся быстро приспосабливаться к введенным правительством ограничениям — чтобы избежать заражения, ну или хотя бы не получить штраф за нарушение. Помимо вознаграждения, другим важным фактором в обучении считается мотивация. Без нее даже самый способный студент никогда не получит диплом (легальными способами). Однако что важнее: мотивация или итоговая награда?

Именно это выясняли авторы нового исследования. Точнее, целью их работы было изучить, служит ли конкретная связь между двумя отделами головного мозга приматов — мезолимбический путь — решающей для мотивации или обучения, основанного на системе вознаграждения (комплекс структур нервной системы, которые задействованы в регулировании и контроле поведения при помощи положительных реакций на действия).

Опыты проводили на макаках. В первом эксперименте они должны были приложить большие усилия, чтобы получить весомую награду, или же не особо стараться — и получить менее значимую награду. Например, животному давали больше апельсинового сока, если оно дольше и пристальнее смотрело на красный треугольник, чем когда оно смотрело на синий круг. Таким образом, примат должен был быть сильно мотивирован, если хотел вознаграждения.

Во втором эксперименте макак вновь заставляли смотреть на две геометрические фигуры. Однако теперь предпочтение, отдаваемое одной фигуре, коррелировало с более высокой вероятностью заработать апельсиновый сок. Вознаграждение оставалось тем же, но при условии правильного выполнения задания животное получало больше сока.

Как и люди, приматы быстро учатся правильно выбирать стимул, приносящий более весомую награду: они стараются довести свою “прибыль” до максимума. Впоследствии нейрофизиологи решили изменить шансы макаки на получение вознаграждения. Без ведома животного (до этого условия эксперимента ему показывали на компьютере) фигура, которая на предыдущих этапах приносила меньшую награду, внезапно стала самой выгодной. Однако примату по-прежнему удавалось выяснить, как получить больше сока.

Тогда ученые решили временно отключить мезолимбический путь между двумя важными частями системы вознаграждения. Вмешательство сильно повлияло на мотивацию при выполнении первого задания: внезапно животное начало выбирать менее весомое вознаграждение и не прилагать особых усилий в прохождении задания. Во время повторения второго эксперимента изменений в поведении не было: макака поняла, какая последовательность ее действий будет выгоднее, так же быстро, как и в первый раз.

Из этого нейрофизиологи сделали следующий вывод: связь между вентральной тегментальной областью и прилежащим ядром важна для поддержания мотивации, формирования стремления прилагать больше усилий для награды, а вот на распознавание изменений в связях между стимулом и вознаграждением она никак не влияет. Кроме того, посредством функциональной магнитно-резонансной томографии они изучили активность мозга примата: как оказалось, когда связь между VTA и NAc была отключена, проявилось заметное увеличение функциональной связи между областями височной и лобной коры головного мозга. Именно оно было связано со снижением мотивации.

«Нам впервые удалось обратимо отключить определенный путь между двумя областями мозга приматов, пока они выполняли когнитивные задачи, а их мозговая активность контролировалась специалистами, — рассказал профессор Вим Вандуффель. — В более ранних исследованиях области мозга обычно активировали или деактивировали полностью, что влияло на все связи в этой конкретной области. <…> Вопреки достигнутому консенсусу, основанному главным образом на опытах на грызунах, похоже, эта связь важнее для системы вознаграждения, а также для мотивации прилагать большие усилия, чем для обучения, основанного на вознаграждении».

Авторы работы отмечают, что отсутствие или избыток мотивации играет важную роль в развитии многих психических расстройств и возникновении нарушений поведения, включая депрессию, компульсию, зависимость, тревогу и шизофрению. 

«Наше исследование открывает новые возможности для повышения или понижения активности определенных связей областей мозга без воздействия на всю область или систему органа, поскольку другие пути, идущие из того же ядра мозга, остаются неизменными, — подчеркивает Вандуффель. — Это не относится к методам, в которых затрагивается вся область и, следовательно, все соединения в ней. Наша работа открывает двери для более точного вмешательства в системы мозга и, как следствие, ведет к разработке более эффективных методов лечения неврологических заболеваний с меньшим количеством побочных эффектов”.