Португальские ученые из Центра изучения неизвестного фонда Шампалимо раскрыли подробности функционирования базальных ганглий и других участков мозга, которые ответственны за побуждение к действию и подавление двигательной активности. Эти знания могут быть полезны в исследовании заболеваний Паркинсона и Хантингтона, а также некоторых других расстройств. Работа опубликована в журнале Nature.
Болезни Паркинсона и Хантингтона влияют на двигательную активность, но вызывают различные симптомы. Болезнь Хантингтона проявляется спонтанными, неконтролируемыми движениями, тогда как при болезни Паркинсона пациентам трудно начать движение. При этом обе болезни вызваны дисфункцией одного и того же участка мозга — базальных ганглий. Предыдущие исследования показали, что в этом регионе есть две нейронные цепочки: прямой и косвенный путь. Считается, что прямой путь связан с активацией движения, тогда как косвенный его подавляет.
Исследователи поставили эксперимент, позволивший изучить процесс подавления действия. Мышам поставили задачу: они слышали два звука, и им нужно было определить, сколько времени между ними прошло, больше 1,5 сек или меньше. Если времени прошло меньше, то награда лежала слева от них, если больше — то справа. При этом в промежуток между звуками мышам нужно было стоять неподвижно. Им было необходимо подавлять движение. Ученые отследили активности прямого и косвенного пути в базальных ганглиях мышей. Когда мыши двигались, уровни активности этих путей были одинаковы. Однако при подавлении действия уровень активности косвенного пути был значительно выше и рос по мере увеличения ожидания. Чем дольше мышь ждет, тем больше она уверена, что промежуток между звуками длится больше 1,5 сек. Но ей все равно приходится дожидаться второго звука, подавляя активность, и со временем сделать это становится все труднее. С этим и связан постоянный рост активности косвенного пути. Тогда ученые попытались ингибировать косвенный путь. Мыши стали вести себя более импульсивно, они чаще бросались к вознаграждению, не дождавшись второго звука. Такое ингибирование может быть важно для понимания болезней Паркинсона и Хантингтона, обсессивно-компульсивного расстройства и механизма развития зависимости.
Ученые также попытались ингибировать прямой путь, который ответственен за побуждение к действию. Однако они не наблюдали никакого эффекта. Тогда исследователи разработали вычислительную модель, чтобы найти другую мишень. Расчеты показали, что за побуждение к действию в большей степени отвечает другая структура — дорсомедиальное ядро. Тогда ученые попытались ингибировать нейроны прямого пути в этом регионе. Этого было достаточно, чтобы заметить изменения в поведении мышей. Ученые выделили в этом регионе две разных области: одна ответственна за моторно-сенсорные функции низкого уровня, а вторая — за функции высокого уровня, например за принятие решений.
Эта работа предоставила значимую информацию о функционировании базальных ганглий. Результаты показали, что в мозге существует несколько нейронных цепей, которые конкурируют между собой. Таким образом мозг определяет, какое действие организм совершит далее. Эти сведения имеют значение не только для медицины. Данные, связанные с нейронауками, важны для развития машинного обучения и искусственного интеллекта. В будущем концепция, в которой для принятия решений в одной системе используется несколько параллельных микросхем, может быть использована при разработке интеллектуальных систем.
Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram.
Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram, Одноклассники.
