Мозжечок мышей оказался вовлечён в ожидание вознаграждения
Мозжечок — отдел мозга, традиционно ассоциируемый с координацией движений и балансом — оказался активным участником процессов вознаграждения и обучения, связанного с ожиданием дофамина. Новая работа лаборатории Марка Вагнера из Национального института неврологических расстройств и инсульта (NINDS, NIH), представленная в Nature Neuroscience, предоставляет прямые экспериментальные доказательства этой роли.
«Недавние исследования показали, что мозжечок — область мозга, наиболее известная своей ролью в координации и движении — также активизируется, когда животные и люди получают вознаграждения», — говорят авторы.
Задача: отделить движение от вознаграждения
Главная методологическая проблема при изучении роли мозжечка в вознаграждении — он участвует и в движении, и в потреблении пищи. Когда мышь получает пищу как награду, непонятно: активируется ли мозжечок потому, что животное движется к еде, жуёт, пьёт — или потому что ожидает и получает вознаграждение как таковое?
Команда Вагнера обошла эту проблему элегантно. Мышей обучили нажимать на ручку ради вознаграждения особого рода: прямой стимуляции допаминергических нейронов мозга через оптогенетику. Никакой еды, никакой воды — только чистый дофаминовый сигнал, доставленный прямо в центры вознаграждения.
«Мыши выполняют действие ради отсроченной стимуляции дофамин-связанных цепей вознаграждения в мозге — без еды и воды для питья», — объяснил Вагнер.
Что нашли в мозжечке
Применяя двухфотонную микроскопию, исследователи записывали активность клеток-зёрен (granule cells, GrC) мозжечка в реальном времени.
Результаты:
- Многие клетки-зёрна демонстрировали устойчивую активность в период ожидания дофаминового вознаграждения — то есть между нажатием на ручку и получением сигнала. Их активность нарастала по мере приближения момента вознаграждения и прекращалась именно в момент его получения;
- Лазающие волокна (climbing fibers) — другой тип входящих нейронов мозжечка — активировались уже после доставки вознаграждения, то есть сигнализировали о факте события.
Принципиально: паттерн нейронной активности чётко разделял предвосхищение (GrC) и реакцию на само событие (лазающие волокна).
Причинно-следственная связь: мозжечок нужен для обучения
Корреляция — не причинность. Поэтому команда провела вмешательные эксперименты:
- При подавлении активности клеток-зёрен накануне дофаминового вознаграждения мыши демонстрировали нарушение обучения: они хуже усваивали ассоциацию «нажатие ручки = вознаграждение»;
- При активации лазающих волокон у наивных (ранее не тренированных) мышей после нажатия на ручку — мыши обучались продолжать нажимать.
«Когда мы подавляли активность клеток-зёрен перед дофаминовым вознаграждением, они демонстрировали нарушение обучения», — подтверждает Вагнер.
Зачем это важно
Установление роли мозжечка в вознаграждении — не только нейробиологическая любопытность. Процесс «обучения через вознаграждение» нарушен при целом ряде психических расстройств: зависимостях, расстройствах аутистического спектра, шизофрении, СДВГ. Если мозжечок действительно является частью нейронной сети вознаграждения, а не просто её «двигательным исполнителем», это меняет понимание этих состояний.
Читайте также: рабочая память меняет приоритеты после помех.
В частности, мозжечковые нарушения при аутизме, при которых также наблюдаются особенности обработки вознаграждения, получают новую концептуальную рамку. Авторы предполагают, что понимание этой связи может открыть новые терапевтические подходы.
