Дофамин, нейромедиатор мозга, имеет почти мифический статус. Десятилетия исследований установили его вклад в несколько, казалось бы, не связанных между собой функций мозга, включая обучение, мотивацию и движение, пишет medicalxpress.com.
Распутать разнообразные функции дофамина было непросто, отчасти потому, что развитый мозг людей и других млекопитающих содержит различные виды дофаминовых нейронов, все они встроены в очень сложные цепи. В новом исследовании Ванесса Рута из Рокфеллера и ее команда углубились в вопрос, но в качестве объекта был принят гораздо более простой мозг плодовой мушки.
Как и у людей, дофаминовые нейроны мухи служат сигналом для обучения, помогая им связать определенный запах с определенным результатом. Узнав, что, например, в яблочном уксусе содержится сахар, вы сможете сформировать будущее поведение животных при следующей встрече с этим запахом. Но команда Руты обнаружила, что те же нейроны дофамина также сильно коррелируют с текущим поведением животного. Активность этих дофаминовых нейронов не просто кодирует механику движения, но, скорее, отражает мотивацию или цель, лежащую в основе действий мухи в реальном времени. Другими словами, те же нейроны дофамина, которые преподают животным долгосрочные уроки, также обеспечивают постоянное подкрепление, побуждая мух продолжать полезные действия.
«Кажется, существует тесная связь между обучением и мотивацией, двумя разными аспектами того, что делает дофамин», – говорит Рута.
Результаты этого исследования опубликованы в Nature Neuroscience.
Для мух важны запахи. Мозговый центр обонятельного обучения, называемый грибовидным телом, отвечает за обучение тому, что запахи означают вкусный сахар. Здесь объединяются три типа нейронов: клетки Кеньона, которые реагируют на запахи, выходные нейроны, которые посылают сигналы в остальную часть мозга, и нейроны, производящие дофамин. Когда муха сталкивается с запахом, а затем получает сахарную награду, быстрое высвобождение дофамина изменяет силу связей между нейронами грибовидного тела, существенно помогая мухе создавать новые ассоциации и изменять ее будущую реакцию на этот запах.
Но Рута и ее коллеги заметили постоянную передачу сигналов дофамина даже при отсутствии вознаграждения. Те же нейроны, которые помогали мухам запоминать ассоциации, также часто срабатывали при движении животного.
Команда разработала систему виртуальной реальности, в которой плодовые мухи могут перемещаться в обонятельной среде, ходя по беговой дорожке по мячу, в то время как их мозговая деятельность отслеживается с помощью микроскопа над их головой. Поток воздуха доставляет запахи через небольшую трубку. Когда муха чувствует приятный запах, например, яблочного уксуса, она меняет ориентацию и начинает двигаться против ветра, к источнику.
Используя эту систему, исследователи смогли изучить активность мозга мух в различных условиях. Они обнаружили, что активность дофаминовых нейронов точно отражает движения, когда они происходят, но только тогда, когда мухи целенаправленно следят за ними, а не когда они просто блуждают. Когда исследователи подавили активность дофаминовых нейронов, животные перестали отслеживать запах, даже когда они голодали, и поэтому у них был повышенный интерес к запахам, связанным с едой. Напротив, активация нейронов у полностью накормленных мух, безразличных к пище, подтолкнула их к активному поиску запаха.
Вместе полученные результаты показывают, как один путь дофамина может выполнять две функции: передавать мотивационные сигналы для быстрого формирования текущего поведения, а также предоставлять поучительные сигналы для направления будущего поведения посредством обучения.
Обучение – это более непрерывный и динамичный процесс, чем часто думают: в короткие сроки животные постоянно оценивают свое поведение на каждом этапе, изучая не только окончательные ассоциации, но и действия, которые их к этому приводят.
Источники:
