Чёрная субстанция приятной неожиданности

Арсенал современного нейрофизиолога сопоставим с целым научно-исследовательским институтом: микроэлектроды для снятия потенциалов, разнообразные томографы для изучения структуры и кровотока, мультифотонный и конфокальный микроскоп, позволяющие рассмотреть перенос веществ внутри отдельных отростков нейронов, и даже микроскопические элементы Пельтье для локального охлаждения участков мозга.

Что же касается подопечных, то крысы, собаки, кошки, приматы, птицы и даже касатки с дельфинами при всём своём разнообразии удовлетворить все потребности естествоиспытателей в получении новых знаний не могут. Рано или поздно приходится переходить на более «совершенный» человеческий мозг. Именно это сделал и Майкл Кахана из Университета Пенсильвании, вжививший электроды в функционирующий человеческий мозг.

Эта процедура позволила ему и соавторам публикации в Science

установить главенствующую роль черного вещества (Substantia nigra) в получении удовольствия от приятных неожиданностей.

Роль нейронов, использующих в качестве медиатора дофамин, располагающихся в том числе и в Substantia nigra, была достаточно хорошо изучена и ранее. В многочисленных экспериментах, в том числе и на приматах, показано, что различные стимулы, от бананов и кокаина до катания на карусели и новых игрушек, возбуждают именно дофаминэргичные нейроны. Ученые даже объединили несколько отделов мозга в «систему поощрения», награждающую млекопитающих приятными ощущениями в случае приобретения полезного, по мнению природы, опыта.

В случае с людьми одними бананами и томографом не обойтись, а нарезать мозг после дозы кокаина не позволяют этические соображения.

Кахана воспользовался микроэлектродами, вживлёнными в мозг 10 мужчин и женщин во время операции по поводу паркинсонизма.

Подобный подход позволяет записывать потенциалы, а следовательно, и активность отдельных структур с очень высоким разрешением. «Приятная неожиданность» заключалась в небольшом денежном выигрыше, появлявшемся на экране после небольшой карточной игры.

Примерно через 100–200 миллисекунд после демонстрации выигрыша или потери активность нейронов в черном веществе повышалась или понижалась соответственно. Но самые «выразительные» результаты были получены именно для «неожиданных исходов»: активность S.nigra была в два раза больше, чем в случае ожидаемых выигрышей, и совершенно несопоставима с таковой при проигрыше.

Фактор «неожиданности» очень важен для биологов: именно с ним связаны процессы наподобие новых источников пищи, необходимые для формирования жизненно важных условных рефлексов.

Так что теперь у ученых появилось не только подтверждение роли эволюционно древней S.nigra, но и своеобразная шкала для «перевода» экспериментальных данных, полученных на приматах или крысах.

С последними, правда, несколько проще: их мозг можно вытащить, нарезать слоями и посмотреть, как последние прижизненные впечатления отразились на структуре нервной системы. При желании можно даже немного повредить головной мозг и посмотреть, как будет вести себя подопытный, лишенный одной из борозд.

Так вот и крысам нейрофизиолога Ларри Свонсона из Университета Южной Калифорнии в некотором смысле не повезло. Перед смертью им не довелось отведать наркотиков или же активировать свою «систему поощрения»: авторы публикации в Proceedings of the National Academy of Sciences занимались изучением страха. Только традиционный в этом случае электрический разряд Свонсон заменил доминирующим хищником – кошкой.

После 5-минутной очной ставки каждая крыса ещё 4 минуты проводила в полном онемении: такого эффекта испуга не удавалось добиться никакими другими тренировками.

То, что не удавалось сделать кошке, отделенной решеткой, доделывали ученые: забивали животное и искали в мозге нейроны с активированными генами раннего ответа. Больше всего таких клеточек нашлось в переднебоковой части гипоталамуса. А вот в заднебоковой части расположились клетки, отвечающие за чувство «конкурентного страха» при неожиданном визите другой, не уступающей в размерах крысы.

Поскольку через гипоталамус проходят проводящие пути всех органов чувств, и здесь же располагаются центры, отвечающие за регуляцию работы внутренних органов, то положение «нейронов страха» не очень удивило учёных.

Научиться бы вот регулировать активность и тех и других: управление активностью s.nigra могло бы существенно повысить обучаемость и помочь в лечении ряда зависимостей, а контроль «страшных» нейронов гипоталамуса способен сделать идеального подчиненного, готового выполнять любые приказы с должным ужасом и вытекающим из него уважением.