Эксперименты на мышах, проведенные американскими учеными, позволили обнаружить ранее неизвестную функцию мозжечка. Оказалось, что этот отдел мозга принимает участие в вознаграждении, или внутреннем подкреплении — механизме закрепления поведения путем положительных реакций на совершенное действие. Результаты работы опубликованы в журнале Nature.
Многочисленные наблюдения за животными и людьми с различными поражениями мозжечка давно привели ученых к выводу, что его функция состоит в тонкой настройке произвольных и непроизвольных движений, что обеспечивает четкую координацию, быструю реакцию, равновесие, осанку и ритмичное дыхание. Это подтверждало и наличие тесных нервных связей этого отдела мозга с корковыми и подкорковыми двигательными и сенсорными центрами.
Большинство нейронов мозжечка представлены гранулярными клетками, число которых превышает количество всех остальных нейронов головного мозга, при этом они занимают менее 10 процентов его объема. Из-за небольшого размера и плотного расположения изучать возбуждение отдельных гранулярных клеток весьма сложно. В сочетании с тем, что предназначение мозжечка казалось вполне понятным и интересовало ученых значительно меньше функций больших полушарий и подкорковых структур, это привело к тому, что клеточная физиология этого отдела мозга изучена недостаточно.
Чтобы разобраться, как гранулярные клетки мозжечка мышей функционируют в процессе совершения движений, сотрудники Стэнфордского университета воспользовались двухфотонной кальциевой визуализацией, позволяющей следить за возбуждением отдельных нейронов в реальном времени. В качестве унифицированной двигательной активности было выбрано нажатие передней лапой на рычаг в обмен на порцию сладкого раствора, подаваемого автоматически ко рту через небольшой промежуток времени (двухфотонная визуализация требует фиксации головы животного, поэтому более объемные движения при ее проведении нежелательны).
Выяснилось, что определенные нейроны, как и ожидалось, активируются при движении лапой. Неожиданным стало то, что во время ожидания награды (сладкого раствора) активируется другая группа нейронов, которая «выключается» при ее получении. Чтобы проверить, является ли эта активация реакцией на сенсорное восприятие сладости, ученые стали случайным образом не давать раствор в ответ на нажатие рычага и выяснили, что это активирует еще одну группу гранулярных клеток. Изменяя время между нажатием на рычаг и количество раствора и сопоставляя активацию разных групп нейронов с двигательной активностью, исследователи убедились, что активность нескольких групп гранулярных клеток связана не с движениями, а с реакцией на ожидаемую, полученную и не полученную награду.
Таким образом, функции мозжечка оказались шире, чем считалось ранее, и включают не только координацию движений, но и работу с вознаграждением. По словам руководителя работы Марка Вагнера (Mark Wagner), полученные результаты позволят полнее интегрировать мозжечок в целостную картину функционирования мозга.
Это не первый случай, когда классические представления о строении и функциях отделов нервной системы оказались ошибочными. Так, в 2016 году франко-британский научный коллектив доказал, что граница между симпатическим и парасимпатическим отделами автономной нервной системы была проведена неправильно.
Олег Лищук