Мыши выработали правила для решения социальных конфликтов
Мыши могут вырабатывать социальные правила для того, чтобы решить конфликт (например, при борьбе за вознаграждение), тем самым и максимизируя полученную выгоду, и избегая излишней агрессии. Это выяснили южнокорейские ученые, которые проследили за поведением мышей при борьбе за позитивное подкрепление — электростимуляцию центров вознаграждения. Статья опубликована в журнале Nature Communications.
Неупорядоченное решение конфликта (например, с применением силы) — это физически и морально затратный способ, который может привести к появлению тяжелых травм; к тому же, силы и размеры противников могут быть неравными. С другой стороны, мирное решение какой-либо проблемы путем построения социальных правил — это не затратный способ, который приводит к достижению взаимной пользы. Считается, что мирное решение конфликта играет важную роль в процессе естественного отбора: именно поэтому оно, в основном, характерно для людей. До сих пор, однако, неизвестно, позволяют ли когнитивные способности животных определять и соблюдать такой сложный социальный конструкт.
Авторы новой работы проверили способность лабораторных мышей вырабатывать социальные правила при решении конфликтов для получения максимальной выгоды. Для этого ученые построили арену с двумя рукавами и центральной зоной: две мыши запускались в центральную зону, после чего один из рукавов (случайно и в равной пропорции) подсвечивался синим: это означало, что по достижении подсвеченного рукава особь получит вознаграждение. Кроме того, стоит также отметить, что только одна из особей могла получить вознаграждение во время одной попытки: если второй участник пары достигал того же рукава, выдача вознаграждения прекращалась вообще.
В качестве вознаграждения ученые использовали глубокую стимуляцию медиального пучка переднего мозга — группы волокон, участвующих в системе вознаграждения головного мозга. Стоит отметить, что ученые также попробовали использовать в качестве вознаграждения угощение (а в качестве участников — голодных мышей). Однако, подобное позитивное подкрепление привело к повышенному уровню агрессии после: особи, сражавшиеся за еду, проявляли друг к другу агрессивное поведение на 48 процентов чаще, чем мыши, на которых пробовали электростимуляцию. Это ученые связали с тем, что еда — это жизненно необходимый стимул, недостаток которого всегда будет приводить к конфликту между особями, и тем самым не годится для определения возможности появления социальных правил.
Всего в эксперименте приняли участие 19 пар мышей, которые во время тренировки добирались до угощения первыми в 75 процентах случаев.
Исследователи выяснили, что мыши выработали правило, в соответствии с которым каждая из них отдавала предпочтение только одному из двух рукавов: таким образом, каждая особь получала вознаграждение только при активировании одного рукава, получая максимальную выгоду и исключая тем самым конфликт. К концу эксперимента такое поведение наблюдалось у 16 из 19 пар мышей.
Таким образом, авторы приходят к выводу, что в ситуации недостатка ресурсов между двумя особями мышей могут образоваться определенные правила, которые помогут им получить вознаграждение и при этом избежать конфликта. Авторы также отмечают полезность использования разработанной ими парадигмы для изучения социального поведения животных, в частности — в условиях, когда недостающие ресурсы являются жизненно необходимыми.
Социальное поведение мышей часто изучается учеными. Так, например, в нашей заметке вы можете узнать о том, как ученые с помощью электростимуляции заставили грызунов доминировать, а здесь — о том, как совместное проживание нескольких особей снизило их агрессию.
Елизавета Ивтушок
Исследование провели на личинках дрозофил
Японские исследователи в экспериментах с дрозофилами установили механизм влияния на нейропластичность фермента убиквитинлигазы, функции которого нарушены при синдроме Ангельмана. Как выяснилось, этот фермент в пресинаптических окончаниях аксонов отвечает за деградацию рецепторов к костному морфогенетическому белку, за счет чего устраняются ненужные синапсы в процессе развития нервной ткани. Отчет о работе опубликован в журнале Science. Синдром Ангельмана представляет собой нарушение развития, которое проявляется умственной отсталостью, двигательными нарушениями, эпилепсией, отсутствием речи и характерной внешностью. Его причиной служат врожденные дефекты фермента убиквитинлигазы Е3А (Ube3a), который присоединяет к белкам убиквитин, влияющий на их судьбу в клетке, в том числе деградацию. При синдроме Ангельмана сниженная активность Ube3a нарушает синаптическую пластичность в процессе нейроразвития, в частности элиминацию ненужных синапсов. Повышенная активность этого фермента, напротив, приводит к неустойчивости сформировавшихся синапсов и, как следствие, к расстройствам аутического спектра. Исследования постсинаптических функций Ube3a показали, что он играет роль в нейропластичности, в частности формировании дендритных шипиков. При этом, по данным иммунохимических и электронно-микроскопических исследований, в коре мозга мыши и человека этот фермент экспрессируется преимущественно пресинаптически. Учитывая высокую эволюционную консервативность Ube3a, сотрудники Токийского университета под руководством Кадзуо Эмото (Kazuo Emoto) использовали для изучения его пресинаптических функций сенсорные нейроны IV класса по ветвлению дендритов (C4da) личинок плодовой мухи дрозофилы. Число дендритов этих нейронов резко сокращается (происходит их прунинг) в первые 24 часа после образования куколки, а на последних стадиях ее развития дендриты разветвляются вновь уже по взрослому типу. Используя флуоресцентные метки различных биомаркеров нейронов, исследователи показали, что в ходе этого процесса ремоделированию подвергаются не только дендриты, но и пресинаптические окончания аксонов. Попеременно отключая разные компоненты участвующих в этих процессах молекулярных комплексов, ученые убедились, что для элиминации синапсов под действием сигнального пути гормонов линьки экдизонов необходима только Ube3a, но не куллин-1 E3-лигаза, участвующая в прунинге дендритов. Дальнейшие эксперименты с применением флуоресцентных меток и РНК-интерференции показали, что Ube3a активно транспортируется из тела нейрона в аксон двигательным белком кинезином со средней скоростью 483,8 нанометра в секунду. Создав мутантов с дефектами в различных участках Ube3a, авторы работы выяснили, что связанные с синдромом Ангельмана мутации D313V, V216G и I213T в среднем домене фермента, содержащем тандемные полярные остатки (TPRs), препятствуют его связи с кинезином и транспорту из тела нейрона в аксон. Как следствие, нарушается элиминация ненужных синапсов. Изменения в N-концевом цинк-связывающем домене AZUL и C-концевом HECT влияли на эти процессы в значительно меньшей степени. Ube3a принимает участие в убиквитинировании многих клеточных белков. Чтобы выяснить, какой из них опосредует элиминацию синапсов, авторы работы вызывали в нейронах избыточную экспрессию разных белков-мишеней Ube3a с целью насытить этот фермент и таким образом заблокировать его действие. Оказалось, что выраженные дефекты элиминации синапсов возникают при избыточной экспрессии тиквеина (Tkv) — пресинаптического рецептора к костному морфогенетическому белку (ВМР); прунинг дендритов при этом не затрагивается. Исследование нормальной экспрессии Tkv с помощью флуоресцентных меток показало, что ее уровень значительно снижается через восемь часов после начала формирования куколки. У мутантов, лишенных Ube3a, этого не происходило. Выключение гена tkv или другого компонента сигнального пути BMP — mad — восстанавливало элиминацию синапсов у таких мутантов, то есть за нее отвечает именно этот сигнальный путь. Это подтвердили, восстановив элиминацию синапсов у мутантов без Ube3a антагонистом BMP LDN193189, а также экспрессией белков Glued-DN или Dad, которые подавляют сигнальную активность Mad. Искусственное повышение пресинаптической экспрессии Ube3a в нейронах C4da вызывало массированную преждевременную элиминацию сформировавшихся синапсов и общее уменьшение синаптической передачи у личинок третьего возраста. Это происходило из-за чрезмерного подавления сигнального пути BMP. Таким образом, дефекты убиквитинлигазы Ube3a, лежащие в основе синдрома Ангельмана, приводят к избыточной активности сигнального пути BMP, вследствие чего не происходит устранение ненужных синапсов в процессе развития нервной системы. Этот сигнальный путь может послужить мишенью для разработки новых методов лечения этого синдрома, а возможно и расстройств аутического спектра, считают авторы работы. В 2020 году американские исследователи сообщили, что им удалось предотвратить развитие синдрома Ангельмана у мышей с мутацией материнской копии гена UBE3A. Для этого они с помощью системы CRISPR/Cas9 инактивировали длинную некодирующую РНК UBE3A-ATS, которая подавляет экспрессию отцовской копии UBE3A.