Нейробиологи нашли источник пессимизма в головном мозге
Американские ученые обнаружили, что за отвержение конфликтных решений (паттерн поведения, характерный для пессимистично настроенных людей с повышенной тревожностью) отвечает повышенная активность хвостатого ядра головного мозга. Эксперимент с участием макак-резусов показал, что при стимуляции этого участка животные чаще отказываются от получения большого вознаграждения, несущего за собой небольшие негативные последствия. Статья с результатами опубликована в журнале Neuron.
Тревожные мысли на фоне волнения или стресса периодически появляются и у абсолютно здоровых людей и абсолютно нормальны. При этом постоянные пессимистичные настроения могут быть признаком психических расстройств: тревожного, большого депрессивного или обсессивно-компульсивного. Они, в основном, носят иррациональный характер и слабо поддаются самостоятельному лечению; повышенная тревожность и непрекращающиеся негативные мысли — повод обратиться к специалисту: психотерапевту или психиатру.
За подавленное состояние и тревожные мысли отвечают сразу несколько отделов головного мозга. Среди них — префронтальная кора, регулирующая все когнитивные функции, миндалевидное тело, отвечающее за эмоции (в основном — негативные), а также многочисленные участки системы вознаграждения головного мозга, чьи главные нейромедиаторы — серотонин, дофамин и норадреналин — являются основной целью при медикаментозном лечении аффективных расстройств.
Группа под руководством Энн Грэйбиэл (Ann Graybiel) из Массачусетского технологического института решила проверить, какую роль в появлении иррациональных тревожных мыслей играет хвостатое ядро — небольшой билатеральный отдел мозга, отвечающий за процессы памяти, внимания, когнитивный контроль и эмоциональную реакцию. Для этого они внедрили в головной мозг (в область хвостатого ядра) двух макак-резусов электроды для инвазивной микростимуляции: такой метод помогает воздействовать на мозг прицельно, активируя небольшие и точные участки коры. Дополнительные электроды были имплантированы для чтения электрической активности мозга обезьян без стимуляции.
Макаки приняли участие в классическом эксперименте решения конфликта приближения-избегания (approach-avoidance conflict), который обычно возникает в ситуациях, исход которых может быть как положительным, так и отрицательным. Хорошая иллюстрация такого примера — вступление в брак. У этого решения есть как положительные, так и отрицательные последствия, и при его принятии первые должны перевесить вторые: в противном случае решение будет отвергнуто. Пессимистично настроенные люди с повышенной тревожностью сосредотачиваются не негативных последствиях больше, чем на позитивных, и чаще избегают принятия конфликтных решений.
В ходе эксперимента макакам показывали экран, на которых были изображены две горизонтальные линии: красная и желтая. Длина красной линии обозначала количество угощения, которое получит макака, а желтая линия — давление струи воздуха, которая будет направлена в ее лицо (струю воздуха в экспериментах с животными обычно используют в качестве негативного подкрепления). Чаще всего линии были пропорциональны друг другу: то есть для получения большего угощения макаке нужно было получить струю воздуха сильнее. Животным при этом можно было сделать выбор: либо принять решение получить большое угощение и струю воздуха, либо отказаться и получить намного меньшее угощение, но при этом полностью исключить негативные последствия.
Ученые выяснили, что при стимуляции примерно четверти участков хвостатого ядра (25 участков) макаки чаще избегали принятия решения, выбирая получение угощения без струи воздуха, при этом как стимуляция 13 других участков заставила макак чаще принимать конфликтное решение.
Любопытно, что после окончания микростимуляции участков хвостатого ядра, вызывающего отказ от принятия конфликтных решений, макаки продолжили отказываться от получение большего угощения, избегая принятия решений в 78 процентах случаев: это говорит о продолжительном эффекте повышенной активности хвостатого ядра на процесс принятия решений. При этом продолжительного эффекта при стимуляции участков, подталкивающих макак к принятию решения, не наблюдалось.
Исследователи отметили, что избегание принятия конфликтных решений также было связано с активностью хвостатого ядра в бета-диапазоне (с частотой от 14 до 30 Гц). Активность нейронов в таком ритме характерна для повышенной умственной деятельности и эмоционального возбуждения.
Работа ученых показывает важную роль хвостатого ядра в процессе влияния эмоционального состояния на принятие решений. В будущем находка исследователей может помочь в диагностике и лечении психических расстройств и состояний; при этом исследования с участием людей еще предстоит провести.
Изучение отделов мозга, участвующих в появлении определенных эмоциональных состояний, может помочь в лечении психических расстройств при помощи неизвазивных методов стимуляции. К примеру, исследователям уже удалось эффективно опробовать магнитную стимуляцию для уменьшения суицидальных наклонностей и избавления от аддикций.
Елизавета Ивтушок
Ученые впервые вызвали партеногенез геномным редактированием
Генетики из американских и британских университетов обнаружили, какие гены отвечают за факультативный партеногенез у дрозофил. Они внесли точечные изменения в мушиные гены, влияющие на текучесть мембран (Desat2), образование центриолей (Polo) и скорость пролиферации (Myc). Мухи-самки из созданной генетической линии успешно вступали в половое размножение, но были при этом способны к партеногенезу как минимум на протяжении двух поколений. Исследование опубликовано в журнале Current Biology. Партеногенез — развитие живых организмов из неоплодотворенной яйцеклетки — широко распространен среди животных. На филогенетическом древе чисто партеногенетические виды нередко соседствуют с практикующими «обычное» половое размножение. Иногда и вовсе удается описать спорадические случаи появления партеногенеза у отдельных представителей непартеногенетических видов. Следовательно, генетическая подоплека партеногенеза может возникать быстро по эволюционным меркам и должна быть в этом случае относительно несложной. Но конкретные молекулярные механизмы партеногенеза часто остаются нерасшифрованными. У мух, неспособных к партеногенезу, яйцо приостанавливается на стадии метафазы I мейоза, а дальнейшее развитие (завершение деления, отделение полярных телец и дальнейшие митотические деления) продолжается лишь после оплодотворения. Но встречаются и факультативно партеногенетические линии, в которых партеногенетические потомки составляют от десятых долей до десяти процентов популяции. Доктор Алексис Сперлинг (Alexis L. Sperling) из Кембриджского Университета с коллегами из американских университетов Мемфиса и Калифорнийского технологического исследовала механизм возникновения факультативного партеногенеза у мух вида Drosophila mercatorum. Генетики отобрали и секвенировали геномы и транскриптомы факультативно и облигатно партеногенетических штаммов D. mercatorum и сопоставили их между собой. При партеногенезе была изменена экспрессия 44 генов, связанных в основном с формированием центриолей и регуляцией клеточного цикла. Несмотря на то, что предки D. mercatorum и более изученной D. melanogaster разошлись более 40 миллионов лет назад, данные сравнительной геномики позволяют воссоздавать на более известном модельном объекте изменения, обнаруженные в геноме менее известного. Ученые воссоздали у D. melanogaster выявленные изменения активности генов, прибегая к CRISPR-редактированию генома, дупликациям генов, введению в геном генов антисмысловых РНК или энхансерных последовательностей. Самый высокий уровень партеногенеза был зарегистрирован в группах трансгенных D. melanogaster, у которых была повышена активность генов Polo (регулятор образования центриолей) или Myc (регулятор клеточного цикла), либо понижена активность генов Slmb (убиквитиновая лигаза, способствующая деградации Myc) и Desat2 (фермент, синтезирующий ненасыщенные жирные кислоты и регулирующий текучесть мембран). У каждого третьего облигатно партеногенетического яйца D. mercatorum полярные тельца или женские пронуклеусы вступали в митотические деления, давая начало эмбрионам (такая же картина наблюдалась в каждом восьмом случае факультативно партеногенетических линий). Количество полярных телец, способных спонтанно вступать в митоз (и тем самым формировать эмбрион) повышалось при повышении активности генов Myc и Polo. При этом многие мухи из партеногенетических линий после целлюляризации становятся недиплоидными (чаще всего, триплоидными) из-за нарушения образования веретена деления. Ученые получили 21 тысячу мух-самок D. melanogaster, гомозиготных по мутантным аллелям генов Polo, Myc и Desat2, и содержали их в отсутствии самцов. В общей сложности самки дали 143 взрослых потомка (в среднем 0,7 потомка на 100 мух), а у тех, в свою очередь, появилось два партеногенетических взрослых потомка второго поколения (1,4 процента от численности предыдущего поколения). Таким образом, линия животных, способных к партеногенезу на протяжении нескольких поколений, была впервые получена при помощи геномного редактирования. На основании полученных данных авторы предполагают следующий механизм факультативного партеногенеза. Повышение текучести мембран (цитоплазматической и мембраны эндоплазматического ретикулума) влияет на формирование центра организации микротрубочек и, следовательно, веретена деления. Его образование упрощает вступление в митоз. Такие изменения могли стать эволюционно выгодным приобретением при расселении мух в более холодные регионы (повышение текучести мембран, связанное со снижением активности десатураз, улучшает выживаемость мух при низких температурах). Впрочем, детали возникновения партеногенетических линий мух пока не до конца изучены — судя по диспропорции между небольшими изменениями в геноме и выраженным транскриптомным изменениями, часть изменений у партеногенетических D. mercatorum может носить эпигенетический характер (важность эпигенома для партеногенеза ранее была показана в эксперименте на мышах). О медийной шумихе вокруг возможности партеногенеза у человека и о генетических предпосылках к нему читайте в нашем материале «Половинка себя».