Исследователи показали, что быстроразряжающиеся нейроны полосатого тела играют важную роль в переключении внимания между стимулами и выборе релевантных сигналов. Часть нейронов этого типа в эксперименте с макак-резусами активировалась при смене подкрепляемых стимулов, а часть реагировала на появление отвлекающих сигналов, ответ на которые было необходимо подавлять. Статья опубликована в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.
Каждую секунду к нашим органам чувств поступает информация о разнообразных стимулах. Адаптивное поведение заключается в том, чтобы не реагировать на все подряд, а выделять важные в текущий момент события, пропуская остальные. Эту функцию приписывают передней части полосатого тела — в него поступают проекции от различных зон мозга, которые отвечают за выбор поведенческих целей и оценку вознаграждения. Однако как именно нейроны полосатого тела обрабатывают эту информацию, усиливают активность релевантных стимулов и подавляют ненужные, ясно не до конца.
Ученые из Канады и США под руководством Тило Уомелсдорфа (Thilo Womelsdorf) из Университета Вандербильта исследовали активность нейронов полосатого тела двух макак-резусов в следующей парадигме. На экране перед обезьянами появлялось два полосатых круга, на одном из которых возникала стрелка вверх, а на втором — вниз. Либо до, либо после появление стрелок круги становились цветными (красным и зеленым). Цвет указывал на то, какой круг является сигналом к действию: если «активным» был зеленый и на зеленом круге появлялась стрелка вверх, то обезьяне нужно было поднять глаза вверх — за это она получала вознаграждение.
Через 30 попыток или больше значения цветов менялись — активным становился красный, а затем снова зеленый. Каждый раз макакам было необходимо переучиваться реагировать на правильный цвет. В это время исследователи регистрировали электрическую активность 350 нейронов переднего полосатого тела. По характеристикам импульсов эти нейроны разделили на два типа: быстроразряжающиеся интернейроны и шипиковые проекционные нейроны.
Нейроны полосатого тела реагировали на появление цвета (он подсказывал, на каком круге было необходимо сосредоточивать внимание), но не стрелки (сигнала к действию). Первыми реагировали быстроразряжающиеся нейроны — часть их усиливало активность сразу после того, как круги загорались зеленым и красным, а часть — наоборот, снижала число импульсов. Шипиковые проекционные нейроны отвечали вторыми, после того, как первый класс быстроразряжающихся клеток прекращал активность.
После смены значений цветов доля правильных ответов (движений глаз) сначала резко снижалась, а затем постепенно восстанавливалась — так обезьяны переучивались обращать внимание на правильный стимул. А частота разрядов нейронов полосатого тела обратно коррелировала с числом правильных ответов — сначала эти клетки были высоко активны, но по мере переучивания снижали частоту импульсов. Иными словами, активность бытсроразряжающихся нейронов коррелировала с внутренней уверенностью животного в том, какой именно цвет является активным.
В выборе активного стимула могут быть задействованы два противоположных процесса: активация внимания к нужному объекту и подавление активности в ответ на нерелевантный стимул. Чтобы выяснить, какую из этих двух задач решают нейроны полосатого тела, ученые обратили внимание на их активность в ответ на «отвлекающие стимулы» — временное исчезновение неактивного цвета, которое сигнализировало, что в этой попытке вознаграждения не будет и не нужно ни поднимать глаза, ни опускать. В этих случаях было необходимо обратить внимание на неактивный цвет и подавить действие.
Большинство нейронов полосатого тела реагировали только на стимулы действия, но одна из подгрупп быстроразряжающихся нейронов активировалась при предъявлении отвлекающего стимула. Значит, разные клетки полосатого тела отвечают за противоположные процессы: подавление нерелевантных стимулов и активация ответа на нужные сигналы.
Исследователи заключают, что быстроразряжающиеся нейроны играют важную роль в перенаправлении внимания к важным стимулам, в том числе в условиях постоянной смены подкрепляемых сигналов.
Нарушения работы полосатого тела считают ключевым фактором развития шизофрении. Ученые даже научились диагностировать это расстройство по активности полосатого тела с точностью более 80 процентов.
Алиса Бахарева
За это могут отвечать нарушенный липидный обмен в мозге и нейровоспаление
Популяционное исследование показало, что привычное употребление жареных продуктов, особенно картофеля, статистически связано с повышенным риском тревожности и депрессии. При проверке связи в лабораторных экспериментах на рыбах данио-рерио выяснилось, это может быть связано с нарушением обмена липидов в мозге и нейровоспалением. Публикация об этом появилась в Proceedings of the National Academy of Sciences. Образование корочки в процессе жаренья обусловлено реакцией Майяра между сахарами и аминокислотами, продукты которой отвечают за характерные цвет, вкус и запах. Эти характеристики делают жареную пищу крайне популярной, и эта популярность постоянно возрастает (в последние годы этому сильно способствовали локдауны из-за пандемии ковида, когда люди заказывали много готовой еды). При этом было показано, что западная кухня с большим количеством жареного, глубоко переработанной пищи, очищенных зерновых, сахаров и дрожжевых продуктов связана с повышенной частотой психоневрологических расстройств, таких как депрессия и тревожность. Сотрудники Чжэцзянского университета и Полицейского колледжа Чжэцзяна под руководством Юй Чжана (Yu Zhang) решили проверить подобную корреляцию в отношении только жареной пищи. Для этого они воспользовались данными более 140 тысяч участников исследования UK Biobank (средний возраст 56 лет, практически поровну мужчин и женщин). Средняя продолжительность наблюдения за каждым из них составила 11,3 года. За это время симптомы депрессии и тревожности были выявлены соответственно у 12735 и 8294 участников. Согласно анкетам, те, кто потреблял одну и более порций жареной пищи ежедневно, чаще были мужского пола, моложе и курильщиками с более высокими индексом массы тела и уровнем потребления калорий, а также меньшими доходами, уровнем образования и частотой приема витаминных пищевых добавок. Статистический анализ проводили с помощью коксовских регрессионных моделей пропорциональных рисков с учетом пола, возраста, демографических и поведенческих факторов. Выяснилось, что у потребителей жареного риск развития тревожности повышен на 12 процентов (р < 0,001), причем пристрастие и к жареному мясу, и к жареному картофелю были независимо связаны с его четырехпроцентным ростом (р = 0,003 и 0,006 соответственно). Риск депрессии увеличивался на семь процентов (р < 0,001), а предпочтение жареного картофеля соотносилось с дополнительным повышением этого риска на два процента (р = 0,031). При этом развитию тревожности и депрессии оказались несколько сильнее подвержены мужчины — на семь и пять процентов соответственно. Чтобы разобраться в возможных механизмах подобного эффекта жареной пищи исследователи провели ряд экспериментов, воздействуя на лабораторных рыб данио-рерио (Danio rerio) акриламидом — одним из основных продуктов реакции Майяра, образующимся из аминокислоты аспарагина. Оказалось, что при хроническом действии акриламида в течении 180 дней у данио снижаются длина и масса тела по сравнению с контрольной группой. У таких рыб дозозависимо усиливались скототаксис (предпочтение неосвещенных мест) и тигмотаксис (движение в сторону тактильного раздражителя, позволяет особям сгруппироваться), а также значительно нарушалось адаптивное, поисковое и социальное поведение. Перечисленные проявления соответствуют симптомам тревожности и депрессии у людей. Анализ транскриптома данио-рерио после воздействия акриламида и без него выявил значительные отклонения в экспрессии генов, регулирующих липидный обмен и иммунный ответ. Липидомный анализ показал, что многие нарушения специфичны для мозга — в частности, в нем нарушен обмен холестерина, сфинго- и фосфолипидов, критичных для работы нейронов, а также снижен уровень эндоканнабиноида 2-арахидоноилглицерина. Эти метаболические нарушения оказались связаны с сигнальным путем гамма-рецептора, активируемого пролифератором пероксисом (PPARγ). Прицельные транскриптомные, цитологические и молекулярные исследования указали на повышение проницаемости гематоэнцефалического барьера, продукции провоспалительных оксилипинов и лейкотоксинов, а также накопление иммунных клеток в мозге и окислительный стресс, что свидетельствует о нейровоспалении. Это сопровождалось увеличением уровней как возбуждающего нейромедиатора глутамата, так и тормозного — гамма-аминомасляной кислоты (ГАМК). В сумме полученные результаты эпидемиологически и механистически указывают на то, что жареная пища и, в частности, ее компонент акриламид могут провоцировать развитие тревожности и депрессии, что свидетельствует в пользу ограничения потребления таких продуктов, пишут авторы работы. Проведенный в 2018 году метаанализ показал, что средиземноморская диета коррелирует с пониженным риском депрессии (то же наблюдается для грецких орехов), а жирная (например, мясо) и сладкая пища — наоборот, с повышенным. В 2022 году американские исследователи заключили, что работающие в ночную смену могут повысить свою устойчивость к тревожности и депрессии, если ограничат прием пищи дневными часами.