Ученые пощекотали крыс и нашли регулятор игривости в стволе мозга

Немецкие исследователи выяснили, что чувством щекотки и игривостью управляют латеральные части околоводопроводного серого вещества мозга. Для этого они щекотали крыс и играли с ними, при этом регистрируя активность мозговых структур. Отчет о работе опубликован в журнале Neuron.

Игровая активность инстинктивно присуща млекопитающим и некоторым птицам. Это эволюционно древний феномен, связанный с подкорковыми структурами (он наблюдается даже при полном отсутствии коры мозга) и обеспечивающий адаптивность в непредсказуемых ситуациях. При этом на нейробиологическом уровне о нем известно крайне мало — гораздо меньше, чем про половое поведение, агрессию, страх, удовольствие, обработку сенсорной информации и когнитивные функции.

Сотрудники Берлинского университета имени Гумбольдта и Университетского медицинского комплекса Charité под руководством Михаэля Брехта (Michael Brecht) решили изучить возможную связь игривости с околоводопроводным серым веществом (ОВСВ, PAG), расположенным в покрышке среднего мозга. Причиной такого выбора стало то, что паттерны экспрессии генов в ОВСВ меняются после игр у зверей; связанные с этой структурой нервные контуры активируются при смехе и щекотке у людей; она вовлечена в управление разными формами инстинктивного поведения, участвует в контроле вокализаций и может регулировать как побег, так и нападение. В качестве подопытных животных выбрали крыс, которые известны своей игривостью.

В ходе экспериментов исследователи щекотали животным живот и спину, а также предлагали им ловить свою руку (у крыс щекотка и игривость тесно связаны — чем сильнее у животного реакция на щекотание, тем более оно склонно играть). Признаком игровой активности помимо поведения служили ультразвуковые вокализации (писк) с частотой 50 килогерц, выражающие у крыс положительные эмоции.

Тотальная блокада нейронов ОВСВ ингибитором ГАМК мусцимолом или анестетиком лидокаином значимо снижала реакции на щекотку и игру по сравнению с действием плацебо. Запись электрической активности 85 структурных единиц ОВСВ с высоким разрешением при помощи нейропикселей и тетродов показала, что при разной интенсивности тактильной стимуляции (прикосновение к спине, щекотание спины, щекотание живота) уровни возбуждения и торможения (оно в целом наблюдалось реже) в этой структуре варьируют, причем сила ответа коррелирует с числом вокализаций. При игре большинство этих единиц возбуждались, примерно треть не реагировала и лишь единичные тормозились.

Иерархическая кластеризация нейронных ответов выявила различия в реакции разных элементов ОВСВ. В частности, в дорсомедиальном столбе серого вещества содержались преимущественно угнетенные при щекотке и нейтральные при игре кластеры, в дорсолатеральном — нейтральные в обоих случаях, в вентролатеральном — меньше угнетенных при щекотке и нейтральных при игре и больше умеренно возбужденных в обоих случаях, в латеральном — преимущественно сильно возбужденные при отсутствии нейтральных.

Активность возбужденных нейронов латеральных столбов, как и ультразвуковой писк, подавлялись в анксиогенных (вызывающих тревожность) условиях — при щекотке и игре на возвышенной платформе при сильном освещении. Эти же клетки в обычных условиях активировались и перед вокализациями, и во время них. Билатеральная оптогенетическая блокада латеральных столбов подавляла реакцию на щекотку, игру с человеком и игры животных друг с другом, а также сопутствующие им позитивные вокализации.

Сумма полученных данных свидетельствует о том, что латеральные столбы ОВСВ играют ключевую роль в игровой активности, смехе и щекотке. В дальнейшем исследователи планируют изучить активность этих структур у разных видов животных и у крыс с разными игровыми привычками, заложенными в раннем возрасте.

Ранее в лаборатории Брехта обнаружили более высокие иерархически и молодые эволюционно нейронные корреляты щекотки и игр. Оказалось, что при них возбуждаются клетки в глубоких (четвертом и пятом) слоях нейронного представительства туловища в соматосенсорной коре.