Нейроны неопределенной зоны мозга мышат обеспечили им связь с матерью

Ученые из США и Франции исследовали роль нейронов неопределенной зоны мозга у мышат в их социальном поведении, особенно в связи с матерью. Они обнаружили, что у мышат в период выкармливания нейроны этой зоны, экспрессирующие соматостатин, активируются в ответ на взаимодействие с матерью и слабее активируются при взаимодействии с другими мышами. Эксперименты показали, что активность этих нейронов важна для снижения стресса и формирования новых положительных ассоциаций — двух адаптивных функций, связанных с материнским присутствием. Исследование опубликовано в Science.

Связь с матерью играет важную роль в развитии детенышей человека и других млекопитающих — она помогает переживать стресс, учиться новому, познавать мир, формировать положительные ассоциации, важные для дальнейшего развития. Чтобы детеныш мог реагировать на мать и эта связь формировалась, необходима интеграция различных сенсорных сигналов. Неопределенная зона мозга (zona incerta, ZI) как раз является таким узлом, объединяющим внешние раздражители (соматосенсорные, зрительные, слуховые) и внутренние. После рождения нейроны этой зоны образуют множество проекций в другие области мозга, а после отлучения от груди некоторые из этих проекций сокращаются. Это позволяет предположить, что нейроны ZI могут модулировать поведение на ранних этапах жизни, интегрируя ранний социальный опыт, который в основном связан с матерью.

Марсело Дитрих (Marcelo Dietrich) из Йельского университета и его коллеги из США и Франции исследовали функцию нейронов ZI у мышат, которых еще выкармливают матери. С помощью волоконной фотометрии и введения в ZI вирусного вектора исследователи выяснили, что во время взаимодействия с матерью у мышат в возрасте 16–18 дней активируются тормозные нейроны ZI, экспрессирующие соматостатин. Активность этих нейронов повышалась и в присутствии других мышей — взрослых самцов и самок, сиблингов и ровесников, но в этих случаях не так сильно. Повышения активности не наблюдалось, когда мышата просто прикасались к игрушке. Также исследователи показали, что для активации нейронов ZI мышатам необходимо получать и интегрировать обонятельные и тактильные ощущения — когда грызунам блокировали обоняние и обрезали усы, активность нейронов ZI при взаимодействии с матерью снижалась.

Активность нейронов ZI у мышат повышалась во время взаимодействия с матерью, в том числе после разлуки, однако продолжительность изоляции (10 минут или 3, 6 или 12 часов) не играла роли. То есть нейроны реагировали на присутствие матери, а не на потребность детеныша в ней. Ученые также показали, что активность нейронов ZI в присутствии матери снижает реакцию мышат на стресс, вызванный социальной изоляцией. Во время разлуки с матерью мышата начинают издавать больше ультразвуковых вокализаций, а в их крови увеличивается уровень гормона стресса — кортикостерона. Хемогенетическая стимуляция нейронов ZI за 10 минут до отлучения или во время разлуки снижала количество этих вокализаций примерно в пять раз — даже сильнее, чем воссоединение с матерью без дополнительных стимуляций. Также стимуляция снижала и уровень кортикостерона: у контрольных мышат, отсаженных от матери, уровень гормона в среднем повышался до 176,7 нанограмма на миллилитр, что почти вдвое больше, чем у мышат, оставшихся в домашней клетке (98,8 нанограмма на миллилитр). У мышат, нейроны которых стимулировали во время разлуки с матерью, уровень гормона в среднем составлял 85,8 нанограмма на миллилитр.

Затем ученые решили выяснить, могут ли нейроны ZI способствовать формированию положительных ассоциаций у детенышей мышей в присутствии матери. Для этого они отсаживали 17-дневных мышат от матерей, и в одной группе хемогенетически ингибировали нейроны ZI, после чего вновь возвращали к матерям и предлагали игрушку, пропитанную бесцветным ароматизатором (гексановой кислотой). На следующий день мышатам предлагали выбрать между двумя игрушками — вчерашней или новой. Контрольные мыши предпочитали вчерашнюю игрушку (индекс предпочтения составил 0,82), а мыши, нейроны которых ингибировали, не выражали никакого предпочтения. Исследователи заключили, что активность нейронов ZI необходима мышатам для усвоения новых положительных ассоциаций в присутствии матери. Схожее предпочтение удалось вызвать у мышат даже без материнского присутствия, однако в этом случае оно было слабее (индекс предпочтения — 0,63).

В конце исследователи визуализировали нейронные пути, в которых задействованы нейроны ZI мышат, с помощью антероградного и ретроградного отслеживания. Они обнаружили, что эти нейроны проецируются на полосатое тело (caudoputamen у грызунов), области передней поясной и первичной моторной коры, а также вентромедиальный таламус и периакведутальное серое вещество. Входящие сигналы нейроны ZI получали от таламуса и гипоталамуса, и некоторых областей среднего мозга, включая периакведутальное серое вещество.

Авторы заключили, что экспрессирующие соматостатин нейроны ZI у мышат избирательно реагируют на социальные взаимодействия с матерью, опосредуют снижение стресса и формирование позитивных ассоциаций в ее присутствии. Интересно, что у взрослых мышей стимуляция нейронов ZI усиливают реакции тревоги и страха. Это говорит о том, что нейронные цепи грызунов на разных этапах развития адаптируются для удовлетворения разных потребностей. С этим согласуется и тот факт, что некоторые из проекций нейронов ZI в разные области мозга сокращаются после отлучения от груди.

Ранее американские ученые выяснили, что за реакцию на собственную боль и на боль сородичей у мышей отвечают разные группы нейронов передней поясной коры.