Эстроген усиливает сигналы дофамина в мозге: открытие учёных

Новое исследование на крысах показало: способность мозга учиться на вознаграждениях усиливается под влиянием гормона эстрогена. Учёные выяснили, что естественные колебания уровня эстрогена влияют на дофаминовую систему мозга — именно этот химический сигнал играет ключевую роль в обучении. Работа опубликована в журнале Nature Neuroscience.

Гормоны, как известно, оказывают мощное влияние на мозг, определяя наше настроение и принимаемые решения. Но подробные механизмы этих изменений до сих пор лишь начинают изучать. Команда учёных из Нью-Йоркского университета решила выяснить, как естественные колебания гормонов влияют на фундаментальные процессы обучения.

Профессор Кристин Константинопл из Центра нейронаук Нью-Йоркского университета отмечает: хотя известно широкое влияние гормонов на мозг, о тонких механизмах воздействия на когнитивные процессы известно совсем немного. Она подчеркивает, что изменения уровня эстрогена связаны с когнитивными функциями и психическими расстройствами. В исследовании участвовали учёные из нескольких подразделений NYU и Университета Содружества Виргинии.

Исследователи сосредоточились на так называемом обучении с подкреплением — процессе, когда животное или человек меняет своё поведение, исходя из того, оказался ли результат лучше или хуже ожидаемого. За этим стоит дофамин — нейромедиатор, выступающий в роли сигнала «ошибки предсказания награды», помогающего скорректировать ожидания в будущем.

Для эксперимента учёные обучали сотни самок крыс задаче на ожидание награды: крыса запускала эксперимент, просовывая нос в отверстие, слышала один из пяти звуковых сигналов, соответствующих разному объёму награды — воды. Доставка вознаграждения происходила после случайной задержки, и крыса могла либо дождаться воду, либо начать попытку заново.

Сессии проходили в блоках: в «низких» подавались только малые награды, в «высоких» — большие. Ключом был замер времени, за которое крыса начинала следующий эксперимент: чем короче время — тем выше ожидание награды.

Важно: во время опыта отслеживали гормональные фазы крыс, так как в цикле самок есть четыре стадии с разным уровнем эстрогена. В период «проэструса», при пике эстрогена, крысы более остро реагировали на изменение награды: время до следующей попытки менялось сильнее.

Чтобы понять, что происходит в мозге, учёные использовали методику фиброфотометрии — в области мозга, отвечающей за чувство вознаграждения (ядро accumbens), вводили светящийся сенсор, реагирующий на дофамин в реальном времени. Записи подтвердили, что в фазу высокого эстрогена разница в дофаминовых сигналах между большой и малой наградой значительно возрастает. Особенно усиливались пики дофамина при положительном «ошибочном» сигнале.

Дальше исследовали: действительно ли всплеск дофамина вызывает поведенческие изменения? С помощью оптогенетики — метода активации нейронов светом — искусственно усилили выброс дофамина в тот же мозговой центр в момент получения награды. После этого крысы запускали следующий эксперимент заметно быстрее, что подтвердило прямое влияние дофамина на процесс обучения.

На молекулярном уровне выяснили: в фазу высокого эстрогена у крыс снижается уровень белков-переносчиков — транспортёров дофамина и серотонина. Меньше таких переносчиков — дольше остаётся дофамин в межнейронных пространствах. Компьютерное моделирование показало: медленное удаление дофамина приводит к накоплению эффекта и крупным дофаминовым всплескам, особенно при получении большой награды, что совпадает с данными наблюдения.

Связь между эстрогеном и усилением дофаминового сигнала учёные подтвердили генетическим вмешательством: внедрили короткую РНК, подавляющую главный эстрогеновый рецептор в средней части мозга, где живут дофаминовые нейроны. В результате способности к обучению у крыс снизились: поведение стало менее гибким к изменению награды, как во время низкого уровня эстрогена.

Исследование есть ограничения: опыты проводились на крысах, реализация на человеке требует новых исследований, а также не изучено влияние на другие отделы мозга. Но механизм объясняет, почему психиатрические симптомы могут меняться в зависимости от гормонального цикла.

«Наши результаты дают биологическое объяснение связи между дофамином и обучением, что важно для понимания здоровья и болезней», — подытожила Карла Голден, ведущий автор работы.