Разные нейромаршруты в мозге индивидуально настраивают зрение

Недавно опубликованное исследование в журнале Neuron поставило под сомнение представление о том, что мозг командует органами чувств простым «громкоговорителем». Оказывается, префронтальная кора — центр принятия решений и управления поведением — даёт очень специфические, адресные указания зрительной системе. И делает это в зависимости от того, насколько возбуждён или активен организм (ну или конкретно мышь, как в эксперименте).

Префронтальная кора долго считалась дирижёром всей нервной симфонии: она сидит на Олимпе мозговой и рулит мыслями, действиями и эмоциями. Чтобы её гениальные приказы дошли до конкретных ощущений, между ней и сенсорными областями мозга формируются особые каналы связи. Особенно интересна связка «исполнительный центр — зрительная кора», ведь именно так мозг подгоняет восприятие под свои текущие желания.

Десятилетиями учёные спорили: управляет ли префронтальная кора всем мозгом скопом или точечно? Тут пришли исследователи из MIT во главе с профессором Мриганкой Сур и его коллегой Софией Эрлунд-Рихтер. Они решили проверить, не выдают ли разные части префронтальной коры свои уникальные задания зрительной коре — и, о чудо, подтвердили!

Эксперимент ставили на мышах (других не выдали). Они изучали две подзоны: переднюю поясную кору (отвечает за внимание и поиск ошибок) и орбитофронтальную (специализируется на принятии решений). Сначала в мозг животных вводили вирусные маркеры, чтобы увидеть, куда тянутся нейронные «провода». Оказалось, что каждая подзона подключается к своей «розетке» в зрительной коре — строго не мешая соседям.

Передняя поясная кора связывается с глубокими слоями зрительной коры, а орбитофронтальная — с другими, более поверхностными. Это сразу намекнуло: инструменты разные, и работа разная. Дальше мышей посадили на беговые колёса и показали чёрт-те что на экране — и паттерны, и видео. А нейроны в зрительной коре тихо или шумно реагировали на датчики.

Для пущей бодрости мышей развлекали воздушными пшиками — добились, чтобы зверьки были и расслаблены, и настороже. Мозг реагировал по-разному: передняя поясная кора работала как усилитель: чем выше возбуждение, тем чётче сигнал к зрительной коре и тем внимательнее мышь следит за картинками.

Зато орбитофронтальная кора начинала «глушить» передачу только когда мышь реально перевозбуждена. В обычных ситуациях от этого куска толку мало — лишь при сильном стрессе он начинает блокировать сигнал в зрительной коре, защищая мозг от «перегрева», словно встроенная страховка от переизбытка информации.

Интрига: сигналы к моторной коре были вообще другими. Туда шли персональные инструкции, насколько быстро мышь бежит. В зрительной коре — только простое сообщение: бежим/стоим. Выходит, мозг работает не мегафоном, а секретным шифровщиком, который пакует разные «телеграммы» по разным адресам.

В финале учёные прибегли к химогенетике: поочерёдно «выключали» каждый из путей. Если блокировали переднюю поясную кору — зрительная переставала как следует работать при возбуждении. Если орбитофронтальную — исчезал тормоз, зрительная кора продолжала разгоняться даже в стрессе. Значит, оба отдела нужны для баланса между вниманием и защитой от перегруза.

Ограничения? Пока проверяли только на мышах, у людей нейросвязи потоньше и посложнее. Но общая логика, похоже, общая для всех млекопитающих.

Дальше планируют посмотреть, меняются ли эти цепи по мере обучения. Пока всё делали на «естественном» поведении. А как только мыши начнут учиться — будет новая глава.

Исследование подготовили: София Эрлунд-Рихтер, Юма Осако, Кайл Дженкс, Эмма Одом, Хаоян Хуан, Дон Арнолд, Мриганка Сур.