Мыши-герои: как окситоцин спасает нескончаемые поколения грызунов

Пути окситоцина в мозге провоцируют спонтанное желание помочь у мышей
Новое исследование, опубликованное в "Трудах Национальной академии наук", показало, что мыши спонтанно помогают бессознательным сородичам быстрее прийти в себя после анестезии, проявляя поведение, связанное с ухаживанием и облизыванием. Эти действия, происходящие без обучения или внешнего вознаграждения, не только ускоряют восстановление мышей под анестезией, но также, кажется, уменьшают эмоциональный стресс помогающих мышей. Исследование выявило два различных пути в мозге – оба зависят от нейропептида окситоцина – которые регулируют эмоциональные и моторные аспекты этого поведения.
Учёные уже давно удивляются спонтанным актам помощи как у людей, так и у животных. В то время как некоторые виды, такие как собаки, слоны и приматы, известны своим желанием помогать, степень, в которой грызуны способны на не обученные, альтруистические поступки, оставалась неясной. Текущее исследование было направлено на то, чтобы выяснить, могут ли мыши проявлять альтруистичное поведение, известное как "поведение, подобное спасению", и понять механизмы мозга, стоящие за этим.
"Исследование началось с случайного наблюдения", - объяснил автор исследования Чжоу-Фен Чен, старший научный сотрудник Института неврологических и психиатрических заболеваний Лаборатории Шэньчжэнь Бэй. "Во время рутинных экспериментов студент заметил, что бодрствующие мыши многократно облизывали и ухаживали за анестезированным сородичем в их вольере. Это неожиданное поведение вызвало наш интерес: Зачем они это делали? Дальнейшее исследование показало, что такое социальное ухаживание и облизывание, похоже, ускоряло восстановление анестезированной мыши из состояния бессознательности, что и стало основой нашего исследования."
Заинтересованная этим неожиданным взаимодействием, исследовательская группа начала систематически изучать это явление. Они хотели понять, обусловлено ли это поведение процессами, схожими с эмпатией, действительно ли это помогает бессознательным мышам прийти в себя и какие нейронные цепи в этом задействованы.
Для исследования учёные разработали новый поведенческий тест. Бодрствующая мышь (названная наблюдателем) помещалась в камеру с сородичом (демонстратором), который был анестезирован кетамином. Обычно наблюдатель подходил к анестезированному демонстратору и начинал облизывать его лицо и ухаживать за телом. Эти взаимодействия записывались на видео, и фиксировалось время, потраченное на социальное ухаживание.
Команда протестировала различные условия, чтобы выяснить, является ли это поведение специфичным для определённых типов демонстраторов. Наблюдающие мыши взаимодействовали гораздо больше с живыми анестезированными животными, чем с мертвыми мышами или искусственными моделями, что указывает на то, что они способны различать знаки жизни и направляют своё поведение соответственно.
"Мыши могли отличить бессознательное состояние от смерти, избегая мертвых сородичей", - сказал Чен в интервью. "Это подразумевает, что бессознательные мыши могут излучать 'сигналы бедствия', чтобы вызвать помощь - явление, аналогичное сигналам 'SOS'."
В последующих экспериментах исследователи обнаружили, что такое поведение, подобное спасению, помогло бессознательным мышам быстрее восстановить рефлекс переворота - способность самостоятельно переворачиваться в вертикальное положение - быстрее, чем они могли бы без помощи. Электроэнцефалограмма (ЭЭГ) подтвердила, что мыши, получающие социальное ухаживание, выходили из анестезии быстрее, показывая переход от низкочастотных мозговых волн (ассоциируемых с глубоким бессознанием) к высокочастотным паттернам, связанным с бодрствованием.
Чен был удивлён драматическим эффектом облизывания. "Анестезированные мыши приходили в сознание на 30% быстрее, когда их облизали", - отметил он.
Для того чтобы изучить, были ли наблюдающие мыши эмоционально затронуты состоянием своих сородичей, исследователи измерили уровни кортикостерона, гормона, ассоциируемого со стрессом. Мыши, которые могли видеть, но не трогать анестезированного сородича, имели более высокие уровни стресса, чем те, кто находился рядом со здоровым сородичем, что позволяет предположить, что создание эмоционального стресса имело место. Дающий наблюдателям мышам препарат, снижающий социальный стресс, привел к замедлению подступов и меньшему ухаживанию, что указывает на то, что эмоциональное возбуждение может быть движущей силой "спасательных" действий.
На уровне нейробиологии исследователи сосредоточились на роли окситоцина, гормона, известного своей ролью в социальном взаимодействии. Мыши, у которых отсутствовал ген окситоцина, проявляли значительно меньше поведения, похожего на спасение. Используя фиброфотометр, чтобы отслеживать активность мозга в реальном времени, исследователи обнаружили, что нейроны, производящие окситоцин в паравентрикулярном ядре (PVN) гипоталамуса, активизировались, когда мыши подходили и ухаживали за анестезированным сородичом.
Чтобы определить, как окситоцин влияет на различные аспекты поведения, команда исследовала две области мозга, которые получают импульсы от PVN. Центральная амигдала (CeA), по-видимому, была вовлечена в эмоциональное распознавание состояния демонстратора. Когда рецепторы окситоцина в этой области были заблокированы, мыши демонстрировали меньше социального ухаживания и медленнее подходили. Дорсальный ядро терминального стриатора (dBNST), напротив, контролировало выполнение самого поведения ухаживания. Стимуляция этой области заставила мышей выполнять ухаживающие действия даже без присутствия демонстраторов, тогда как подавление её активности полностью останавливало ухаживание.
Эти два пути играли разные роли в формировании поведения. Активность в CeA достигала пика в самом начале ухаживания, предполагая, что она играет роль триггера поведения. В то время как dBNST демонстрировала устойчивый паттерн активации, соответствующий продолжительности ухаживания. Эти результаты предполагают, что CeA помогает инициировать реакцию, в то время как dBNST поддерживает её в процессе.
"Мыши спонтанно облизывают/ухаживают за бессознательными сородичами, значительно сокращая их время восстановления", - сказал Чен. "Основным мотиватором этого поведения, похоже, является эмоциональный стресс у бодрствующих мышей, что подразумевает, что 'помощь' другим может происходить из инстинктов самосохранения, а не из чистого альтруизма. Взаимная забота - помощь другим для своей же выгоды или выгоды группы - вероятно, глубоко укоренилась в эволюции и распространена среди социальных животных. Эта взаимная забота, вероятно, укрепляет общественные связи и усиливает выживание вида."
Несмотря на достижения исследования, остаётся несколько вопросов. Всё ещё неясно, как именно мыши распознают, что сородич находится в бессознательном состоянии или нуждается в помощи. Сенсорные сигналы, такие как запах, движение или поза, которые сигнализируют о бедственном положении, ещё не идентифицированы. Исследование также не решает вопрос, контролируют ли отдельные популяции окситоциновых нейронов эмоциональные и моторные аспекты поведения, или одни и те же нейроны отвечают за обе функции.
Авторы надеются, что будущие исследования ещё больше осветят, как сенсорная информация обрабатывается в мозге и переводится в целенаправленные действия. Они также предполагают, что эта новая модель спонтанного поведения, подобного спасению, у мышей может быть использована для изучения нарушений социального функционирования, таких как аутизм или депрессия, где обычно наблюдаются затруднения в эмпатии и просоциальном поведении.
"Мы стремимся расшифровать связь между облизыванием и восстановлением, идентифицируя основные механизмы (нейронные и молекулярные), через которые социальное прикосновение ускоряет пробуждение", - пояснил Чен. "Кроме окситоцина, который играет двойную роль в поведении, подобном спасению (эмоция и действие), мы хотим выявить дополнительные молекулы, участвующие в этом процессе. Мы также хотели бы исследовать, как эгоистичное поведение парадоксальным образом способствует выживанию группы, потенциально разрешая дебаты о альтруизме и собственных интересах в эволюции эмпатии и просоциального поведения."
"Это замечательно, что мыши генетически запрограммированы на социальное облизывание и ухаживание, чтобы помочь своим сородичам, даже без осознанного намерения. Хотя до сих пор неясно, как эти действия проявляются в дикой природе, наблюдение за тем, что мыши демонстрируют инстинктивное поведение помощи, предполагает, что грызуны могут обладать большей способностью к просоциальности, чем это признавалось ранее."
Статья "Отличительные сигналы окситоцина синергетически способствуют поведению, похожему на спасение, у мышей" была написана Фэн-Жуй Чжаном, Жуан Лиу, Цзиеци Вэндом, Цзы-Ян Чжаном, Идзи Ли, Эриком Суном, Ли Ху и Чжоу-Фен Ченом.