Мозг включил режим «пахать»

Учёные обнаружили, что орексиновые нейроны — небольшая группа клеток в гипоталамусе — помогают мозгу оценивать, стоит ли награда затраченных усилий. Эти клетки известны прежде всего участием в поддержании бодрствования, регуляции сна и аппетита, однако новое исследование показывает: они также работают как своеобразный трекер мотивации. Результаты опубликованы в журнале PNAS.

Мотивация — это внутренний импульс, который заставляет животное начать действие и продолжать его ради цели. Для этого мозгу нужно спрогнозировать результат, оценить его ценность и определить, сколько сил разумно потратить. Предыдущие исследования уже связывали орексин с целенаправленным поведением, но оставалось неясно, как именно активность этих нейронов связана с ожиданием награды и величиной усилий.

Чтобы разобраться, исследователи из Университета Нагои создали генетически модифицированную модель крыс, позволившую наблюдать за орексиновыми нейронами и управлять ими. Голодных животных учили нажимать на сенсорный экран, чтобы получать небольшую пищевую гранулу. Затем применили прогрессивный тест: число нажатий, необходимых для следующей порции, постепенно увеличивалось. Например, сначала требовалось пять касаний, а затем — десятки.

Когда крыса прекращала работу, учёные фиксировали так называемую точку остановки, или breakpoint. Она показывала максимальное усилие, на которое животное было готово ради одной награды. Искусственная активация орексиновых нейронов повышала этот показатель: крысы продолжали нажимать на экран дольше и выполняли больше работы.

Затем учёные использовали метод оптической регистрации активности клеток — fiber photometry. Он отслеживает изменения уровня кальция внутри нейронов: когда клетка активируется, кальция в ней поступает больше. Оказалось, что активность орексиновых нейронов резко возрастала, пока крысы нажимали на экран и ждали еду. После получения и поедания гранулы сигнал возвращался к обычному уровню.

Сила сигнала зависела от сложности задачи. Во время трудного теста с постепенно растущим числом нажатий нейроны работали активнее, чем в лёгком задании, где для награды требовалось всего одно-два касания. Если ожидаемую гранулу намеренно не выдавали, активность оставалась высокой. Это может означать, что клетки поддерживают состояние длительного ожидания или напряжения, пока прогнозируемая цель не достигнута.

Чтобы проверить, действительно ли нейроны нужны для действия, исследователи применили оптогенетику — управление клетками с помощью света. После пятого, последнего нажатия они кратковременно подавляли активность орексиновых нейронов синим светом. В этот момент крысы выполняли задания хуже и дольше завершали попытки. Похоже, отключение сигнала нарушало переход от ожидания награды к целенаправленному действию.

По словам автора работы Hiroyuki Mizoguchi, орексиновые нейроны, вероятно, входят в более широкую систему, которая превращает ожидание результата в мотивацию. Они не являются единственным источником целеустремлённости, но помогают мозгу решить, оправдана ли награда необходимыми затратами.

Результаты согласуются с более ранними экспериментами, в которых блокировка орексиновой системы снижала компульсивное стремление к наркотикам и употребление кокаина. Однако те исследования изучали модели тяжёлой зависимости, тогда как новая работа посвящена общему механизму ожидания награды.

У исследования есть ограничения. Учёные проверяли только пищевую мотивацию, поэтому неизвестно, будут ли орексиновые нейроны так же работать при социальных контактах, размножении или избегании опасности. Кроме того, исследователи одновременно воздействовали на всю популяцию орексиновых клеток, хотя в гипоталамусе существуют разные подгруппы нейронов.

Есть и важная оговорка: световое стимулирование не всегда усиливало мотивацию. Возможно, голодные крысы уже были почти предельно мотивированы, поэтому повысить их стремление к работе оказалось трудно. Авторы подчёркивают, что связь между активностью орексиновых нейронов и поведением зависит от условий эксперимента и способа воздействия. Поскольку работа проведена на крысах, её результаты нельзя напрямую переносить на людей.

В дальнейшем команда планирует изучить нейронные цепи, к которым подключены орексиновые клетки, и выяснить, какие сигналы регулируют их активность. Исследователи надеются, что это поможет лучше понять состояния, связанные со снижением мотивации, хотя нынешняя работа не изучала конкретные заболевания или методы лечения. Авторами статьи стали Yutao Dong, Sheikh Mizanur Rahaman, Wenjun Zhu, Ayumu Inutsuka, Daisuke Ono, Rinako Tanaka, Tetsuo Matsuzaki, Eiji Shibata, Madoka Isobe, Shuntaro Izawa, Akihiro Yamanaka, Kiyofumi Yamada и Hiroyuki Mizoguchi.