Мозговая война мышей: как пол влияет на восприятие угрозы

Новое исследование в области нейронауки, опубликованное в журнале Nature Neuroscience, установило, что мужские и женские мыши используют разные мозговые сети для обработки угрожающих ситуаций, хотя ведут себя при этом схожим образом. Оба пола научились связывать определённые сигналы с опасностью и демонстрировали сходные оборонительные реакции, однако пути, по которым они делали эти ассоциации, оказались удивительно различными. Это открытие ставит под сомнение давние предположения нейронауки о том, что схожее поведение подразумевает схожую работу мозга, и подчёркивает важность вовлечения обоих полов в исследования мозга, чтобы результаты были универсальными.
Исследование, проведённое Розмари Багот из Университета Макгилла, было направлено на устранение постоянного пробела в нейронауке: недостаточное представительство женщин в экспериментальных исследованиях. Исторически сложилось так, что в качестве основных объектов исследований использовались мужские особи, исходя из предположения, что результаты будут универсальными. Но растущие доказательства свидетельствуют о том, что мужчины и женщины часто демонстрируют различные паттерны мозговой активности, особенно когда речь идёт о восприятии эмоций и стресса. Понимание этих различий критически важно для разработки лечения психических заболеваний, таких как тревожные расстройства и депрессия, которые по-разному влияют на мужчин и женщин.
В своём исследовании учёные сосредоточились на двух основных путях, по которым мозг мышей обрабатывает угрожающие и неугрожающие сигналы. Оба пути начинаются в областях мозга, известных своей ролью в регуляции эмоций и принятия решений: медиальной префронтальной коре и вентральном гиппокампе. Эти области передают информацию в так называемое ядро accumbens, которое играет центровую роль в интеграции сигналов, связанных как с вознаграждением, так и с угрозой. Предыдущие исследования показали, что эти связи помогают сбалансировать страх и мотивацию, однако, как они функционируют у самок, оставалось в значительной степени неизученным.
Исследование применило различные современные методы для изучения активности мозга обоих полов. В одной части эксперимента 17 мышей (восемь самцов и девять самок) подверглись форме павловского кондиционирования, когда один сигнал (например, тон или свет) указывал на предстоящий лёгкий электрический шок, в то время как другой сигнал предсказывал отсутствие шока. Со временем мыши научились замирать — распространённой реакцией на страх — когда появлялся сигнал, предсказывающий угрозу. Учёные использовали волоконную фотометрию, чтобы записать изменения уровня кальция в конкретных клетках мозга, что является показателем нейронной активности. Записи были направлены на пути от префронтальной коры и гиппокампа к ядру accumbens.
В параллельных экспериментах исследователи применили метод, называемый хемогенетикой, чтобы избирательно подавлять активность в этих путях. Мышам ввели инъекции дизайнерских рецепторов, которые могли быть активированы препаратом, позволяя исследователям временно отключить соединение от префронтальной коры к ядру accumbens или от гиппокампа к ядру accumbens. Это дало возможность наблюдать, как отключение каждого пути влияло на поведение как самцов, так и самок. В химогенетических экспериментах участвовало 90 мышей с примерно равным числом самцов и самок.
На протяжении нескольких дней кондиционирования оба пола научились различать угрожающие и нейтральные сигналы. Они замирали чаще при угрожающем сигнале и возобновляли нормальное поведение при безопасном. Но при анализе мозговых записей исследователи обнаружили, что пути, ответственные за обучение этой дискриминации, различались по половому признаку. У самцов наибольшее участие в различении угрозы и безопасности принимал путь, соединяющий гиппокамп с ядром accumbens. У самок же информацию передавал путь от префронтальной коры к ядру accumbens.
Чтобы подтвердить это, команда использовала классификатор машинного обучения, обученного предсказывать, слышит ли мышь угрожающий или безопасный сигнал на основе её мозговой активности. У самцов только активность из гиппокампального пути предсказывала правильный сигнал, тогда как у самок — только префронтальный путь. Это продемонстрировало, что оба пола полагались на разные мозговые сети для решения одной и той же задачи обучения.
Интересно, что эти нейронные различия не соответствовали значительным расхождениям в основной поведении замирания, которое оставалось схожим между полами. Но когда исследователи добавили задачу с вознаграждением, новые половые различия проявились. Мышей обучили нажимать на ручку, чтобы получить сладкое угощение. Затем, во время испытаний, угрожающие и безопасные сигналы были повторно введены. Ожидалось, что мыши будут меньше нажимать на ручку во время угрожающего сигнала, а продолжат нажимать во время безопасного.
Однако исследователи обнаружили, что отключение гиппокампального пути нарушало способность самцов сдерживать стремление к вознаграждению во время угрожающих сигналов, в то время как отключение префронтального пути имело тот же эффект у самок. Это не только ухудшало их способность различать угрозу и безопасность, но и показало, что цепи, регулирующие, как угрожающие сигналы влияют на мотивационное поведение, не совпадают у самцов и самок. У самок отключение префронтального пути приводило к более широко распространенному страху, когда некоторые мыши вообще отказывались нажимать на ручку. Но у самцов отключение этого пути не влияло подобным образом, что указывает на то, что они не полагались на него для различения угрозы от безопасности в том же контексте.
Чтобы определить, были ли эти поведенческие эффекты вызваны различиями в проводимости мозга, исследователи изучили, каким образом префронтальные и гиппокампальные пути соединяются с нейронами в ядре accumbens у обоих полов. Они использовали оптогенетику и электрофизиологию кусочков мозга, чтобы измерить, насколько сильно эти входы возбуждают или подавляют их целевые нейроны. Результаты показали, что между мужчинами и женщинами нет значительных различий в силе или балансе этих соединений. Это предполагает, что наблюдаемые половые различия возникают не из-за структурных отличий в мозге, а из-за того, как аналогично подключенные цепи активируются во время обучения.
Еще одним неожиданным открытием оказалась синхронность между двумя путями. Анализируя временные рамки нейронной активности в обоих цепях, исследователи обнаружили, что угрожающие сигналы, как правило, снижали синхронность между гиппокампальными и префронтальными входами в ядро accumbens. Этот эффект был более выражен и продолжался дольше у самок. Напротив, безопасные сигналы увеличивали синхронность у самок, но не у самцов. Эти модели предполагают, что женский мозг может быть более чувствительным к обнаружению и сигнализации о безопасности, возможно, в качестве поведенческой стратегии для предотвращения чрезмерной генерализации угрозы.
Данное исследование подчеркивает, что даже когда поведение кажется одинаковым, мозг может работать совершенно иначе в зависимости от пола. Эти данные могут помочь объяснить, почему некоторые психические расстройства, такие как тревожные расстройства и депрессия, показывают половые особенности в том, как они развиваются и реагируют на лечение. Поскольку пути, задействованные в этом исследовании, также подвержены хроническому стрессу, работа может также пролить свет на то, как длительный стресс по-разному влияет на мужчин и женщин на нейронном уровне.
У исследования есть и некоторые ограничения. Оно сосредоточено только на мышах, поэтому неясно, насколько результаты применимы к людям. Хотя грызуны являются полезной моделью для базовой нейронауки, человеческие мозги гораздо сложнее, и социальные и гормональные влияния существенно различаются. Размеры выборки также были относительно малыми, что является типичным для исследований, использующих инвазивную регистрацию нейронов, но это ограничивает обобщаемость. Наконец, исследование рассматривало только два мозговых пути; другие цепи также могут способствовать обработке угрозы различными способами для каждого пола.
Будущие исследования могут изучить, как эти пути взаимодействуют с гормональными изменениями на протяжении жизни, например, во время полового созревания или после беременности, и происходит ли аналогичное поло-специфичное соединение цепей у людей. Долгосрочные исследования также могут показать, изменяет ли стресс или травма, как эти цепи функционируют с течением времени.
Статья «Полово-склонная нейронная кодировка дискриминации угрозы в афферентах ядра accumbens вызывает подавление поведения вознаграждения» была написана Джесси Муиром, Эшааном С. Айером, Юй-Чунгом Цзе, Джулианом Соренсеном, Сереной У, Рандом С. Эйдом, Ведраной Цветковской, Карен Вассеф, Сарой Гостлин, Петром Витаро, Ником Дж. Спенсером и Розмари С. Багот.