По данным последних исследований, у мышей мозжечок взаимодействует с вентральной областью покрышки мозга, центром, отвечающим за наслаждение, напрямую, а не через кору мозга. Это открытие позволяет пролить свет на механизмы, лежащие в основе аутизма, шизофрении и привязанностей.
Мозжечок находится в нижней части структуры мозга. Его размер — с кулак. И он никого не интересовал до момента, когда французский физиолог Мари-Жан-Пьер Флуранс (Marie Jean Pierre Flourens) не начал извлекать мозжечки из голубей и смотреть, как птицы будут себя вести при отсутствии этой части мозга. По итогам, голуби могли двигаться, но не могли удерживать равновесие. Поэтому он предположил, что мозжечок отвечает за координацию движений, и тем самым заложил теорию, которая, с поправками, доминировала и до недавних пор.
Пару десятилетий назад Джереми Шмахманн (Jeremy Schmahmann), невролог из Общеклинической больницы штата Массачусетс (Massachusetts General Hospital), обнаружил, что у людей с повреждённым мозжечком наблюдались поведенческие изменения — сложности с абстрактными выводами и регулированием эмоций. С тех пор в этом направлении продолжили «копать». И обнаружили, в частности, что у людей мозжечок участвует в мыслительных процессах и в контроле эмоций. А дальнейшие исследования на животных показали, что эта структура мозга важна для нормального развития социальных и мыслительных навыков. Была также обнаружена связь между отклонениями в функционировании мозжечка и зависимостями, аутизмом и шизофренией. Но какие именно процессы в мозгу идут в ход, оставалось неизвестным.
Недавние исследования позволяют предположить, как именно мозжечок отвечает за социальное поведение. В новой работе, опубликованной в Science, показано, что существует сигнальный путь, связывающий напрямую мозжечок и вентральную область покрышки мозга (ventral tegmental area, VTA), а она является одним из ключевых центров, отвечающих за наслаждение.
Ранее Камран Ходахах (Kamran Khodakhah) и его коллеги из Медицинского колледжа им. Альберта Эйнштейна (Albert Einstein College of Medicine) исследовали поведение мозга у мышей с дистонией — заболеванием, при котором наблюдаются неконтролируемые сокращения мышц. Они показали, что мозжечок напрямую связывается с базальными ганглиями (которые задействованы в процессах движения, выработки мотивации и вознаграждения), чтобы контролировать сложные движения.
Теперь Ходахах и коллеги решили посмотреть на связь между мозжечком и вентральной областью покрышки мозга. Они ввели в ядра мозжечка вирусы герпеса, помеченные зелёным флуоресцентным белком (green fluorescent protein—tagged H129 strain of the anterograde trans-synaptic tracer herpes simplex virus type 1). Вирусы выступают в данном случае как передвижные маркеры — они перемещаются между синапсами нейронов, и их можно отслеживать. Через 50 часов несколько нейронов в вентральной области покрышки были подсвечены вирусными маркерами — и это значит, что данная зона мозга напрямую связывается с мозжечком.
Затем, с помощью оптогенетики, метода, который позволяют «включить» или «выключить» определённые нейроны в сигнальном пути с помощью вспышек света, они продемонстрировали, что стимуляция нейронов мозжечка может активировать клетки в вентральной области покрышки.
Имея доступ к активации этого сигнального пути, учёные изучали поведение мышей. Грызуны были помещены в закрытое пространство, и, если они находились в границах одного конкретного квадранта, сигнальный путь между мозжечком и вентральной областью покрышки (ВОП) стимулировался. Так как вентральная область покрышки отвечает за наслаждение, у мышей в итоге вырабатывалось предпочтение — находиться именно в этом квадранте.
Мыши — ночные животные и обычно предпочитают темноту. Но с помощью симуляции сигнального пути между мозжечком и ВОП удалось заставить мышей осваивать и освещённую клетку (в случае, когда был выбор между освещённой и неосвещённой).
Далее учёные деактивировали сигнальный путь между мозжечком и вентральной областью покрышки и поместили мышей в условия трёхкомнатного теста на социальность (three-chamber test for sociability).
Тест заключается в том, что мышь помещают в клетку, состоящую из трёх частей, в центральную из них. Сначала смотрят, будет ли мышь осваивать части клетки по сторонам («нормальная» мышь — будет). Затем помещают в две части по сторонам по стакану — под одним находится другая мышь, а под другим — ничего (нормальная мышь проявит интерес к стакану с мышью). Последний этап — под пустой стакан помещают новую мышь и смотрят, какой мыши будет уделено больше внимания (в норме — той, которая была принесена последней).
«Нормальные» мыши обычно проводят больше времени в компании других мышей, но когда вышеупомянутый сигнальный путь был деактивирован, мыши предпочитали проводить время сами с собой, а не в компании. Их поведение напоминает таковое у мышей с животными моделями аутизма.
Примечательно, что стимуляция сигнального пути мозжечок — ВОП не делала животное более социальным, поэтому можно сказать, что за социальность отвечает не только обозначенный механизм.