Исследование показало, что дофаминовые нейроны, которые играют роль в обучении и памяти, также определяют мотивацию.
Среди нейромедиаторов мозга дофамин приобрел почти мифический статус. Десятилетия исследований подтвердили его вклад в несколько, казалось бы, не связанных между собой функций мозга, включая обучение, мотивацию и движение, но не ясен вопрос о том, как один нейротрансмиттер может играть столько разных ролей.
Распутать разнообразные функции дофамина было непросто, отчасти потому, что развитый мозг людей и других млекопитающих содержит различные виды дофаминовых нейронов, и все они встроены в очень сложные цепи.
В новом исследовании Ванесса Рута из Рокфеллера и ее команда углубились в вопрос, вместо этого рассматривая гораздо более простой мозг плодовой мушки, её нейроны и их связи были подробно нанесены на карту мозга.
Как и у людей, дофаминовые нейроны мухи служат сигналом для обучения, помогая им связать определенный запах с определенным результатом. Узнав, что, например, в яблочном уксусе содержится сахар, вы сможете сформировать будущее поведение животных при следующей встрече с этим запахом. Но команда Руты обнаружила, что те же дофаминовые нейроны также сильно коррелируют с текущим поведением животного.
Активность этих дофаминовых нейронов не просто кодирует механику движения, но, скорее, отражает мотивацию или цель, лежащую в основе действий мухи в реальном времени. Другими словами, те же нейроны дофамина, которые преподают животным долгосрочные уроки, также обеспечивают постоянное подкрепление, побуждая мух продолжать полезные для выживания действия.
«Существует тесная связь между обучением и мотивацией, двумя разными аспектами того, что делает дофамин»
Непрерывное обучение
Для мух важны запахи. Мозговый центр обонятельного обучения, называемый грибовидным телом, отвечает за обучение тому, что запахи означают вкусный сахар. Здесь объединяются три типа нейронов: клетки Кеньона, которые реагируют на запахи, выходные нейроны, которые посылают сигналы остальной части мозга, и нейроны, производящие дофамин.
Когда муха сталкивается с запахом, а затем получает сахарную награду, быстрое высвобождение дофамина изменяет силу связей между нейронами грибовидного тела, существенно помогая мухе создавать новые ассоциации и изменять ее будущую реакцию на этот запах.
Но Рута и ее коллеги заметили, что дофамин продолжает сигнализировать даже при отсутствии вознаграждения. Те же нейроны, которые помогали мухам запоминать ассоциации, также часто срабатывали при движении животного. «Возникает вопрос, представляют ли эти нейроны определенные аспекты движения, например, как животное двигает ногами, или они связаны с чем-то еще, например, с целью животного?»
Используя эту систему, неврологи смогли изучить активность мозга мух в различных условиях. Они обнаружили, что активность дофаминовых нейронов точно отражает движения, когда они происходят, но только тогда, когда мухи целенаправленно следят за ними, а не когда они просто бесцельно блуждают.
Когда исследователи подавили активность дофаминовых нейронов, животные перестали отслеживать запах, даже когда они голодали, и поэтому у них был повышенный интерес к запахам, связанным с едой. Напротив, активация нейронов у полностью накормленных мух, безразличных к пище, подтолкнула их к активному поиску запаха.
Вместе полученные результаты показывают, как один дофамина может выполнять две функции: передавать мотивационные сигналы для быстрого формирования текущего поведения, а также предоставлять поучительные сигналы для направления будущего поведения посредством обучения. «Это дает нам более глубокое понимание того, как один путь может генерировать различные формы гибкого поведения»
Следующий шаг - понять, как другие нейроны знают, что означает выброс дофамина в любой момент времени. Одна из возможностей, говорит Рута, заключается в том, что обучение - это более непрерывный и динамичный процесс, чем все часто думают: в короткие сроки животные постоянно оценивают свое поведение на каждом этапе, изучая не только окончательные ассоциации, но и действия, которые их к этому приводят.
Оригинальное исследование: закрытый доступ.
« Контекстно-зависимые движения в дофаминергических путях дрозофилы » Vanessa Ruta et al. Природа Неврология
"Here we examine how this single neuromodulator can contribute to such diverse forms of behavioral modulation. By recording from the dopaminergic reinforcement pathways of the Drosophila mushroom body during active odor navigation, we reveal how their ongoing motor-associated activity relates to goal-directed behavior.
We found that dopaminergic neurons correlate with different behavioral variables depending on the specific navigational strategy of an animal, such that the activity of these neurons preferentially reflects the actions most relevant to odor pursuit. Furthermore, we show that these motor correlates are translated to ongoing dopamine release, and acutely perturbing dopaminergic signaling alters the strength of odor tracking.
Context-dependent representations of movement and reinforcement cues are thus multiplexed within the mushroom body dopaminergic pathways, enabling them to coordinately influence both ongoing and future behavior."
Перевод Юртаев А.
