Почему вы бросаете всё на полпути? Учёные нашли нейроны, без которых мозг сдаётся при первой трудности
Учёные нашли группу нейронов, которая помогает не бросать задачу, когда для получения результата приходится прикладывать всё больше усилий. Нейроны, вырабатывающие орексин, становились активнее в ожидании награды и усиливали реакцию по мере усложнения задания. Подавление их работы снижало настойчивость: крысы медленнее справлялись с испытаниями и раньше прекращали попытки получить корм.
Орексин представляет собой нейропептид, то есть небольшую молекулу, с помощью которой нервные клетки передают сигналы. Вырабатывающие его нейроны расположены в гипоталамусе и участвуют в поддержании бодрствования, контроле аппетита и расходовании энергии. Предыдущие работы связывали орексиновую систему с поиском награды, однако её роль в сохранении мотивации при растущей сложности задачи оставалась неясной.
Потеря мотивации сопровождает депрессию, синдром дефицита внимания и гиперактивности, зависимости и другие нарушения. Человек может понимать цель и хотеть получить результат, но с трудом начинает действовать или быстро сдаётся при первых препятствиях. Чтобы разобраться в работе этого механизма, исследователи проследили, как меняется активность орексиновых нейронов во время выполнения заданий за пищевое вознаграждение.
Эксперименты проводили на крысах, поскольку они хорошо обучаются сложным последовательностям действий. Точное управление отдельными типами нервных клеток у этих животных долго оставалось трудной задачей. Для новой работы создали генетически модифицированную линию orexin-Cre, которая позволила выборочно воздействовать именно на нейроны, производящие орексин.
Сначала учёные применили хемогенетику. При таком методе в нужные клетки вводят специально созданные рецепторы, после чего активируют их определённым веществом. Остальные нейроны при этом не затрагиваются. Благодаря хемогенетике исследователи могли усиливать работу орексиновой системы и наблюдать, как меняется поведение животных.
Крыс поместили перед сенсорным экраном и научили касаться заданной области, чтобы получить корм. Число необходимых касаний постепенно росло после каждой награды. Сначала животному требовалось выполнить совсем простое действие, но затем цена очередной порции корма увеличивалась. Подобное испытание называют тестом с прогрессивным соотношением. Главным показателем служит точка прекращения попыток, или breakpoint. Она показывает максимальный объём работы, который животное готово выполнить ради награды. Чем выше показатель, тем дольше крыса продолжает действовать при растущих требованиях. Активация орексиновых нейронов повышала точку прекращения попыток. Крысы соглашались выполнить больше касаний ради следующей порции корма и дольше не отказывались от задания. У животных с выборочно повреждёнными орексиновыми нейронами наблюдалась противоположная реакция: они прекращали работу раньше.
Затем учёные проследили за нервными клетками в реальном времени с помощью волоконной фотометрии. Метод позволяет регистрировать изменение флуоресцентного сигнала внутри определённой группы нейронов у свободно движущегося животного. Яркость сигнала меняется вместе с клеточной активностью, поэтому исследователи видят, в какой момент нейроны включаются сильнее.
Орексиновая система реагировала прежде всего на ожидание. Активность повышалась, когда крыса завершала задание и ожидала корм, а после получения награды быстро снижалась. Если обещанная порция не появлялась, высокий уровень сохранялся дольше. Мозг продолжал удерживать ожидание результата даже после неудачной попытки.
Сила сигнала зависела и от сложности. Чем больше действий требовалось ради корма, тем сильнее активировались орексиновые нейроны перед ожидаемой наградой. Такая реакция может связывать представление о будущем результате с объёмом усилий, которые придётся приложить для его получения.
Одних наблюдений было недостаточно, поскольку рост активности мог сопровождать мотивированное поведение, но не управлять им. Чтобы проверить причинную связь, исследователи применили оптогенетику. Технология основана на светочувствительных белках, которые позволяют подавлять или возбуждать выбранные нейроны в строго заданный момент.
Когда орексиновые клетки отключали во время ожидания награды, крысы выполняли задания медленнее и раньше отказывались продолжать. Сходный эффект вызвала блокировка орексиновых рецепторов первого типа. Результаты показали, что нормальная работа орексиновой системы нужна для поддержания действий, направленных на получение вознаграждения.
Попытка дополнительно усилить нейроны оптогенетическим возбуждением не заставила животных трудиться ещё усерднее. Свет успешно активировал клетки, но breakpoint не вырос. Орексиновая система, вероятно, поддерживает необходимый уровень мотивации, однако простое превышение обычной активности не превращает её в бесконечный запас настойчивости.
Разница между подавлением и усилением может зависеть от продолжительности сигнала, его ритма и момента воздействия. Хемогенетическая активация действует дольше, а оптогенетическая стимуляция ограничена коротким периодом ожидания награды. Для орексиновых нейронов может быть важна не только сила активности, но и её изменение на протяжении всего задания.
Эксперименты не доказывают, что человеческую мотивацию можно повысить прямым воздействием на орексин. Работа проводилась на крысах и изучала поведение, связанное с пищевой наградой. Полученные данные раскрывают базовый механизм, с помощью которого мозг сопоставляет ожидаемый результат с растущими затратами сил.
Следующим этапом станет изучение нервных цепей, которые передают орексиновым нейронам сведения о награде и сложности задачи. Учёным также предстоит выяснить, куда клетки направляют сигналы, поддерживающие настойчивое поведение. Такая карта поможет понять, почему при некоторых психических и неврологических нарушениях человек сохраняет желание добиться цели, но не может долго действовать ради неё.