С возрастом люди часто теряют мотивацию изучать новое или заниматься повседневными делами. В исследовании мышей нейробиологи Массачусетского технологического института определили мозговую цепь, которая имеет решающее значение для поддержания такого рода мотивации.
Эта схема особенно важна для обучения принятию решений, требующих оценки затрат и вознаграждения, связанных с конкретным действием. Исследователи показали, что они могут повысить мотивацию мышей старшего возраста к участию в этом типе обучения, повторно активировав этот контур, а также снизить мотивацию, подавив его.
«По мере того как мы стареем, становится все труднее иметь подвижное отношение к вещам», – говорит Энн Грейбил, профессор Института Массачусетского технологического института и член Института исследований мозга Макговерна. «Это оживление, или участие, важно для нашего социального благополучия и для обучения – этому трудно научиться, если вы не посещаете и не вовлечены».
Грейбил – старший автор исследования, которое сегодня публикуется в Cell . Ведущими авторами статьи являются Александр Фридман, бывший научный сотрудник Массачусетского технологического института, ныне доцент Техасского университета в Эль-Пасо, и Эмили Хуэске, научный сотрудник Массачусетского технологического института.
Оценка затрат и выгод
Стриатум является частью базальных ганглиев – совокупности мозговых центров, связанных с формированием привычек, контролем произвольных движений, эмоциями и зависимостью. В течение нескольких десятилетий лаборатория Грейбиэля изучала кластеры клеток, называемые стриосомами, которые распределены по всему полосатому телу. Грейбил открыл стриосомы много лет назад, но их функция оставалась загадкой отчасти из-за того, что они настолько маленькие и глубокие в мозге, что их трудно отобразить с помощью функциональной магнитно-резонансной томографии (фМРТ).
В последние годы Фридман, Грейбил и его коллеги, в том числе научный сотрудник Массачусетского технологического института Кен-ичи Амемори, обнаружили, что стриосомы играют важную роль в типе принятия решений, известном как конфликт подхода-избегания. Эти решения включают выбор: брать ли хорошее и плохое – или избегать того и другого – когда есть варианты, содержащие как положительные, так и отрицательные элементы. Примером такого решения является выбор, соглашаться ли на работу, которая платит больше, но заставляет уйти от семьи и друзей. Такие решения часто вызывают сильное беспокойство.
В аналогичном исследовании лаборатория Грейбила обнаружила, что стриосомы соединяются с клетками черной субстанции, одного из основных центров мозга, производящих дофамин. Эти исследования привели исследователей к предположению, что стриосомы могут действовать как привратник, который поглощает сенсорную и эмоциональную информацию, поступающую из коры головного мозга, и объединяет ее для принятия решения о том, как действовать. Эти действия могут быть усилены продуцирующими дофамин клетками.
Позже исследователи обнаружили, что хронический стресс оказывает серьезное влияние на этот контур и на принятие такого рода эмоциональных решений. В исследовании 2017 года, проведенном на крысах и мышах, они показали, что животные, находящиеся в стрессовом состоянии, гораздо чаще выбирают варианты с высоким риском и высокой отдачей, но они могут блокировать этот эффект, манипулируя схемой.
В новом исследовании Cell ученые решили изучить, что происходит в стриосомах, когда мыши учатся принимать такие решения. Для этого они измерили и проанализировали активность стриосом, когда мыши научились выбирать между положительными и отрицательными результатами.
Во время экспериментов мыши слышали два разных тона, один из которых сопровождался наградой (сахарная вода), а другой – слегка отталкивающим стимулом (яркий свет). Постепенно мыши узнали, что если они будут больше лизать носик, когда услышат первый тон, они получат больше воды с сахаром, а если они будут меньше лизать во время второго, свет будет не таким ярким.
Чтобы научиться выполнять такого рода задачи, необходимо присвоить ценность каждой стоимости и каждой награде. Исследователи обнаружили, что когда мыши усвоили задание, стриосомы показали более высокую активность, чем другие части полосатого тела, и что эта активность коррелировала с поведенческими реакциями мышей на оба тона. Это предполагает, что стриосомы могут иметь решающее значение для определения субъективной ценности конкретного результата.
«Чтобы выжить, чтобы делать то, что вы делаете, вам постоянно нужно уметь учиться. Вам нужно узнать, что хорошо для вас, а что плохо», – говорит Фридман.
“Человек, или в данном случае мышь, может ценить вознаграждение настолько высоко, что риск столкнуться с возможными затратами превосходит все, в то время как другой может пожелать избежать затрат, исключив все вознаграждения. И это может привести к тому, что обучение в одних и ориентированное на затраты обучение в других “, – говорит Хуэске.
Исследователи обнаружили, что тормозящие нейроны, которые передают сигналы от префронтальной коры, помогают стриосомам увеличивать отношение сигнал / шум, что помогает генерировать сильные сигналы, которые видны, когда мыши оценивают вариант с высокой стоимостью или высокой наградой.
Потеря мотивации
Затем исследователи обнаружили, что у мышей более старшего возраста (от 13 до 21 месяца, что примерно соответствует людям в возрасте от 60 и старше) участие мышей в обучении этому типу анализа затрат и выгод снизилось. В то же время их стриосомная активность снизилась по сравнению с более молодыми мышами. Исследователи обнаружили аналогичную потерю мотивации на мышиной модели болезни Хантингтона, нейродегенеративного заболевания, которое поражает полосатое тело и его стриосомы.
Когда исследователи использовали генетически нацеленные препараты для повышения активности стриосом, они обнаружили, что мыши стали более вовлечены в выполнение задачи. И наоборот, подавление активности стриосом привело к отключению.
В дополнение к нормальному возрастному снижению, многие расстройства психического здоровья могут исказить способность оценивать затраты и вознаграждение за действие, от тревоги и депрессии до таких состояний, как посттравматическое стрессовое расстройство. Например, депрессивный человек может недооценивать потенциально полезный опыт, в то время как человек, страдающий зависимостью, может переоценивать наркотики, но недооценивать такие вещи, как работа или семья.
В настоящее время исследователи работают над возможными лекарственными препаратами, которые могут стимулировать этот цикл, и они предполагают, что обучение пациентов повышению активности в этом цикле с помощью биологической обратной связи может предложить еще один потенциальный способ улучшить их оценку затрат и выгод.
«Если бы вы могли точно определить механизм, лежащий в основе субъективной оценки вознаграждения и стоимости, и использовать современную технику, которая могла бы манипулировать им, психиатрически или с помощью биологической обратной связи, пациенты могли бы правильно активировать свои схемы», – говорит Фридман.
