МРТ головного мозга
Нейробиологи из лаборатории Колд-Спринг-Харбор под руководством доцента Адама Кепекса связали активность двух типов нервных клеток головного мозга, нейронов, с решениями, принимаемыми во время определенного типа поведения. Команда изучила активность двух типов тормозных нейронов у мышей, принимающих решения в поисках пищи в тестовой зоне. Они обнаружили четкие модели активности, которые отмечали, когда "оставаться" или чтобы "идти" решения о кормлении были приняты.
Вы сидите на диване, листаете телеканалы, пытаясь решить, оставаться ли вам или встать, чтобы перекусить. Такие повседневные решения о том, стоит ли "оставаться" или чтобы "идти" поддерживаются областью мозга, называемой передней поясной корой (ACC), которая является частью префронтальной коры. Нейробиологи из лаборатории Колд-Спринг-Харбор (CSHL) определили ключевые элементы схемы, которые способствуют принятию таких решений в ACC.
Доцент CSHL Адам Кепекс и его команда сегодня публикуют результаты, которые впервые связывают определенные типы клеток мозга с определенным паттерном поведения у мышей – "останься или уйди" паттерн, называемый пищевым поведением. В статье, опубликованной в Интернете в журнале Nature, показано, что активация двух различных типов тормозных нейронов, известных как нейроны соматостатина (SOM) и парвальбумина (PV), имеет сильную корреляцию с началом и концом периода кормодобывания.
Связывание определенных типов нейронов с четко определенным поведением оказалось чрезвычайно трудным. "В наших знаниях существует большой разрыв между нашим пониманием типов нейронов с точки зрения их физического местоположения и их места в любой данной нейронной цепи, и тем, что эти нейроны на самом деле делают во время поведения," говорит Kepecs.
Частично проблема заключается в технической сложности проведения этих исследований на живых, свободно ведущих себя мышах. Ключом к решению этой проблемы является модель мыши, разработанная в лаборатории CSHL профессора З. Джош Хуанг. Мышь имеет генетическую модификацию, которая позволяет исследователям нацеливать определенную популяцию нейронов с помощью любого интересующего белка.
Группа Kepecs, возглавляемая докторантами Дудой Квициани и Сачином Ранаде, использовала эту мышь для маркировки определенных типов нейронов в ACC светоактивным белком – метод, известный как оптогенетическое маркирование. Всякий раз, когда они направляли свет на мозг мышей, с которых они производили запись, только меченые нейроны PV и SOM быстро отвечали “ всплеском ” своей активности, что позволяло исследователям выделить их из огромного разнообразия клеточных ответов, наблюдаемых в любой момент. данный момент.
Команда записала нейронную активность в ACC этих мышей, когда они занимались поиском пищи. Они обнаружили, что нейроны, тормозящие PV и SOM, реагировали примерно во время принятия решения о поиске пищи – другими словами, оставаться ли и пить или идти и исследовать где-нибудь еще. В частности, когда мыши вошли в область, где они могли собрать водное вознаграждение, нейроны, тормозящие ПОВ, отключились и вошли в период низкой активности, тем самым открыв «ворота» для поступления информации в АСС. Когда мыши решили покинуть эту область и поискать в другом месте, нейроны, ингибирующие PV, сработали и резко сбросили активность клеток.
"Мозг сложен и постоянно активен, поэтому имеет смысл, что эти два типа тормозящих интернейронов определяют границы поведения, такого как поиск пищи, открытие, а затем закрытие “ ворот ” внутри конкретной нервной цепи посредством изменения их активности," говорит Kepecs.
Это важный шаг в решении проблемы поведенческой нейробиологии, которую ученые называют "зоопарк коркового ответа." Когда исследователи регистрируют нейронную активность в коре головного мозга во время поведения, и они не знают, с какого типа нейронов они производят запись, наблюдается удивительный набор ответов. Это сильно усложняет задачу интерпретации. Отсюда важность результатов команды Kepecs, впервые показывающих, что определенные типы корковых нейронов могут быть связаны с конкретными аспектами поведения.
"Мы думаем о мозге и поведении с точки зрения уровней; каковы типы ячеек и цепи или сети, которые они образуют; в каких областях мозга они находятся; и какое поведение они модулируют," объясняет Kepecs. "Наблюдая за тем, что активность определенных типов клеток в префронтальной коре коррелирует с периодом поведения, мы определили связь между этими уровнями."