Реагирует ли мозг на внешний раздражитель или нет, в значительной степени зависит от баланса между областями возбуждения и торможения в префронтальной коре (ПФК). Синаптические связи в передней части коры головного мозга позволяют мозгу принимать сознательное решение о том, реагировать ли на стимул движением или нет. Однако роль отдельных регионов в PFC и то, как они работают вместе в этом процессе принятия решений, до сих пор были неизвестны. Международная группа под руководством Стефани Хардунг из исследовательской группы профессора Илки Дистер, члена Bernstein Center Freiburg и Cluster of Excellence BrainLinks-BrainTools, определила роли, которые пять подзон префронтальной коры играют в принятии решений о движении. Их результаты были опубликованы в журнале Current Biology. Это исследование может иметь особое значение для дальнейшего изучения нарушений контроля над импульсами.
"Мы можем сравнить эти области префронтальной коры со светофором," говорит Стефани Хардунг. "Определенные части PFC отвечают за торможение, в то время как другие отвечают за подготовку к движению и возбуждение." В своем эксперименте исследователи использовали схему, в которой они обучили трансгенных крыс упреждающей и реактивной остановке: "Реактивная остановка относится к ситуации, когда животное останавливается в ответ на внешний сигнал. С другой стороны, проактивная остановка развивается в соответствии с внутренними целями субъекта." В их конкретной настройке крыс обучили нажимать на рычаг и останавливаться, если был дан определенный сигнал. Другой сигнал указывал, что крыса должна продолжать нажимать на рычаг. С помощью оптогенетики исследовательская группа смогла деактивировать определенные генетически измененные клетки мозга с помощью света. Ученые систематически отключали определенные подобласти PFC, чтобы проверить влияние этих соответствующих регионов на процесс принятия решений. Кроме того, оптогенетика позволила группе сравнить результаты с поведением тех же животных, когда все участки были нетронутыми.
Деактивация определенных областей PFC значительно изменила продуктивность животных: ингибирование областей в инфралимбической коре (IL) или орбитофронтальной коре (OFC) препятствовало способности крыс реагировать на внешние сигналы. С другой стороны, дезактивация предлимбической коры (PL) вызвала преждевременную реакцию у большинства крыс. Кроме того, исследователи использовали электрофизиологические методы измерения и обнаружили, что активность нейронов в PL значительно снизилась до преждевременных реакций, когда все области были интактными.
Эти выводы подтверждают гипотезу о том, что инфралимбическая кора и прелимбическая кора играют противоположную роль орбитофронтальной коры: в то время как IL и PL направляют проактивное поведение в ответ на внешние сигналы, OFC контролирует реактивное поведение. Таким образом, их исследование может служить основой для новых подходов к исследованию нарушений контроля над импульсами, таких как синдром дефицита внимания и гиперактивности (СДВГ) или обсессивно-компульсивные расстройства (ОКР). "Оптогенетические подходы менее вредны для животных, чем хирургические или фармакологические вмешательства," Хартунг объясняет. "Они позволяют нам быстро и обратимо деактивировать различные области мозга, не влияя на подключение цепей. Таким образом, наша модель на животных может служить адекватной основой для исследования нарушений импульсного контроля."