Как нейронные цепи в мозге чувствуют наше внутреннее состояние, объяснили эксперты

Животные имеют врожденное предпочтение определенных ароматов и вкусов. Привлекательные ароматы связаны с такими вещами, как хорошая еда. Менее привлекательные запахи – например, испорченной пищи – дают животному сигнал, который говорит: «Здесь может быть опасность!» Когда дело доходит до вкусовых ощущений, у всех животных одинаковые предпочтения: сахар и жиры воспринимаются положительно, а горький вкус – скорее, отрицательно.

Чтобы иметь возможность делать такие оценки, нам нужны сигналы в мозге, которые говорят нам «это хорошо» или «это плохо». Дофаминергическая система в мозге, более известная как система поощрений, играет важную роль в этих оценках.

Нейроны, продуцирующие дофамин, известные как дофаминергические нейроны, играют роль в ряде заболеваний, от аддиктивного поведения и ожирения до болезни Паркинсона. При зависимости или ожирении сигналы системы вознаграждения могут быть слишком сильными либо слишком слабыми. При болезни Паркинсона дофаминергические нейроны дегенерируют, и это влияет на контроль двигательных функций.

Чтобы узнать больше о процессах в мозге, необходимы фундаментальные исследования. Нейробиологи часто используют обычную муху дрозофилу в качестве модели, поскольку ее нейронные сети намного проще, чем у людей. Используя генетические приемы, ученые могут включать и выключать отдельные компоненты сети или изменять их. Это позволяет исследователям понять принципы нейронных цепей, которые лежат в основе функций более сложных мозгов. 

Дофамин является одним из наиболее интенсивно изучаемых продуктов в мозге. Он участвует как в познавательных (например, мотивация, подкрепление, целенаправленное поведение, моторный контроль и движение, принятие решений и обучение), так и в основных функциях (например, воспроизводство).

Как дофамин вносит вклад в различные аспекты функциональности и поведения нервной цепи, остается открытым вопросом, но считается, что дофаминергические нейроны используют различные модели активности, чтобы послать сигнал в мозг о том, что нужно и что ощущает организм. Команда Школы естественных наук TUM в Вайенштефане (Германия) разработала специальный метод трехмерной визуализации, основанный на визуализации кальция in vivo, так как кальций является хорошим индикатором активности нейронов.

Используя этот метод, исследовательская группа смогла показать, что активность сети дофаминергических нейронов отражает как врожденные предпочтения обоняния и вкуса, так и физиологическое состояние организма. Дофаминергические нейроны кодируют важную информацию, определяя ее как «хорошую» или «плохую», в движении либо неподвижном состоянии, что важно для принятия правильного решения. В дополнение к сенсорным стимулам, таким как запах или вкус, дофаминергические нейроны также записывают информацию о том, движется организм или нет. Нейроны могут реагировать как на внутренние поведенческие состояния, так и на внешние сигналы, объединять их и использовать для поддержки когнитивных и моторных процессов.

Это важно для принятия взвешенного решения, ведь внешний сенсорный сигнал иногда может что-то значить (хорошо или плохо), в зависимости от состояния организма.

Исследователи были удивлены тем, что дофаминергические нейроны ведут себя совершенно по-разному у различных животных. Ученые предполагают, что это может объяснить индивидуальные предпочтения и поведенческие отличия между людьми.

Кроме того, исследователи обнаружили, что движение животного активирует не только эти дофаминергические нейроны, но и другие области мозга, которые на самом деле не имеют ничего общего с движением. Это обеспечивает отправную точку для дальнейших исследований, например, какую роль играет движение в целом, в ответ на воздействие окружающей среды.