Нейронауки в Science и Nature. Выпуск 37: новые функции мозжечка

Мозжечок – это тот отдел головного мозга, который отвечает за координацию движения. Классические теории утверждают, что его функции обеспечиваются за счет того, что он служит «перевалочным пунктом»: передает информацию от органов чувств, спинного мозга в вышележащие отделы мозга для анализа, а затем также транслирует команды вниз. Исследования показали, что функцией транслятора мозжечок не ограничивается – он также сам перерабатывает информацию и участвует в формировании системы вознаграждения (механизме закрепления поведения, когда возникают положительные реакции на действия).

 

Мозжечок мыши


Контекст

Количество клеток в мозжечке (60 миллиардов) больше чем во всех остальных отделах мозга вместе взятых. Именно здесь находятся знаменитые клетки Пуркинье, ответственные за равновесие и координацию. Эпизодические исследования сделанные в последние 10 лет указывали, что традиционное представление о мозжечке как об отделе мозга, ответственным только за передачу информации, следует расширить. Например, в 2012 году было показано, что у пациентов, страдающих аутизмом, наблюдается значительная потеря нейронов мозжечка. Но прямые исследования, указывающие на роль отдельных групп нейронов мозжечка, отсутствовали.

Электрическую активность нейронов мозжечка достаточно трудно изучать в реальном времени — они очень плотно упакованы и занимают менее 10% объема всего мозга, несмотря на то, что составляют 80% клеток мозга. Новый метод, двухфотонная кальциевая визуализация, позволил решить эту проблему, и в нынешнем исследовании ученые из Стэнфордского университета показали, какие именно клетки мозжечка могут самостоятельно влиять на сложное поведение, а не только участвовать в обработке информации о движении тела.

В качестве основы эксперимента, когда регистрировалась электрическая активность нейронов мозжечка у мышей, было выбрано нажатие передней лапой мыши на рычаг в обмен на порцию сладкого раствора. Здесь участвуют два компонента: с одной стороны, простая двигательная активность (движение лапки), с другой стороны – более сложное когнитивная функция (получение “награды” – сладкого раствора). После того, как мышей приучили к тому, что при нажатии будет сладость, исследователи начали изменять условия эксперимента. Что будет, если мышь не будет получать “награду”? К удивлению учёных, некоторые нейроны мозжечка активировались, только когда сладкого раствора не оказывалось. Часть нейронов активировалось только в ожидании «награды», а часть во время её получения. При этом всегда сохранялась группа нейронов, которая активировалась каждый раз при движении лапки. Таким образом, можно было разделить нейроны мозжечка, участвующие в регуляции движения, и нейроны, участвующие в формировании поведения.

Лучше всего изучены области, ответственные за регуляцию системы вознаграждения в среднем мозге. Также известно, что в ней учатсвуют другие области мозга – в полосатом теле, в орбитофронтальной коре и ядрах шва продолговатого мозга. Интересно будет узнать, как нейроны мозжечка интегрируются в эту систему регуляции поведения.


Текст: Даша Овсянникова

Mark J. Wagner, Tony Hyun Kim, Joan Savall, Mark J. Schnitzer & Liqun Luo. Cerebellar granule cells encode the expectation of reward. In Nature (2017) doi:10.1038/nature21726.

Читайте материалы нашего сайта в Facebook, ВКонтакте и канале в Telegram, а также следите за новыми картинками дня в Instagram.