Может ли мозг реагировать на внешний раздражитель или нет, во многом зависит от соотношения между зонами возбуждения и торможения в префронтальной коре (ПФК). Синаптические связи в них активируются тогда, когда нужно принять решение, отвечать ли на раздражитель движением или нет. Но вот роли отдельных регионов в ПФК и их работа в процессе этого оставались до сих пор неизвестными.
Международная команда, возглавляемая Штефани Хардунг (Stefanie Hardung) из Университета Фрайбурга (Германия), нашла пять регионов в префронтальной коре, которые ответственны за решение двигаться. Эти результаты опубликованы в журнале Current Biology. Исследование может стать отправной точкой к изучению того, почему нарушаются импульсы управления.
«Мы могли бы сравнить эти зоны префронтальной коры со светофором. Одни ответственны за подавление импульса, в то время как другие возбуждаются и, таким образом, «заботятся» о подготовке к движению», — говорит Штефани Хардунг.
В своем эксперименте учёные использовали рамки, в которых они изучали генетически модифицированных крыс во время активных и реактивных остановок. Реактивные остановки были в ответ на внешний сигнал, тогда как активные происходили в соответствие с внутренним желанием животных. Для этого их помещали в специфическую камеру, где обучали нажимать на рычаг и останавливаться, если давался конкретный сигнал. Ещё один сигнал указывал на то, что крыса должна была продолжать нажимать на рычаг. При помощи оптогенетики исследовательская группа светом «отключала» определённые клетки мозга ПФК для того, чтобы проверять их влияние на процесс принятия решений. Кроме того, оптогенетика позволила сравнивать результаты с поведением тех же животных, но в нормальном состоянии без воздействия света.
Отключение конкретных регионов ПФК существенно изменяло поведение животных: угнетение зон инфралимбической коры (ИЛ) или орбитофронтальной коры (ОФК) мешало способности крыс реагировать на внешние сигналы. Деактивация прелимбической коры (ПЛК), с другой стороны, приводила к преждевременной реакции у большинства крыс. Кроме того, исследователи применяли электрофизиологические измерительные методы и заметили, что нейронная активность в ПЛК снижалась значительно раньше, чем в других зонах.
Эти выводы поддерживают гипотезу, что инфралимбическая и прелимбическая кора действуют противоположно орбитофронтальной коре: они отвечают за прямое инициативное поведение в ответ на внешние сигналы, тогда как ОФК контролирует реактивное поведение.
Таким образом, исследование может послужить основой для новых подходов в изучении расстройств поведения, связанных с движениями: например, синдром дефицита внимания и гиперактивности (СДВГ) или обсессивно-компульсивное расстройство (ОКР).
«Оптогенетика позволяет отключать разные областей мозга быстро и обратимо, не затрагивая схемы подключения. Таким образом, наша модель животных может служить адекватной основой для исследования импульсивных поведенческих расстройств», — отмечают учёные.
Текст: Анна Хоружая
A Functional Gradient in the Rodent Prefrontal Cortex Supports Behavioral Inhibition by Stefanie Hardung, Robert Epple, Zoe Jäckel, David Eriksson, Cem Uran, Verena Senn, Lihi Gibor, Ofer Yizhar, and Ilka Diester in Current Biology. Published online February 2017 doi:10.1016/j.cub.2016.12.052
