Используя мышей, ученые из Окинавского института науки и технологий (OIST) и их коллеги из Медицинской школы Университета Кейо изучили главный источник серотонина в мозге - ядро дорсального шва (ЯДШ). Впервые изучив, как активация “серотонинового центра” мозга влияет на бодрствующих животных, они обнаружили, что серотонин из ЯДШ активирует области мозга, которые влияют на поведение и мотивацию. Результаты показывают, что стимуляция серотонином ЯДШ вызывает активацию коры головного мозга и базальных ганглиев - областей мозга, участвующих во многих когнитивных функциях.
Кроме того, реакция мозга на стимуляцию серотонином тесно связана с распределением серотониновых рецепторов (белков, активируемых серотонином) и схемой соединения серотониновых нейронов ЯДШ. “Мы четко видим на МРТ-изображениях высокого разрешения, какие области мозга активируются и деактивируются в бодрствующем состоянии и под наркозом, когда мы активируем серотониновые нейроны в ЯДШ”, - сказал ведущий автор исследования доктор Хироаки Хамада, чья статья была опубликована в журнале Nature Communications. “Предыдущее исследование показало, что кора головного мозга и базальные ганглии в основном деактивируются под наркозом, что мы также наблюдали, однако в бодрствующем состоянии эти области значительно активируются”.
Наш мозг состоит из десятков миллиардов нервных клеток, называемых нейронами. Эти клетки общаются друг с другом с помощью биомолекул, называемых нейротрансмиттерами. Серотонин, один из видов нейротрансмиттеров, вырабатывается серотониновыми нейронами в нашем мозге и влияет на многие наши поведенческие и когнитивные функции, такие как память, сон и настроение.
“Изучение серотониновой системы мозга может помочь нам понять, как мы адаптируем свое поведение и как действуют лекарства для лечения настроения. Но было трудно изучить, как серотонин из ядра дорсального шва влияет на весь мозг. Во-первых, потому что электрическая стимуляция ЯДШ может также активировать нейроны, которые не используют серотонин для связи друг с другом, а во-вторых, использование лекарств может повлиять на другой серотонин в мозге", - объясняет доктор Хироаки Хамада.
Предыдущие исследования ученых из отдела нейронных вычислений показали, что серотониновые нейроны в ЯДШ способствуют адаптивному поведению мышей, связанному с будущим вознаграждением. Доктор Хамада и соавторы хотели понять, какие механизмы в мозге вызывают это адаптивное поведение.
“Мы знали, что активация серотонина в ЯДШ оказывает сильное влияние на поведение, но мы не знали, как эта активация серотонина влияет на различные части мозга”, - заявил профессор Кенджи Дойя, руководитель отдела нейронных вычислений.
Для решения этого вопроса исследователи использовали новую методику, называемую оптико-функциональной МРТ. Они использовали метод, называемый оптогенетикой, для избирательной активации серотониновых нейронов в ЯДШ с помощью света и наблюдали за реакцией всего мозга с помощью функциональной МРТ (магнитно-резонансной томографии). Они использовали новейший МРТ-сканер с сильным магнитным полем для достижения высокого разрешения, необходимого для изучения маленького мозга мышей. Мышей помещали в МРТ-сканер и стимулировали серотониновые нейроны через равные промежутки времени, чтобы увидеть, как это влияет на весь мозг.
Они обнаружили, что стимуляция серотонина ЯДШ вызывает активацию коры головного мозга и базальных ганглиев - областей мозга, участвующих во многих когнитивных функциях. Этот результат сильно отличался от результатов предыдущего исследования, проведенного под наркозом. Кроме того, реакция мозга на стимуляцию серотонином тесно связана с распределением серотониновых рецепторов (белков, активируемых серотонином) и схемой соединения серотониновых нейронов ЯДШ.
“Мы четко видим на МРТ-изображениях, какие области мозга активируются и деактивируются в бодрствующем состоянии и под наркозом, когда мы активируем серотониновые нейроны в ЯДШ”, - говорит доктор Хамада. “Предыдущее исследование показало, что кора головного мозга и базальные ганглии в основном деактивируются под анестезией, что мы также наблюдали, однако в состоянии бодрствования эти области значительно активируются”.
Кора головного мозга и базальные ганглии - части мозга, критически важные для многих когнитивных процессов, включая двигательную активность и поведение, направленное на получение вознаграждения, такого как пища и вода. Поэтому активация серотониновых нейронов ЯДШ может приводить к изменениям в мотивации и поведении.
Профессор Дойя отметил, что следующая важная веха, которую необходимо достичь, - это понимание того, как именно происходит эта активация серотонина в масштабах всего мозга: “Важно выяснить, каков реальный молекулярный механизм, обеспечивающий эту активацию в нашем мозге. Людям, которые хотели бы научиться лучше корректировать свое поведение и мышление в различных ситуациях, будет полезно узнать больше о том, как серотонин помогает контролировать наше настроение”.
Окинавский институт науки и технологий (OIST), Пер.: PSYCHOL-OK.RU
