Дослідники з Массачусетського технологічного інституту детально вивчили реакцію мозку на несподівані події, механізм прийняття рішень, а також те, як почуття подиву допомагає в навчанні і яку роль у всьому цьому відіграє норадреналін.
Норадреналін (або норепінефрин) — один з основних нейромодуляторів, що впливає на нейрони в багатьох областях головного мозку, але виробляється в основному глибоко в його надрах, в клітинах блакитної плями (області блакитного кольору в стовбурі мозку). Він бере участь у безлічі функцій мозку, включаючи збудження, підвищення пильності, пам’ять, навчання і стан занепокоєння. Дисфункція блакитної плями, дегенерація системи виробництва або розпізнавання норадреналіну вважаються ознаками таких нейродегенеративних захворювань, як хвороби Альцгеймера, Паркінсона і Хантінгтона.
У новому дослідженні команда з Массачусетського технологічного інституту (США) вирішила вивчити роль блакитної плями в конкретному типі навчання — навчання з підкріпленням, або методом проб і помилок. Для цього автори навчали мишей натискати на важіль, коли вони чули високочастотний звуковий сигнал, і нічого не робити в разі низькочастотного сигналу. Коли гризуни правильно реагували на високочастотний сигнал, вони отримували воду, але якщо натискали на важіль, коли чули низькочастотний звук, то отримували неприємну цівку повітря.
Крім цього, тварин навчили сильніше і рішучіше (по суті, швидше) натискати на важіль, коли високочастотні звуки ставали голосніше. Коли їх гучність сигналу була нижчою, миші були менш впевнені в тому, чи слід їм натискати чи ні, що відбивалося на збільшенні часу прийняття рішення.
Щоб перевірити роль саме блакитної плями в навчанні і процесі прийняття рішень, дослідники придушили його активність у навчених особин. В результаті період часу, необхідного на те, щоб зважитися натиснути на важіль, у таких мишей значно збільшувався.
Це дозволяє припустити, що вивільнення норадреналіну блакитною плямою допомагає ризикнути отримати винагороду навіть в ситуаціях, коли виграш не гарантований. Дослідники також виявили, що нейрони, які генерують цей норадреналіновий сигнал, мабуть, посилають більшу частину нейромодулятора в моторну кору, щоб стимулювати тварину до дії.
Хоча початковий сплеск вироблення норадреналіну, мабуть, стимулює мишей до дії, вчені з’ясували, що найчастіше зустрічається другий сплеск, що відбувається вже після завершення навчання і випробування. Коли в кінці випробовувані отримували очікувану винагороду, ці сплески були невеликими. Однак, коли результат вийшов несподіваним (наприклад, якщо миша отримувала неприємну цівку повітря замість очікуваної заслуженої нагороди), сплески вироблення нейромодулятора виявилися набагато більше.
«У наступних випробуваннях така миша з набагато меншою ймовірністю натисне на важіль, якщо не буде впевнена в тому, що отримає винагороду. Тварина постійно коригує свою поведінку, – пояснив професор нейробіології у відділі вивчення мозку і когнітивних функцій Массачусетського технологічного інституту і головний автор дослідження Мригангка Сур (Mriganka Sur). – Хоча миша вже засвоїла завдання, вона коригує свою поведінку в залежності від того, що тільки що зробила».
Піддослідні також демонстрували сплески вироблення норадреналіну у випробуваннях, коли отримували несподівану винагороду. Ці сплески, здається, поширювали норадреналін у багато частин мозку, включаючи префронтальну кору, відповідальну за планування складної поведінки, прийняття рішень та інші вищі когнітивні функції. Подібна реакція на несподівані події дозволяла коригувати результати навчання і краще виконувати завдання на наступних стадіях дослідження.
Надалі автори роботи планують вивчити можливу взаємодію норадреналіну з іншими нейромодуляторами, особливо дофаміном, який, як відомо, теж реагує на несподівану винагороду. Крім того, вчені сподіваються дізнатися більше про те, яким чином префронтальна кора зберігає інформацію про сигнали від блакитної плями, щоб допомогти тваринам поліпшити свої результати в майбутніх випробуваннях.