Сто лет понадобилось для того, чтобы найти нейроны, за счет которых Павлов научил собаку выделять слюну в ответ на звук. Теперь авторы открытия собрались увидеть страх.
Исследователи из Вашингтонского университета (University of Washington) решили посмотреть, как головной мозг грызунов реагирует на обучение.
Чтобы увидеть деятельность нейронов, ученые использовали метод, который называется Arc catFISH. Он основан на том, что белок Arc может прочно и избирательно связываться с активными нейронами в мозге, а затем его легко можно найти, селективно обработав связывающейся с ним флуоресцирующей молекулой.
Метод позволяет находить нейроны, которые проявляли активность в разное время. А специальное программное обеспечение позволяет из двумерных картинок активности в одном мозговом слое создавать объемную картину активности всего мозга.
У крыс исследователи решили отследить нейроны миндалевидного тела – отдела мозга, который отвечает за решение ассоциативных задач. Ассоциативная, или, как ее называют сами ученые, «павловская» задача, очень широко используется для изучения поведения животных и служит моделью для изучения пластичности мозга. То есть как меняются свойства самого мозга в результате обучения.
Лабораторных крыс, а точнее их мозг, учили отказываться от пищи с определенным вкусом.
Сначала в мозг подопытным животным ввели биомаркеры для Arc catFISH. Затем крысам долго не давали пить, а потом на пять минут выставили сахарную воду. Как пояснили авторы работы, сладкая вода -- стимул условный. Он вызывает у подопытных условный рефлекс (они напиваются, и жажда исчезает). Через 25 минут животным ввели хлорид лития. Он вызывает безусловную реакцию, не обусловленную внешними раздражителями, -- крыс тошнило. Еще через пять минут их умертвили.
Как описано выше, мозг грызунов подготовили и начали изучать. Выяснилось, что некоторые нейроны активизировались под действием условного стимула. Другие клетки возбудились от хлорида лития – безусловного стимула. Кроме того, на небольшое количество нейронов воздействовали оба стимула – примерно 4% из 300 найденных активных клеток. Исследователи назвали такие клетки «конвергентными нейронами».
В следующем эксперименте последовательность предъявления стимулов полностью изменили. Сначала крысы получали инъекцию для стимулирования тошноты и только потом раствор сахара.
При изучении препарата нервной ткани исследователи нашли только два типа нейронов – реагировавших на условный и безусловный стимулы. А вот конвергентных среди них не оказалось, хотя крысы получили точно такие же стимулы, как в первом эксперименте.
Как говорят исследователи, их работа наглядно подтвердила, что для эффективного обучения сначала нужно использовать условный стимул, а затем уже безусловный. Кроме того, теперь они уверены, что обнаружили нервные клетки, которые отвечают за пластичность мозга при обучении.
Свою модель ученые собираются проверить, изучая страх у животных. Возможно, потому что способность преодолеть страх вполне укладывается в стандартную павловскую систему обучения.
А результаты текущего исследования опубликованы в Proceedings of the National Academy of Sciences и на сайте университета.
