Впервые в истории нейрофизиологам из KU Leuven, Гарварда и Университета Киото удалось обратимо отключить связь между двумя областями мозга приматов, когда они выполняли когнитивные задачи или когда контролировалась вся их мозговая активность. Отключение отрицательно сказалось на мотивации животных, но не на их обучающем поведении. Исследование, опубликованное в Neuron, может в конечном итоге привести к более целенаправленным методам лечения определенных заболеваний головного мозга.
Обучение имеет решающее значение для выживания человека. Важную роль в этом играет система вознаграждения мозга. Младенцы учатся держать чашку, чтобы пить самостоятельно. Будучи студентом, вы приобретаете навыки, которые пригодятся вам в карьере. Во времена COVID-19 мы учимся быстро приспосабливаться к мерам, чтобы избежать заражения – или, по крайней мере, к штрафному или неодобрительному взгляду. Помимо вознаграждения, еще одним важным фактором в обучении является мотивация. Без мотивации даже самый умный студент никогда бы не получил ученую степень. Но самое главное: мотивация или награда?
Вим Вандуффель и его коллеги исследовали, является ли конкретный мозговой путь решающим для мотивации или обучения, основанного на вознаграждении. В первом задании животные должны были приложить большие усилия, чтобы получить большую награду, или небольшие усилия, чтобы получить меньшую награду. Исследователи показали на экране две простые формы. Примат узнал, например, что он получил больше апельсинового сока, когда посмотрел на красный треугольник, чем когда он посмотрел на синий круг. Ему также пришлось дольше смотреть на треугольник и, таким образом, приложить больше усилий, чтобы получить большую награду. Итак, примат должен был быть сильно мотивирован, если он хотел большей награды.
Во втором задании примат снова должен был посмотреть на две фигуры. Однако в этом случае выбор одной формы был связан с более высокой вероятностью получения апельсинового сока, чем выбор другой формы. Размер награды был таким же, но смотреть на одну фигуру вознаграждали чаще, чем на другую.
Как и люди, приматы очень быстро учатся выбирать стимул, который приносит наибольшую награду; они пытаются максимизировать свою прибыль. На более позднем этапе исследователи изменили шансы на получение награды. Без ведома приматов форма, которая раньше приносила меньшее вознаграждение, внезапно стала самой прибыльной. И снова, как и люди, приматы учатся быстро менять стратегии, выбирая новый, более выгодный стимул.
Исследователи временно отключили нервный путь между вентральной областью tegmentalis (VTA) и прилежащим ядром (NAc).
Снижение мотивации
Затем исследователи обратимо отключили определенный путь. Этот путь, связь между двумя важными церебральными ядрами системы вознаграждения, в основном производит дофамин. Вмешательство сильно повлияло на мотивацию животных при выполнении первого задания. Внезапно животные всегда выбирали легкое маленькое вознаграждение вместо большого вознаграждения, которое требовало больших усилий. Не было изменений в поведении во время второго учебного задания с подкреплением. Животные выяснили, какой стимул был наиболее выгодным, так же быстро, как и в первый раз.
Следовательно, этот конкретный путь важен для поддержания мотивации, чтобы прилагать больше усилий, но не для того, чтобы узнать об изменениях в связях между стимулом и вознаграждением.
Исследователи использовали функциональную МРТ, чтобы изучить активность мозга приматов. Когда этот путь был отключен, они заметили удивительное увеличение функциональной связи между областями височной и лобной коры головного мозга: эти области активируются более синхронно. Таким образом, это увеличение было связано со снижением мотивации.
Первый раз
"Это первый случай, когда ученым удалось обратимо отключить определенный путь между двумя областями мозга приматов, пока они выполняют когнитивные задачи, и вся их мозговая активность находится под контролем," объясняет профессор Вандуффель. В более ранних исследованиях области мозга обычно активировались или деактивировались полностью, что влияло на все связи в этой конкретной области. "В очень немногих опубликованных к настоящему времени экспериментах по выборке путей обезьянам не нужно было выполнять когнитивные задачи, а также не брали пробы активности всего мозга. Вопреки достигнутому консенсусу, основанному в основном на исследованиях на грызунах, похоже, что этот путь в системе вознаграждения мозга более важен для мотивации прилагать большие усилия, чем для обучения, основанного на вознаграждении."
Психиатрия
Отсутствие или избыток мотивации играет важную роль во многих психических расстройствах, включая депрессию, компульсивное поведение, зависимость, тревожные расстройства, расстройства настроения и шизофрению. "Наше исследование открывает новые перспективы для увеличения или уменьшения активности определенных проводящих путей без воздействия на всю область или систему мозга, поскольку другие пути, исходящие из того же ядра головного мозга, остаются незатронутыми," говорит профессор Вандуффель. "Это не относится к методам, в которых затрагивается вся область и, следовательно, все соединения этой области. Это открывает дверь для более точного вмешательства в системы мозга и, как следствие, разработки более эффективных методов лечения расстройств мозга с меньшим количеством побочных эффектов.