Как это звук может вызвать мурашки по спине? Наблюдая за отдельными клетками мозга мышей, ученые из лаборатории Колд-Спринг-Харбор (CSHL) понимают, как звук может вызывать страх.
Исследователь Бо Ли фокусируется на части мозга мыши, называемой миндалевидным телом, где образы, звуки и другие стимулы приобретают положительные или отрицательные ассоциации в результате опыта. Непрерывный процесс обучения и разучивания, происходящий в миндалевидном теле, нарушается у людей с тревожными расстройствами или большой депрессией. Понимание активности клеток мозга или нейронов в миндалевидном теле может привести к улучшению лечения.
В октябрьском номере журнала Nature Communications Ли и научный сотрудник Сянь Чжан описывают глубокие изменения в активности нейронов, когда они обучали животных бояться определенного звука и ассоциировать другой звук с вознаграждением. «Если вы посмотрите на паттерны активности клеток мозга в миндалевидном теле, вы сможете понять, ожидает ли животное вознаграждения или боится наказания», - объясняет Ли.
Ли и Чжан использовали микроскоп с линзой, достаточно маленькой, чтобы ее можно было имплантировать в мозг мыши, чтобы отслеживать активацию определенных нейронов до, во время и после тренировки животного. Они научили животных ассоциировать определенные звуки с вознаграждением или наказанием и наблюдали за эволюцией поведения нейронов. Эксперимент ассоциировал с раздражающим дуновением воздуха один тон - наказание. Наградным тоном была освежающая капля воды для питья.
Сначала нейроны, чувствительные к звуку, реагировали на каждый тон случайным возбуждением. Но когда один тон неоднократно сопровождался дуновением воздуха, нейроны срабатывали по очень специфической схеме. Этот паттерн очень напоминал паттерн возбуждения другого типа клеток мозга, которые активируются, когда мышь действительно подвергается наказанию. Точно так же, когда тон неоднократно сочетался с глотком воды, чувствительные к звуку нейроны срабатывали по образцу, аналогичному активности нейронов, когда мышь получала водное вознаграждение.
По мере того, как паттерны срабатывания становились более конкретными, животные облизывались в ответ на тон, связанный с наградой - предвкушение воды. Они моргали в ответ на звук, связанный с наказанием, ожидая дуновения воздуха.
Исследователи также поменяли значение каждого тона. Когда звук «поощрения» неоднократно сопровождался дуновением воздуха, нейроны отказывались от установленного паттерна возбуждения «поощрения» и переходили на паттерн «наказания». «Мы думаем, что именно так звук обретает смысл», - говорит Ли.