Две плодовые мушки встречаются в акриловой камере для спаривания и проверяют друг друга. Это насекомоподобная версия скоростных свиданий для науки.
Самец стучит самку ногой, которая усеяна рецепторами, чувствительными к феромонам. Затем он может упрямо следовать за ней и петь ей серенаду, вытягивая крыло и вибрируя им. Но перед тем, как самец приступит к этому ритуалу ухаживания, ему нужно принять важное решение: стоит ли ему приставать к этой самке или нет?
В исследовании, опубликованном онлайн 5 июля в журнале Neuron, ученые из Гарвардской медицинской школы показывают, что то, что склоняет чашу весов в пользу или против, - это конвергенция мотивации, восприятия и случайности. Исследователи обнаружили, что эта комбинация сильно влияет на баланс возбуждающих и тормозных сигналов в небольшой области мозга.
Дело не в сексе
Понимание механизмов выбора насекомых, по словам исследовательской группы, может помочь ученым понять и разработать стратегии лечения человеческих расстройств, при которых мотивация нарушается, таких как зависимость и депрессия..
Для авторов исследования Драгана Рогуля, доцент нейробиологии Гарвардской медицинской школы, и Майкл Крикмор, доцент неврологии Гарвардской медицинской школы и Ф. М. Центр нейробиологии Кирби в Бостонской детской больнице, помогающий раскрыть нейробиологию, стоящую за такими отклонениями в человеческой мотивации, является окончательным поиском.
Однако их исследования происходят в схемах мотивации мозга насекомого - взаимосвязанных наборах нейронов, которые плодовые мушки используют, чтобы выбирать, делать ли такие вещи, как еда, сон или совокупление.
Ухаживание плодовых мушек является идеальной моделью для изучения этой увлекательной схемы, объясняет Рогуля, потому что анатомия, управляющая этим явлением, относительно проста и имеет половой диморфизм у этих насекомых, что позволяет легко обнаруживать и манипулировать ими. Группа примерно из 20 нейронов, называемая P1, функционирует как командный центр ухаживания самца мухи.
Исследование группы показывает, что, когда самцы плодовых мушек хлопают самок ногой, вероятность начала ухаживания зависит от двух факторов: внутреннего состояния самцов - их либидо или их влюбчивости - и внешних раздражителей, например, «качество» их мишени для спаривания.
Например, самцы, которые давно не спаривались, инициируют ухаживание примерно в 44 процентах случаев после каждого постукивания ногой половозрелой самки, которая также давно не спаривалась. Это число падает примерно до 7 процентов, если представлен самка, которая недавно спарилась, и примерно до 6,5 процента, если самец в последнее время часто сам участвовал в спаривании..
Основываясь на предыдущей работе в своих лабораториях, Рогуля и Крикмор знали, что дофамин - химическое вещество мозга, которое управляет желанием и мотивацией как у мух, так и у людей - является катализатором спаривания мух, и что уровни дофамина высоки при половом акте. голодные самцы мух. Но нейронные механизмы, с помощью которых этот химический сигнал управляет поведением ухаживания, были неизвестны.
В сознании самца (дрозофилы)
Чтобы лучше понять, что мотивирует ухаживание у самцов мух, исследователи использовали комбинацию различных методов, в том числе технику, которая заставляет нейроны светиться под микроскопом, удаляя определенные рецепторы с поверхности других нейронов и используя свет для стимулировать или ингибировать популяции нейронов.
Вместе их результаты рисуют картину того, что происходит внутри мозга самца мухи.
После этого начального постукивания ногой, объясняют исследователи, поток возбуждения вызывает: «Дерзайте!» - и тормозящее - "Не мешай!" - сигналы поступают в командный центр ухаживания, P1. Если цель самца воспринимается как «низкокачественная» - неполовозрелая, слишком молодая, слишком старая, или если его рецепторы феромонов обнаруживают в ней низкий уровень полового влечения, - центр P1 будет получать больше тормозящих сигналов, чем возбуждающих.
Однако, по словам Рогуля, если нейроны P1 самца мухи получают много дофамина, они становятся менее чувствительными к тормозным сигналам, давая самцу добро на суд, иногда даже при неблагоприятных обстоятельствах. т идеал.
После первоначального решения суда дофамин также отвечает за поддержание поведения ухаживания вплоть до спаривания, объясняет она. Мухи с низким уровнем дофамина могут делать нерешительные попытки ухаживания, но быстро сдаваться.
Однако люди с высоким уровнем дофамина более склонны настойчиво преследовать свои любовные интересы.
«Допамин сообщает командному центру, как реагировать в первую очередь и когда сдаться», - сказал Рогуля. «Решение о судебном разбирательстве - функция этих нейронов».
Это сложно
Однако, отмечает Крикмор, самцы мух не действовали рефлекторно - даже высоко мотивированные самцы в паре с идеальными самками не ухаживали за ними после каждого касания. Они делают это только в 44 процентах случаев. Точно так же самцы с низкой мотивацией из-за недавнего спаривания или менее идеальной цели все еще время от времени ухаживают. Он объяснил, что это бинарное решение ухаживать или не ухаживать имеет элемент случайности, как и подбрасывание монеты, взвешенное с учетом таких факторов, как мотивация самца и сенсорная информация, которую он получает от самки.
Этот элемент случайности является ключевой частью того, что отличает схему мотивации мозга от схемы, отвечающей за обработку сенсорных или моторных сигналов.
«Когда вы переходите улицу, вы хотите со 100-процентной уверенностью видеть приближающуюся к вам машину», - сказал Крикмор. «Когда вы идете, вы хотите, чтобы ваша правая нога следовала за левой 100% времени. Вы не хотите, чтобы все было оставлено на волю случая».
Схемы, лежащие в основе решения преследовать кого-то или что-то, однако, могут включать в себя элемент случайности, что делает эти в целом логичные действия иногда причудливыми и даже иррациональными.
В будущих исследованиях Крикмор и Рогуля хотят лучше понять, как случайность интегрируется в мотивационные цепи, путем выявления ответственных генов и принципов цепи.
Важно, говорят ученые, нейробиология и нейрохимия мотивации плодовых мушек могут дать ценную информацию о том, что идет наперекосяк при зависимости, когда люди подталкиваются к веществам или действиям, которые могут быть вредными, или при депрессии, когда людям трудно вызвать мотивацию даже для обычных занятий повседневной жизни.
«Если подумать об этом таким образом, эти условия запирают людей на неправильном конце распределения вероятностей», - сказал Крикмор. «Слишком редко заниматься полезными делами или слишком часто вести себя деструктивно».
Исторически, говорят исследователи, открытия, сделанные в модели плодовой мушки, хорошо трансформировались в знания о людях, о чем недавно свидетельствует Нобелевская премия прошлого года за объяснение молекулярных механизмов циркадных ритмов.