Взрослые самцы мышей имеют простой репертуар врожденного или инстинктивного социального поведения: при встрече с самкой мышь-самец попытается спариться с ней, а при встрече с другим самцом мышь нападет. Животных не нужно учить такому поведению. Это привело к широко распространенному среди нейробиологов предположению, что мозговые цепи, опосредующие такое поведение, являются «зашитыми», что означает, что они являются генетически закодированными путями с небольшой гибкостью.
Но новое исследование неврологов Калифорнийского технологического института показывает, что это поведение и нейроны, которые его представляют, не так фиксированы, как считалось ранее.
Работа появилась в статье в выпуске журнала Nature от 19 октября, и ее возглавлял Дэвид Андерсон - профессор биологии Сеймура Бензера; Тяньцяо и председатель Института лидерства в области неврологии Крисси Чен; Исследователь Медицинского института Говарда Хьюза; и директор Института неврологии Тяньцяо и Крисси Чен.
Команда использовала мышей, которые были генетически модифицированы таким образом, что нейроны в определенной части мозга, отвечающей за агрессию и сексуальное поведение, - вентромедиальном гипоталамусе (VMH) - светились зеленым при активации. Чтобы визуализировать эту активацию, в гипоталамус вставляли тонкую, как игла, стеклянную линзу, а изображения мигающих нейронов записывали с помощью миниатюрного портативного микроскопа, прикрепленного к голове мыши. Эта технология визуализации мозга была первоначально разработана сотрудником Андерсона в Стэнфордском университете Марком Шнитцером и получена через Inscopix.
Команда Калифорнийского технологического института сначала провела тесты «резидент/нарушитель», в ходе которых они представили мозг социально и сексуально опытной «резидентной» мыши в своей клетке в виде одиночной мыши-нарушителя - либо самца, либо самки - был представлен. Исследователи обнаружили, что во время встреч с другими мышами активировался один из двух различных наборов нейронов в VMH: один набор, если другая мышь была самцом, и другой, если это была самка. Хотя эти нейроны пространственно перемешаны, между ними очень мало перекрытий, как крупинки соли и перца, разбросанные по тарелке.
Просто взглянув на активацию этих двух нейронных популяций, ученые смогли достоверно определить, взаимодействовало ли животное с самцом или с самкой. Эти наблюдения, казалось, подтверждали идею о том, что эти различные представления о мужчинах и женщинах запрограммированы и генетически зафиксированы с рождения.
Чтобы проверить эту идею более непосредственно, исследователи изучили поведение наивных мышей - тех, которых содержали в изоляции с момента отлучения от груди, без какого-либо социального или сексуального опыта. Если половое различие действительно было запрограммировано, то исследователи должны были наблюдать отдельную активацию групп нейронов, специфичных для распознавания самцов и самок, даже во время первых столкновений между этими наивными мышами и другими самцами или самками мышей-нарушителей.
Удивительно, но наоборот, нейроны этих наивных мышей изначально были одинаково активированы, когда мыши подвергались воздействию как самцов, так и самок мышей. В то же время эти мыши изначально не демонстрировали особого боевого (с самцами) или брачного (с самками) поведения. Только после многократного социального опыта - контакта с самцами или самками мышей в течение двух минут, пять раз в день в течение трех дней - появлялись отдельные наборы нейронов, представляющие самцов и самок мышей. Это разделение произошло как раз тогда, когда мыши начали проявлять агрессию по отношению к самцам и спариваться с самками.
Дальнейшие исследования показали, что социальный опыт с самкой, по-видимому, был ключевым требованием для мышей, чтобы развить отдельные, зависящие от пола популяции нейронов, а также агрессивное поведение. Команда обнаружила, что всего 30 минут социального взаимодействия с самкой было достаточно, чтобы наивные мыши стали агрессивными по отношению к самцам через 24 часа, а также вызвали разделение специфических представлений самцов и самок в мозгу мыши. Наивные мыши, которые подвергались воздействию только самцов, не проявляли агрессивного поведения и не демонстрировали этого разделения.
«Мыши не имеют нейронов, специфичных для пола, с рождения», - говорит соавтор исследования Райан Ремедиос, доктор наук в области биологии и биологической инженерии. «Разделение формируется как следствие социального опыта, в частности, социального опыта общения с женщиной».
«Это неожиданное открытие», - говорит соавтор Энн Кеннеди, докторант Калифорнийского технологического института в области биологии и биологической инженерии. «Эта область мозга, вентромедиальный гипоталамус, является примитивной, древней областью. Мы привыкли думать о ней как о фундаменте мозга, больше похожей на водопроводную систему, чем на компьютер. Наше исследование показывает, что эта область проявляет пластичность и расчетливость».
«Это фундаментальное исследование в области неврологии», - говорит Андерсон. «Мы изучаем проблему природы и воспитания: какая часть проводки мозга и поведения животного определяется генетикой, а не опытом. Эти результаты показывают, что даже схема предположительно врожденного поведения не так жестко запрограммирована, как считалось ранее. Это открытие поднимает вопрос. совершенно новый набор вопросов о том, как именно социальные взаимодействия с самками мышей могут вызывать изменения в паттернах мозговой активности и способствовать агрессивности».
«Тот факт, что между клетками, кодирующими секс и агрессию, существует очень тесная анатомическая связь, очень важен с биологической точки зрения, поскольку такое примитивное поведение необходимо для выживания», - добавляет Андерсон. «Это также поднимает вопрос о том, что люди, которые демонстрируют агрессивное сексуальное поведение, каким-то образом «пересекают свои нейронные связи». Если бы это было правдой, то когда-нибудь мы могли бы лечить кого-то, кто регулярно совершает насильственные сексуальные преступления, путем функционального распутывания их нейронов. Но в настоящее время это всего лишь идея, и до любых методов лечения, основанных на этом исследовании, еще далеко».