У людей обычно есть способность отбросить желание немедленного удовлетворения в ожидании чего-то хорошего. Но это не только человеческая черта – новое исследование показывает, что мыши тоже могут быть терпеливыми, показывая связь между химической системой мозга и верой мышей в то, как ожидание окупится.
Влияние серотонина нейромодулятора на способность мышей сохранять терпение в ожидании награды лежит в основе нового исследования, опубликованного в Nature Communications. Авторы, доктор. Кацухико Миядзаки и доктор. Кайоко Миядзаки, проанализировала, как грызуны вели себя под влиянием серотонина, в рамках исследования, проведенного в отделении нейронных вычислений Окинавского института науки и технологий аспирантуры (OIST).
Серотонин – это химический мессенджер, влияющий на функции нейронов. Это было связано с широким спектром поведения, включая настроение, сон, тягу и спонтанность. Власть химического вещества над поведением человека сделала его ключевым в лечении психических состояний, таких как депрессия, с помощью селективных ингибиторов рецепторов серотонина (СИОЗС), которые замедляют реабсорбцию серотонина и поддерживают его активность в мозге.
"Серотонин много изучался в фармакологии, и обычно назначают серотонинергические препараты," сказал Кацухико Миядзаки, "но роль серотонина в поведении не ясна." Команда исследовала причинно-следственную связь между уровнем серотонина и поведением мышей.
Мышей обучали выполнять задание по получению пищевого вознаграждения, засовывая нос в маленькую ямку и ожидая – поведение, называемое "ткнуть носом." По истечении заданного времени награда была доставлена. В предыдущем исследовании команда использовала метод, называемый оптогенетикой, метод, позволяющий ученым использовать свет для стимуляции определенных нейронов с точным временем. Эти нейроны генетически модифицируются для производства светочувствительного белка, а затем стимулируются светом по оптоволоконному кабелю, имплантированному в мозг. В исследовании нейроны, продуцирующие серотонин, были оптогенетически стимулированы в части мозга, называемой ядром спинного шва (DRN). Затем эти нейроны широко стреляли в передний мозг. В результате увеличение активности серотониновых нейронов в DRN резко увеличивало количество времени, в течение которого мыши были готовы ждать пищевого вознаграждения.
Хотя исследование показало, что серотонин увеличивает терпение, последнее исследование проверило, реагируют ли мыши аналогичным образом в обстоятельствах, когда получение вознаграждения было неопределенным. Будут ли мыши ждать еды независимо от вероятности и времени ее подачи, или они откажутся от еды, если прогнозируют низкую вероятность возврата затраченного времени?
Новые испытания показали, что способность серотонина повышать терпение ограничена. Мыши прошли испытание с 75-процентной вероятностью получения награды с трехсекундным периодом ожидания, прежде чем награда была доставлена. Когда эти мыши получали результат без вознаграждения, их время ожидания увеличивалось, как и ожидалось из предыдущей статьи. Однако в тестах, в которых вероятность доставки награды после укуса носа составляла 50 или 25 процентов, повышение серотонина не повлияло на время ожидания мышей. "Эффект терпения работает только тогда, когда мышь думает, что существует высокая вероятность вознаграждения," сказал доктор. Миядзаки.
Они также обнаружили, что стимуляция серотонином заставляла мышей ждать дольше, когда время получения вознаграждения было труднее предсказать. В некоторых сеансах с 75-процентной вероятностью получения вознаграждения мышей награждали через определенные промежутки времени, в то время как в других сеансах их награждали после рандомизированного времени. Увеличенное время ожидания за счет стимуляции серотониновых нейронов было более заметным, когда время вознаграждения было рандомизировано. (Инжир. 2).
Чтобы объяснить результаты своего эксперимента, команда построила вычислительную модель для объяснения экспериментальных данных. В этой модели мыши могли ожидать, когда будет доставлено пищевое вознаграждение, и судить, когда они подвергались испытанию без вознаграждения. Модель может воспроизводить экспериментальные результаты, предполагая, что серотонин влияет на уверенность в получении вознаграждения, когда субъективная уверенность высока. Например, в испытании с вероятностью 75% вознаграждения серотонин заставлял мышей вести себя так, как если бы вероятность вознаграждения составляла 95%.
Модель также воспроизвела результат временной неопределенности. Когда мыши не были уверены в сроках доставки вознаграждения, им стало трудно судить, ждут ли они испытания с вознаграждением или без вознаграждения. Стимуляция серотонином увеличивала уверенность мышей в том, что они участвуют в испытании с вознаграждением, что еще больше откладывало вынесение решения, поскольку время получения вознаграждения было менее ясным.
Результаты показывают, что взаимосвязь между активацией серотонина и последующим поведением сильно зависит от мнения животных об обстоятельствах. Эти результаты могут иметь значение для нашего понимания того, как люди, принимающие препараты, повышающие уровень серотонина, также могут пострадать. "Это может помочь объяснить, почему комбинированное лечение депрессии с помощью СИОЗС и когнитивно-поведенческой терапии (КПТ) более эффективно, чем только СИОЗС," сказал доктор. Миядзаки. "Психологический подъем терапии усиливается повышенным уровнем серотонина."