Базальные ганглии, структуры в глубине переднего мозга, которые, как известно, контролируют произвольные движения, также могут играть решающую роль в формировании у людей привычек, как плохих, так и хороших, а также в влиянии на настроение и чувства.
"Эта система – не просто двигательная система," говорит Энн Грейбил."Мы думаем, что это также сильно влияет на эмоциональную часть мозга."
Грейбил, исследователь из Института Макговерна Массачусетского технологического института и профессор кафедры мозга и когнитивных наук Массачусетского технологического института, считает, что основная функция базальных ганглиев – помогать людям развивать привычки, которые в конечном итоге становятся автоматическими, включая привычки мышления и эмоция.
"Многие повседневные движения становятся привычными из-за повторения, но мы также развиваем мыслительные и эмоциональные привычки," она говорит."Если когнитивные и эмоциональные привычки также контролируются базальными ганглиями, это может объяснить, почему повреждение этих структур может привести не только к двигательным расстройствам, но и к повторяющимся и навязчивым мыслям, эмоциям и желаниям."
Исследование Graybiel фокусируется на взаимосвязи мозга с привычками – как мы их создаем или ломаем – и на нейробиологии системы привычек. Она и ее команда определили и проследили нервные петли, идущие от внешнего слоя мозга"мыслящая шапка," как она это называет – в область, называемую полосатым телом, которая является частью базальных ганглиев, и обратно. Эти петли, по сути, связывают сенсорные сигналы с привычным поведением.
Ее работа в конечном итоге может повлиять не только на такие классические двигательные расстройства, как болезни Паркинсона и Хантингтона, но и на другие состояния, при которых часто возникают повторяющиеся движения, такие как синдром Туретта, аутизм или обсессивно-компульсивное расстройство, последнее, когда пациенты испытывают нежелательные и нежелательные симптомы. повторяющиеся мысли, чувства, идеи, ощущения или действия, которые заставляют их чувствовать побуждение что-то делать, например, многократное мытье рук.
Более того, исследование может иметь непосредственное значение для попытки понять "что происходит в мозгу по мере возникновения зависимости, когда формируются вредные привычки, а не только хорошие привычки," она говорит. "Есть много психических и неврологических состояний, при которых нарушаются эти же области мозга.
"На эти условия может частично влиять сама система, над которой мы работаем," Грейбил добавляет. "Мы работаем с моделями тревожности и депрессии, стресса и некоторых из этих двигательных расстройств."
Оказывается, эмоциональные контуры мозга тесно связаны с полосатым телом, говорит она. Исследование Graybiel предполагает, что активность полосатого тела сильно влияет на эмоциональные решения, которые люди принимают: принимать ли, например, хороший результат или потенциально плохой, и что существуют схемы, благоприятствующие хорошим результатам, и, что удивительно, другие схемы, благоприятствующие плохим результатам. те.
"Эта работа связана с новым исследованием, предполагающим, что существуют системы мозга для «хороших» и мозговые системы для «плохих»," она говорит. "Что интригует, так это то, что мы, возможно, определили схемы, которые выбирают между двумя."
Недавно Грейбил, первый грантополучатель Национального научного фонда, получил престижную премию Кавли в области нейробиологии (вместе с Корнелией Изабеллой Баргманн из Университета Рокфеллера и Винфридом Денком из Института медицинских исследований Макса Планка) за свои новаторские исследования "выяснение основных нейронных механизмов, лежащих в основе восприятия и решения."
Эти призы присуждаются ученым за их выдающиеся достижения в астрофизике, нанонауке и нейробиологии и включают денежную премию в размере 1 миллиона долларов в каждой области.
Лаборатория Грейбиэля была первой, кто более трех десятилетий назад обнаружил, что нейротрансмиттеры в полосатом теле имеют точную и уникальную организацию – компартменты, похожие на слои – открытие, которое удивило большинство ученых того времени.
"Мы не могли увидеть эту организацию в обычной старой анатомии, но мы обнаружили это с помощью химических маркеров, используя пятна," она говорит. "Представьте, что вы смотрите на пустыню, и все выглядит однообразно и однообразно, только песок. Затем вы надеваете специальные очки, и вдруг вы можете увидеть химический состав песков. Весь пейзаж выглядит совершенно по-другому, и вот что произошло, когда мы сделали это пятно.
"Теперь мы знаем, что по всему мозгу эти молекулы очень упорядочены," она добавляет. "Это линии связи и соединения от a к b и от b к c, и все эти связи работают благодаря этим молекулам химической связи. Мы обнаружили, что глубокий мозг, который выглядел так примитивно, не был таким примитивным, как думали люди. Мы обнаружили, что если посмотреть на химические вещества, а затем на входы и выходы, все было организовано относительно этих химических компонентов."
Она и ее команда также определили, что коммуникационные молекулы, которые, как известно, связаны с заболеваниями человека, такие как дофамин, ключевой нейромедиатор, были организованы таким образом. Дисфункция дофамина связана с развитием болезни Паркинсона.
"По мере того, как мы смотрели все больше и больше, мы обнаружили, что можем проследить связи от неокортекса до полосатого тела," она говорит. "Все они были организованы в отсеки либо в отсеках, которые мы назвали стриосомами, либо в отсеках, которые их окружали.”
Стриосомы являются одним из двух дополнительных химических компартментов в полосатом теле. Второй отсек известен как матрица.
После этого, "Следующее, что мы обнаружили, это то, что все это выглядело как обучающаяся машина из-за того, как все было организовано," она говорит. "Мы решили учиться учиться. Для этого нам пришлось научиться записывать нейронную активность. Оказывается, система чрезвычайно активна, когда мы учимся привычкам. Вот как мы начали."
Грейбил использует электрические записи, поведенческие тесты и генные подходы для изучения этих проблем и заметил заметные изменения в нейронной активности в полосатом теле, когда животные усвоили новые привычки.
"Активность этой части мозга изменялась по мере того, как животные учились, и они сильно коррелировали с обучением," она говорит. "Мы каждый день водим животных в «школу» и даем им тренироваться. Они усваивают привычки – бегать вправо или делать что-то при щелчке, пока это не станет привычным. По мере обучения происходят все эти изменения в нейронной активности."
Она и ее лаборатория также обнаружили, что эти изменения координируются с моделями активности в гиппокампе, структуре мозга, связанной с памятью фактов и событий. В настоящее время она и ее лаборатория изучают новые методы воздействия на активность полосатого тела и гены, обнаруженные в области мозга, которые, как считается, участвуют в реакции мозга на злоупотребления наркотиками, а также на терапевтические препараты, например, для лечения болезни Паркинсона.
Их работа предлагает новый взгляд на то, как истощение дофамина влияет на основные структуры мозга, участвующие в болезни Паркинсона, и как этот ключевой нейромедиатор может влиять на способность поддерживать движение и мысли.
"Надеюсь, наша фундаментальная научная работа может привести к новым терапевтическим подходам к этим расстройствам, не только в виде лекарств, но и других новых методов лечения, которые влияют на текущую активность нейронов в базальных ганглиях," она говорит. "Нет ничего, что я предпочел бы сделать, кроме как помогать в поиске новых методов лечения для лечения ряда расстройств, связанных с системой, которую мы изучаем, от болезни Паркинсона до ОКР и зависимости, и, возможно, просто возможно, чтобы помочь остальным из нас отучиться плохие привычки."