Две плодовые мушки встречаются в акриловой брачной камере и проверяют друг друга. Это версия скоростного свидания с насекомыми для науки.
Самец похлопывает самку ногой, усеянной рецепторами, воспринимающими феромоны. Затем он мог упорно следовать за ней и петь ей серенаду, высовывая крыло и вибрируя его. Но прежде, чем самец вступит в этот ритуал ухаживания, ему нужно принять важное решение: должен ли он действовать на эту самку или нет?
В исследовании, опубликованном 5 июля в журнале Neuron, ученые Гарвардской медицинской школы показывают, что баланс в пользу или против склоняет конвергенция мотивации, восприятия и случайности. Комбинация, как обнаружили исследователи, 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 собрать информацию и разработать стратегии лечения расстройств человека, при которых мотивация нарушается, таких как зависимость и депрессия.
Для авторов исследования Драгана Рогулья, доцент кафедры нейробиологии Гарвардской медицинской школы, и Майкл Крикмор, доцент неврологии Гарвардской медицинской школы и Университета Ф.M. Центр нейробиологии Кирби в Бостонской детской больнице, помочь разгадать нейробиологию, лежащую в основе таких аномалий в человеческой мотивации, – это высший квест.
Однако их исследования происходят в мотивационной схеме мозга насекомого – взаимосвязанных наборах нейронов, которые плодовые мушки используют, чтобы выбирать, что делать, например, есть, спать или совокупляться.
Ухаживание плодовой мушки – идеальная модель для изучения этой увлекательной схемы, объясняет Рогуля, потому что анатомия, которая управляет этим феноменом, относительно проста и сексуально диморфна у этих насекомых, что позволяет легко находить и манипулировать ими. Группа из 20 нейронов, называемая P1, функционирует как центр управления ухаживаниями самцов мух.
Исследование группы показывает, что, когда самцы дрозофилы хлопают самок по ноге, вероятность начала ухаживания зависит от двух факторов: внутреннего состояния самцов – их либидо или того, насколько влюбчивы они себя чувствуют – и от внешних стимулов, таких как "качественный" их мишени для спаривания.
Например, самцы, которые долгое время не спаривались, будут инициировать ухаживание примерно в 44 процентах случаев после каждого похлопывания по ноге самки, которая является половозрелой и также не спаривается какое-то время. Это число снижается примерно до 7 процентов, если женщина представляет недавно спарившуюся самку, и примерно до 6 процентов.5 процентов, если самец в последнее время много спаривался.
Основываясь на предыдущей работе в своих лабораториях, Рогуля и Крикмор знали, что дофамин – химическое вещество мозга, которое одинаково определяет желание и мотивацию как у мух, так и у людей, – является катализатором спаривания мух, и что уровень дофамина высок у измученных половым голодом самцов мух. Но нейронные механизмы, с помощью которых этот химический сигнал управляет ухаживанием, были неизвестны.
Внутри мужского (плодовая муха) разума
Чтобы лучше понять, что мотивирует ухаживать за самцами мух, исследователи использовали комбинацию различных методов, в том числе технику, которая заставляет нейроны загораться под микроскопом, удаляя определенные рецепторы с поверхностей других нейронов и используя свет для стимуляции или подавления популяций мух. нейроны.
Вместе их результаты рисуют картину того, что происходит внутри мозга самцов мух.
Исследователи объясняют, что после этого первого удара ногой последовал поток возбуждающих -"Действуй!"—И тормозящее—"Не беспокойтесь!"- сигналы поступают в центр управления ухаживаниями, P1. Если цель самца воспринимается как "низкое качество"- не половозрелый, слишком молодой, слишком старый или если его феромоновые рецепторы обнаруживают у нее низкий уровень сексуального влечения – центр P1 будет получать больше тормозящих сигналов, чем возбуждающих.
Однако, по словам Рогульи, если нейроны P1 самца мухи получают много дофамина, они становятся менее чувствительными к тормозным сигналам, что дает самцу мухи добро на суд, иногда даже в неидеальных обстоятельствах.
Она объясняет, что после первоначального решения в суде дофамин также отвечает за поддержание поведения ухаживания до момента спаривания. Мухи с низким уровнем дофамина могут делать нерешительные попытки ухаживания, но быстро сдаются.
Однако люди с высоким уровнем дофамина с большей вероятностью будут настойчиво преследовать свои любовные интересы.
"Дофамин сообщает командному центру, как реагировать вначале и когда сдаваться," Рогуля сказал. "Решение в суд – это функция этих нейронов."
Все сложно
Однако, как заметил Крикмор, самцы мух действовали не рефлекторно – даже высокомотивированные самцы в паре с идеальными самками не ухаживали за каждым прикосновением. Они делают это только в 44% случаев. Точно так же самцы с низкой мотивацией из-за недавнего спаривания или неидеальной цели все еще время от времени ухаживали. Это бинарное решение судить или не судить, объяснил он, имеет элемент случайности, такой как подбрасывание монеты, взвешенный такими факторами, как мотивация мужчины и сенсорная информация, которую он получает от женщины.
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 иметь возможность видеть приближающуюся к вам машину со 100-процентной уверенностью," сказал Крикмор. "Когда вы идете, вы хотите, чтобы ваша правая нога следовала за левой ногой в 100% случаев. Вы не хотите, чтобы все оставалось на волю случая."
Однако схемы, лежащие в основе решения преследовать кого-то или что-то, могут включать в себя элемент случайности, делая это в целом логичное поведение иногда причудливым и даже иррациональным.
В будущих исследованиях Крикмор и Рогуля хотят лучше понять, как случайность интегрируется в мотивационные цепи, путем определения ответственных генов и принципов цепи.
Важно отметить, что, по словам ученых, нейробиология и нейрохимия мотивации плодовой мухи могут дать ценную информацию о том, что идет не так с зависимостью – когда люди склоняются к веществам или действиям, которые могут быть вредными, или в депрессии, когда людям трудно вызвать мотивацию даже к нормальной повседневной деятельности.
"Когда вы думаете об этом таким образом, эти условия блокируют людей на неправильном конце распределения вероятностей," Крикмор сказал. "Слишком редко заниматься продуктивными делами или слишком часто проявлять деструктивное поведение."
По словам исследователей, исторически открытия, сделанные в модели плодовой мухи, хорошо повлияли на понимание людей, что недавно было подтверждено присуждением Нобелевской премии в прошлом году за выяснение молекулярных механизмов циркадных ритмов.