Заработай в интернет-проекте мой бизнес онлайн

В мозге рыб обнаружен переключатель, настраивающий на победу или поражение в драке

Рис. 1. Типичная последовательность событий в конфликте двух самцов данио-рерио: 1 — демонстрации, 2 — кружение, 3 — укусы, 4 — определение победителя и побежденного. Рисунок из обсуждаемой статьи в Science

Взаимоотношения с сородичами являются для позвоночных не менее фундаментальным аспектом жизнедеятельности, чем дыхание или пищеварение. Поэтому неудивительно, что в мозге существуют специализированные отделы, регулирующие те или иные аспекты социального поведения. Японские нейробиологи обнаружили в мозге модельной рыбки данио-рерио два нейронных контура, один из которых активен у победителей в драках, а второй — у побежденных. Трансгенные рыбки с блокированным «путем победителя» обычно проигрывают драки, даже если по физическим показателям не уступают сопернику. Напротив, рыбки с отключенным «путем побежденного» не желают сдаваться и поэтому чаще всего побеждают. Обнаружен и третий путь, обеспечивающий нормальное поведение побежденного: если этот путь заблокировать, побитая в драке рыбка продолжает вести себя нескромно, провоцируя новые атаки победителя. Аналоги этих путей есть и у млекопитающих.

Агрессия — важный аспект социального поведения, помогающий структурировать отношения между особями и эффективно распределять дефицитные ресурсы. Стычки между животными одного вида редко заканчиваются смертоубийством: обычно дело ограничивается установлением социальной иерархии. В итоге победитель пользуется всеми выгодами завоеванного социального статуса, а побежденному приходится умерить свои претензии и довольствоваться малым. Зато все остаются живы и не приходится ни с кем драться насмерть, что всегда рискованно даже для сильнейшего.

Нейробиологи активно ищут и изучают отделы мозга и нейронные пути, обеспечивающие сложное социальное (в том числе агрессивное) поведение. Сама идея найти в мозге специализированные системы, отвечающие за те или иные аспекты социального поведения, может показаться странной человеку, которого учили, что «социальная форма движения материи» есть высшая по отношению к «биологической». На самом деле социальная жизнь для многих животных не менее фундаментальна и биологична, чем дыхание и пищеварение. Поэтому в нервной системе наряду с центрами аппетита, сна или икоты точно так же есть центры различных социально-ориентированных аспектов физиологии и поведения (см.: Нейронные сети, отвечающие за социальное поведение, эволюционируют очень медленно, «Элементы», 14.06.2012). Другое дело, что расшифровать их устройство — непростая задача.

Японские нейробиологи сделали важный шаг на пути к расшифровке нейронных контуров, регулирующих агрессивное поведение у позвоночных. Ученые работали с классическим модельным объектом, который сегодня используется многими нейробиологическими лабораториями, — рыбкой данио-рерио (zebrafish). Самцы этих рыб выясняют, кто из них главный, при помощи драк, которые обычно развиваются по стандартному сценарию (см. рис. 1, а также видео The typical sequence of a male zebrafish fight). Конфликт начинается с «агонистических демонстраций»: растопыривания плавников и угрожающих движений. Рыбки кружатся, словно в танце; постепенно они распаляются и начинают кусать друг друга. Кончается всё тем, что один из соперников признаёт себя побежденным и удирает. Если дело происходит в тесном аквариуме и удирать некуда, побежденный затаивается на дне и лежит там тихонько, чтобы не навлечь на себя гнев победителя (см. видео Normal behavior of losing wildtype zebrafish 10 minutes after a fight).

Для данио-рерио характерен «эффект победителя» (winner effect): победа в драке резко повышает шансы на победу в следующем конфликте, а поражение увеличивает вероятность новых поражений независимо от силы соперников (R. F. Oliveira et al., 2011. Fighting Zebrafish: Characterization of Aggressive Behavior and Winner–Loser Effects). «Эффект победителя» четко проявляется через час после драки, но сглаживается в течение суток.

Мозг данио детально изучен, а главное, для этого объекта разработаны мощные исследовательские методики, позволяющие следить за работой отдельных групп нейронов и манипулировать ими множеством способов, включая генно-инженерные. Все это и позволило исследователям обнаружить нейронные пути, регулирующие поведение животного в ходе конфликта и отвечающие за «эффект победителя».

В мозге рыб обнаружен переключатель, настраивающий на победу или поражение в драке

Рис. 2. Нейронные пути победы и поражения в мозге данио-рерио. Вверху — схема расположения отделов мозга: Telencephalon — конечный мозг, Habenula — поводок, Optic tectum — оптический тектум, гомолог верхнего двухолмия млекопитающих, dHbL, dHbM — латеральный и медиальный отделы дорзального поводка, d/iIPN, vIPN — дорзально-внутренний и вентральный отделы межножкового ядра, Median Raphe — срединное ядро шва, DT — дорзальная область покрышки среднего мозга. Внизу — активность двух путей у побежденных (Losers, подавлена активность пути dHbL – d/iIPN), неопытных рыб (Naïve) и победителей (Winners, подавлена активность пути dHbM – vIPN). Рисунок из синопсиса к обсуждаемой статье в Science

Авторы сосредоточились на структуре, которая называется «поводок» (habenula, Hb) и входит в состав эпиталамуса, который, в свою очередь, является частью промежуточного мозга. У млекопитающих поводок интегрирует информацию о всевозможных неприятных стимулах (поступающую сюда из лимбической системы и базальных ганглиев) и корректирует поведение в соответствии с этими данными. Например, есть указания на связь активности нейронов поводка с раздражительностью и агрессивностью, которые иногда проявляются у людей, пытающихся бросить курить. Аксоны нейронов поводка идут в межножковое ядро среднего мозга (interpeduncular nucleus, IPN). Об этом нервном пути известно, что он задействован в реакциях на пугающие стимулы, причем это справедливо как для рыб, так и для млекопитающих. У рыб нейроны IPN посылают сигналы в отдел среднего мозга, называемый «дорзальной областью покрышки» (dorsal tegmental area, DT). Этот отдел частично соответствует центральному серому веществу (periaqueductal gray) млекопитающих, которое у нас контролирует, помимо прочего, выбор между реакциями борьбы, бегства и замирания.

Таковы были косвенные улики, побудившие авторов начать поиск нейронных путей победы и поражения именно с поводка. Для начала они проверили при помощи кальциевого картирования (см.: Calcium imaging), какие области среднего мозга возбуждаются в результате электрической стимуляции поводка. Оказалось, что у рыб, не участвовавших в драках («наивных») и у тех, кто недавно победил в драке («победителей»), при такой стимуляции возбуждается дорзальная часть IPN (dIPN) и DT. Однако у рыб, недавно проигравших драку («побежденных»), возбуждаются другие структуры: вентральная часть IPN (vIPN) и срединное ядро шва (Median raphe nucleus, MR).

Прижизненная регистрация активности нейронов у рыб с вставленными в голову микроэлектродами подтвердила, что существуют два параллельных нервных пути, связывающих поводок с IPN, причем у победителей нервные импульсы легче проходят по первому пути, а у проигравших — по второму. «Путь победителя» идет от латеральной части дорзального поводка (dHbL) в дорзальную и внутреннюю части IPN (d/iIPN), а затем в DT (сокращенное обозначение этого пути: dHbL – d/iIPN – DT). «Путь побежденного» начинается в медиальной части дорзального поводка (dHbM), идет в вентральный IPN (vIPN) и далее в MR (сокращенно dHbM – vIPN – MR) (рис. 2).

Затем авторы перешли к экспериментальной проверке влияния обнаруженных нервных путей на агрессивное поведение рыб. Для этого были изготовлены две трансгенные линии, в одной из которых ген столбнячного нейротоксина (см.: Тетанотоксин) экспрессировался исключительно в dHbL, а в другой — в dHbM. Соответственно, в первом случае выводился из строя «путь победителя», во втором — «путь побежденного».

Трансгенных самцов провоцировали на драку с обычными самцами, обладающими сходным генотипом (это были родные братья тестируемых рыб, но без экспрессии нейротоксина в мозге), и подсчитывали число побед и поражений. Оказалось, что рыбы с отключенным «путем победителя» склонны проигрывать драки (они победили лишь в 25% схваток), а рыбы с отключенным «путем побежденного», наоборот, в большинстве случаев побеждают (70% побед). Дополнительные тесты показали, что эти различия не связаны с силой, выносливостью или двигательной активностью самцов, которые были примерно одинаковы у всех тестируемых рыб. Тесты на агрессивность (включавшие, в частности, подсчет числа нападений на собственное отражение в зеркале), на уровень тревожности и на способность к выработке условных рефлексов тоже не выявили различий между группами. Более того, даже ход драки (ее продолжительность, частота и число укусов) значимо не различался у трансгенных и обычных самцов. Разница была только в том, что самцы с отключенным «путем победителя» в итоге сдавались (удирали и затаивались), даже если поначалу выигрывали «по очкам» (числу укусов), а рыбы с отключенным «путем побежденного» не сдавались ни за что.

Кроме того, оказалось, что у самцов, генетически настроенных на поражение (с отключенным путем dHbL – d/iIPN), отсутствует «эффект победителя». Те 25% трансгенных самцов, которые всё-таки победили в первой драке, во втором конфликте с неопытным нормальным самцом обычно проигрывали (частота побед 30%, то есть почти такая же, как и в первой драке). Для сравнения, их родные братья с работающим «путем победителя», победившие в первой драке, выигрывали вторую схватку с вероятностью 90%.

Раз так, логично было бы предположить, что у самцов с отключенным «путем побежденного» не будет проявляться «эффект побежденного». Иными словами, после поражения они будут всё равно с высокой вероятностью выигрывать следующую драку. Это, однако, не подтвердилось. «Эффект побежденного» выражен у самцов с отключенным путем dHbM – vIPN не хуже, чем у обычных самцов: первое поражение резко повышает вероятность проигрыша следующей драки. Причины такой несимметричности в работе двух нервных путей еще предстоит выяснить.

Авторы предполагают, что противоположное действие обнаруженных путей связано с тем, что один из них заканчивается в DT, а другой в MR. Первый из этих отделов мозга предположительно (по аналогии с млекопитающими) задействован в выборе между борьбой и бегством. Второй регулирует уровень беспокойства и устойчивость к отрицательным стимулам, сбои в его работе ведут к депрессивным состояниям (ядра шва — важная часть серотониновой системы мозга). Сигналы, приходящие туда из IPN, ГАМК-эргические, то есть тормозящие. В общем, похоже на то, что активность «пути победителя» делает рыбку бесстрашной (выбирающей драку, а не бегство), а активность «пути побежденного» вселяет в нее чувство неуверенности и тоски.

По-видимому, эти два пути работают по принципу бинарного переключателя, настраивая рыбку на победу или поражение. В таком случае здесь была бы уместна система взаимного торможения (см.: Принимая коллективное решение, пчелы-разведчики убеждают оппонентов замолчать, «Элементы», 12.01.2012). Прямые связи между dHbL и dHbM отсутствуют, поэтому главную роль в предполагаемом взаимном торможении, скорее всего, играют тормозящие связи между d/iIPN и vIPN.

Авторы обнаружили еще и третий нейронный путь, влияющий на поведение побежденных. Он идет от вентрального поводка (vHb) к MR. Побежденные рыбки с отключенным путем vHb – MR ведут себя не так, как положено побежденным. Вместо того, чтобы тихонько лежать на дне и не рыпаться, они продолжают плавать по аквариуму, провоцируя новые атаки победителя (см. видео Abnormal behavior of transgenic loser zebrafish 10 minutes after a fight). Это согласуется с результатами, которые были получены авторами ранее и которые показывают, что активность vHb отражает негативные ожидания и что этот отдел мозга позволяет рыбам учиться избегать неприятностей.

Таким образом, авторы показали, что разные аспекты поведения во время и после драки регулируются тремя отделами поводка: dHbL вселяет бесстрашие и настраивает на победу, dHbM побуждает сдаться, а vHb обеспечивает скромное (а значит, наиболее безопасное) поведение побежденного. Дальнейшие исследования покажут, в какой мере эти выводы приложимы к другим классам позвоночных.

Источник: elementy.ru

Заработай в интернет-проекте мой бизнес онлайн

НЕТ КОММЕНТАРИЕВ

ОСТАВЬТЕ ОТВЕТ