Glad može pokrenuti motivaciono stanje koje vodi životinju ka uspešnom traganju za ciljem – traženju i pronalaženju hrane.
U veoma novoj studiji objavljenoj u Current Biology, istraživači sa Univerziteta Alabama u Birmingemu i Nacionalnog instituta za mentalno zdravlje, ili NIMH, opisuju kako dve glavne neuronske subpopulacije u delu talamusa mozga zvanom paraventrikularno jezgro učestvuju u dinamici regulisanje težnje ka cilju. Ovo istraživanje pruža uvid u mehanizme pomoću kojih mozak prati motivaciona stanja kako bi oblikovala instrumentalne akcije.
Za ovu studiju, miševi su prvo morali da budu obučeni u ponašanju poput traženja hrane, koristeći dugačko kućište nalik hodniku koje je imalo zonu okidača na jednom kraju i zonu nagrađivanja na drugom kraju, udaljenu više od 4 stope.
Miševi su naučili da čekaju u zoni okidača dve sekunde, sve dok zvučni signal nije pokrenuo njihov zadatak ponašanja nalik traženju hrane. Miš bi zatim mogao da krene napred sopstvenim tempom do zone nagrađivanja da bi dobio mali gutljaj Ensure-a sa ukusom jagode. Da bi prekinuli ispitivanje, miševi su morali da napuste zonu nagrađivanja i vrate se u oblast okidača, da sačekaju još jedan zvučni signal. Miševi su brzo učili i bili su veoma angažovani, kao što je pokazano kroz veliki broj ispitivanja tokom treninga.
Istraživači su zatim koristili optičku fotometriju i kalcijum senzor GCaMP da kontinuirano prate aktivnost dve glavne neuronske subpopulacije paraventrikularnog jezgra, ili PVT, tokom pristupa nagrađivanja od zone okidača do zone nagrade, i tokom završetka ispitivanja iz zone nagrade. nazad u zonu okidača nakon ukusa hrane sa ukusom jagode. Eksperimenti uključuju umetanje optičkog vlakna u mozak oko PVT-a za merenje oslobađanja kalcijuma, signala neuronske aktivnosti.
Dve subpopulacije u paraventrikularnom jezgru se identifikuju po prisustvu ili odsustvu dopaminskog D2 receptora, označenog kao PVT D2(+) ili PVT D2(–), respektivno. Dopamin je neurotransmiter koji omogućava neuronima da komuniciraju jedni sa drugima.
„Otkrili smo da neuroni PVT D2(+) i PVT D2(–) kodiraju izvršenje i završetak radnji usmerenih ka cilju, respektivno“, rekla je dr Sofija Bis, docent na Odseku za neurobiologiju UAB i saradnik. -dopisni autor studije. „Dalje, aktivnost u PVT D2(+) neuronskoj populaciji odražavala je parametre motivacije kao što su snaga i sitost.“
Konkretno, PVT D2(+) neuroni su pokazali povećanu aktivnost tokom pristupa nagrađivanja i smanjenu aktivnost tokom završetka ispitivanja. Nasuprot tome, PVT D2(–) neuroni su pokazali smanjenu aktivnost tokom pristupa nagrađivanja i povećanu aktivnost tokom završetka ispitivanja.
„Ovo je novo jer ljudi nisu znali da postoji raznolikost unutar PVT neurona“, rekao je Beas. „Suprotno decenijama verovanja da je PVT homogen, otkrili smo da, iako su iste vrste ćelija (obe oslobađaju isti neurotransmiter, glutamat), neuroni PVT D2(+) i PVT D2(–) rade veoma dobro. različiti poslovi. Pored toga, nalazi iz naše studije su veoma značajni jer pomažu u tumačenju kontradiktornih i zbunjujućih nalaza u literaturi u vezi sa funkcijom PVT-a.“
Dugo vremena, talamičke oblasti kao što je PVT smatrane su samo relejnom stanicom u mozgu. Istraživači sada shvataju, kaže Beas, da PVT umesto toga obrađuje informacije, prevodeći stanja potreba dobijenih iz hipotalamusa u motivacione signale preko projekcija aksona — uključujući PVT D2(+) i PVT D2(–) aksone — na nucleus accumbens, ili NAc . NAc ima kritičnu ulogu u učenju i izvršavanju ciljno orijentisanog ponašanja. Akson je dugačak produžetak nalik kablu iz tela neuronske ćelije koji prenosi signal neurona na drugi neuron.
Istraživači su pokazali da su ove promene u neuronskoj aktivnosti na PVT prenete na NAc merenjem neuralne aktivnosti sa optičkim vlaknom umetnutim tamo gde terminali PVT aksona dolaze do NAc neurona. Dinamika aktivnosti na PVT-NAc terminalima je u velikoj meri odražavala dinamiku aktivnosti koju su istraživači videli na PVT neuronima – naime povećan signal aktivnosti neurona PVT D2(+) tokom pristupa nagrađivanju i povećana neuronska aktivnost PVT D2(-) tokom završetka ispitivanja.
„Zajedno, naši nalazi snažno sugerišu da se karakteristike vezane za motivaciju i kodiranje ciljno orijentisanih akcija posteriornih PVT D2(+) i PVT D2(-) neurona prenose na NAc preko njihovih terminala“, rekao je Beas.
Tokom svake sesije snimanja mišem, istraživači su snimili osam do 10 uzoraka podataka u sekundi, što je rezultiralo veoma velikim skupom podataka. Pored toga, ove vrste snimaka su podložne mnogim potencijalnim zbunjujućim varijablama.
Kao takva, analiza ovih podataka bila je još jedan novi aspekt ove studije, korišćenjem novog i robusnog statističkog okvira zasnovanog na funkcionalnom linearnom mešovitom modeliranju koji uzima u obzir varijabilnost snimaka i može da istražuje odnose između promena fotometrije. signali tokom vremena i različite ko-varijacije zadatka nagrađivanja, kao što je koliko brzo su miševi izvršili ispitivanje ili kako nivoi gladi životinja mogu uticati na signal.
Jedan primer kako su istraživači povezivali motivaciju sa izvođenjem zadatka bio je razdvajanje vremena suđenja u „brze“ grupe, dve do tri sekunde do zone nagrađivanja od zone okidača, i „spore“ grupe, devet do 11 sekundi do zone nagrade.
„Naše analize su pokazale da je pristup nagrađivanja povezan sa većim porastom signala kalcijuma u PVT D2(+) neuronima tokom brzih u poređenju sa sporim ispitivanjima“, rekao je Beas. „Štaviše, pronašli smo korelaciju između signala i parametara kašnjenja i brzine. Važno je da nisu primećene promene u aktivnosti zadnjeg PVT D2(+) neurona kada miševi nisu bili angažovani na zadatku, kao u slučajevima kada su miševi lutali okolo. ograde, ali ne i aktivno vršenje ispitivanja.
„Sve u svemu, naši nalazi sugerišu da se aktivnost posteriornog PVT D2(+) neurona povećava tokom traženja nagrade i da je oblikovana motivacijom.“
Nedostaci motivacije su povezani sa psihijatrijskim stanjima kao što su zloupotreba supstanci, prejedanje i nemogućnost da se oseća zadovoljstvo u depresiji. Dublje razumevanje neuronske osnove motivisanog ponašanja može otkriti specifične neuronske puteve uključene u motivaciju i način na koji oni međusobno deluju. Ovo bi moglo dovesti do novih terapijskih ciljeva za obnavljanje zdravih motivacionih procesa kod pacijenata.
