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

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».

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: Ming-Yi Chou, Ryunosuke Amo, Masae Kinoshita, Bor-Wei Cherng, Hideaki Shimazaki, Masakazu Agetsuma, Toshiyuki Shiraki, Tazu Aoki, Mikako Takahoko, Masako Yamazaki, Shin-ichi Higashijima, Hitoshi Okamoto. Social conflict resolution regulated by two dorsal habenular subregions in zebrafish // Science. 2016. V. 352. P. 87–90.

См. также об исследованиях социально-ориентированных нейронных систем:
1) За знакомство, секс и драку отвечают одни и те же нейроны, «Элементы», 02.06.2014.
2) Чтобы получать удовольствие от общения, необходима согласованная работа окситоцина и серотонина в прилежащем ядре, «Элементы», 16.09.2013.
3) Нейронные сети, отвечающие за социальное поведение, эволюционируют очень медленно, «Элементы», 14.06.2012.
4) Обнаружены нейроны, отвечающие за отличия мужского поведения от женского, «Элементы», 08.12.2010.
5) Томография любви, «Элементы», 01.11.2010.
6) «Твоя победа — моя беда, твоя беда — моя победа», «Элементы», 24.02.2009.
7) Выявлен отдел мозга, отвечающий за эмоциональную составляющую морально-этических оценок, «Элементы», 28.03.2007.

Александр Марков

Комментирование и размещение ссылок запрещено.

Комментарии закрыты.

Translate »