Наша повседневная жизнь включает сотни рутинных привычек. Чистить зубы, ехать на работу или убирать посуду - вот лишь некоторые из задач, которые наш мозг автоматизировал до такой степени, что нам вряд ли нужно о них думать.

Хотя мы можем рассматривать каждую из этих процедур как отдельную задачу, обычно они состоят из множества небольших действий, таких как поднятие зубной щетки, выдавливание на нее зубной пасты и затем поднесение щетки ко рту. Этот процесс объединения поведений в единый распорядок известен как «разбиение на части», но мало что известно о том, как мозг группирует эти поведения вместе.

Нейробиологи из Массачусетского технологического института обнаружили, что определенные нейроны в головном мозге отвечают за маркировку начала и конца этих сегментированных единиц поведения. Эти нейроны, расположенные в области мозга, активно участвующей в формировании привычки, срабатывают в начале усвоенной рутины, затихают, пока она выполняется, а затем снова срабатывают после ее завершения.

Такое разделение задач, по-видимому, важно для запуска процедуры и последующего уведомления мозга о ее завершении, - говорит Энн Грейбил, профессор института Массачусетского технологического института, член Института исследований мозга Макговерна и старший автор исследования.

Нуне Мартирос, недавно получившая докторскую степень в Массачусетском технологическом институте, которая сейчас работает постдоком в Гарвардском университете, является ведущим автором статьи, которая опубликована в выпуске журнала Current Biology за 8 февраля. Александра Берджесс, недавний выпускник Массачусетского технологического института и технический сотрудник Института Макговерна, также является автором статьи.

Обычная активация

Грейбил ранее показал, что часть мозга, называемая полосатым телом, которая находится в базальных ганглиях, играет важную роль в формировании привычек. Несколько лет назад она и ее группа обнаружили, что паттерны возбуждения нейронов в полосатом теле изменяются по мере того, как животные усваивают новую привычку, такую ​​как поворот вправо или влево в лабиринте при прослушивании определенного тона.

Когда животное только начинает изучать лабиринт, эти нейроны непрерывно срабатывают на протяжении всего задания. Однако по мере того, как животное становится лучше в правильном повороте для получения награды, стрельба становится сгруппированной в самом начале задания и в самом конце. Как только эти шаблоны формируются, становится чрезвычайно трудно избавиться от привычки.

Однако эти предыдущие исследования не исключили других объяснений этой закономерности, включая возможность того, что она может быть связана с моторными командами, необходимыми для поведения при беге по лабиринту. В новом исследовании Мартирос и Грейбил намеревались определить, может ли этот образец возбуждения быть окончательно связан с фрагментированием привычного поведения.

Исследователи обучили крыс нажимать на два рычага в определенной последовательности, например, 1-2-2 или 2-1-2. Крысы должны были выяснить, какова правильная последовательность, и если они это сделали, они получали награду в виде шоколадного молока. Им потребовалось несколько недель, чтобы изучить задачу, и по мере того, как они становились более точными, исследователи увидели, что в полосатом теле развиваются те же самые начальные и конечные модели возбуждения, которые они наблюдали в своих предыдущих исследованиях привычек.

Поскольку каждая крыса училась разной последовательности, исследователи могли исключить возможность того, что модели соответствуют двигательной активности, необходимой для выполнения определенной серии движений. Исследователи говорят, что это убедительно свидетельствует о том, что образец возбуждения конкретно соответствует началу и завершению усвоенного распорядка.
«Я думаю, это более или менее доказывает, что разработка шаблонов брекетинга служит для упаковки поведения, которое мозг - и животные - считают ценным и достойным сохранения в своем репертуаре. Это действительно высокоуровневый сигнал, который помогает избавиться от этой привычки, и мы думаем, что сигнал окончания говорит о том, что процедура выполнена », - говорит Грейбил.

Отличительные узоры

Исследователи также обнаружили отчетливый паттерн в наборе тормозных нейронов в полосатом теле. Активность этих нейронов, известных как интернейроны, демонстрирует сильную обратную связь с активностью возбуждающих нейронов, которые производят паттерн брекетинга.

«Интернейроны были активированы в то время, когда крысы были в середине выполнения выученной последовательности, и, возможно, могли препятствовать тому, чтобы основные нейроны инициировали другую процедуру, пока текущая не была завершена. Открытие этой противоположной активности интернейронов также приближает нас на один шаг к пониманию того, как мозговые цепи могут на самом деле создавать этот паттерн активности », - говорит Мартирос.

Понимание нейронных репрезентаций поведенческих распорядков имеет решающее значение для понимания сложного поведения при здоровье и болезни. Мы демонстрируем здесь, что усиленная активность проекционных нейронов полосатого тела (SPN) в начале и в конце таких поведенческих репертуаров является сверхординарным представлением, специфически отмечающим ранее вознагражденные поведенческие последовательности, независимые от отдельных движений, составляющих поведение. Мы регистрировали всплески активности в полосатом теле и первичной моторной коре головного мозга по мере того, как отдельные крысы изучали определенные вознагражденные последовательности нажатия рычага, каждая из которых уникальна для данной крысы. Моторные нейроны коры в основном реагировали на определенные движения независимо от последовательности их возникновения. Напротив, популяции полосатого тела SPN у каждой крысы активируются преимущественно при инициации и завершении ее приобретенной последовательности. Критически важно, что SPN не проявляли этот брекетинговый сигнал, когда одни и те же крысы выполняли неусиленные последовательности, содержащие те же субдвижения, которые присутствовали в их приобретенной последовательности. Таким образом, активность SPN была конкретно связана с данной повторяющейся последовательностью движений. Эта начальная и конечная активность полосатого тела, по-видимому, не зависела от моторных корковых входов. Однако, что удивительно, одновременно зарегистрированные быстрорастущие стриарные интернейроны (FSI) демонстрировали одинаково избирательные, но обратные паттерны возбуждения: они запускались между началом и окончанием приобретенных последовательностей. Эти находки предполагают, что полосатое тело содержит сети нейронов, представляющих приобретенные последовательности поведения на уровне абстракции выше, чем у отдельных движений, составляющих последовательность. Мы предполагаем, что такие сети SPN-FSI полосатого тела могут лежать в основе приобретения сегментированных поведенческих единиц.