Источник дофаминергических проекций стал доступен для fMRI-исследований
10 апреля 2008 года. В области нейровизуализации покорена
Как сообщается в журнале Science от 29 февраля, функциональная магнитнорезонансная томография (fMRI) прежде позволяла изучать лишь те дофаминергические структуры, размеры которых гарантировали надежный BOLD-сигнал при использовании общепринятых методик сканирования, обладающих пространственным разрешением порядка нескольких миллиметров на воксель. Объём VTA - около 60 кубических миллиметров, это всего два вокселя. Проблема, вызванная столь малым размером ядер, усугубляется близостью нескольких крупных пульсирующих артерий, снабжающих кровью ствол мозга. Каждый удар сердца вызывает сдвиг крохотных ядер, достаточный для появления неприятных артефактов. Более того, индивидуальные анатомические отличия не позволяют выровнять, "зарегистрировать", позиции структур в наборах данных при групповом анализе.
Совокупность инноваций, примененных в Принстонском Институте Нейронаук (Princeton's Neuroscience Institute, PNI) позволила первому автору Кимберли Д'Арденн (Kimberlee D'Ardenne), со-директору PNI Джонатану Коэну (Jonathan Cohen), Ли Нистрому (Leigh Nystrom), и Самюэлю МакКлюру (Samuel McClure), теперь работающему в Стэнфордском Университете, точно определить положение VTA, с легкостью выделить эту область среди других ядер, исключить артефакты кровотока и провести точную регистрацию данных в когорте испытуемых. Исследователи наблюдали у участников чистый BOLD-сигнал, отражавший ожидание вознаграждения. Находка сочетается с теорией "ошибки в предсказании награды" - эта функция дофамина в предыдуших исследованиях была отмечена у приматов при одноэлектродной регистрации.
В предыдущей работе, посвященной ошибкам в предсказании вознаграждения, Вольфрам Шульц (Wolfram Schultz) и коллеги осуществляли обучение обезьян в рамках классической процедуры выработки условного рефлекса. Обезьяны учились предвкушать вознаграждение - выдачу сока через фиксированный отрезок времени после подачи визуального сигнала (обзор в Schulz et al., 1997). Перед обучением, нейроны VTA повышали активность непосредственно после выдачи награды; это называют "ошибкой предсказания позитивного вознаграждения", потому что вознаграждение неожиданно, и, следовательно, не предсказано. После тренировки, активность нейронов VTA стала повышаться сразу после демонстрации визуальной подсказки и опускаться до базового уровня ко времени предьявления награды; в этом случае, предсказание вознаграждения было верным. Однако, если по истечении привычного интервала ожидаемая награда не предъявлялась, регистрировалась "ошибка предсказания негативного вознаграждения": нейроны VTA усиливали активность после визуального сигнала, возвращались к базовому уровню, а затем, когда в ожидаемый момент вознаграждение не предъявлялось, значительно снижали активность. Шульц и коллеги заключили, что "дофаминергическая активность кодирует ожидания, связанные с внешними стимулами или вознаграждением."
Принстонская команда адаптировала процедуру для оценки ошибок в предсказании как позитивного, так и негативного вознаграждения. В исследовании участвовали испытуемые, испытывающие чувство жажды. Задерживая то и дело выдачу сока или воды, исследователи создали условия, в которых ожидаемое вознаграждение предъявлялось в неожиданный момент времени, тем самым провоцируя ошибку в предсказании негативного вознаграждения, за который следовала ошибка в предсказании позитивного вознаграждения.
На изображениях высокого разрешения, взвешенных по протонной плотности, дугообразное черное вещество (substantia nigra), еще одна дофаминергическая область мозга, была отчетливо видна и служила ориентиром для аккуратного выделения границ треугольной вентральной области покрышки относительно медиального среза. Функциональная визуализация была синхронизирована с пульсом испытуемого, а новый алгоритм нормализации позволял адекватно регистрировать BOLD-сигналы именно VTA, несмотря на различия в анатомии ствола мозга у различных людей.
Исследователи обнаружили значительную связь BOLD-сигнала VTA с ошибками предсказания позитивного, но не негативного, вознаграждения. Напротив, BOLD-сигнал в вентральном стриатуме был значительно связан с ошибками предсказания негативного вознаграждения. Однако наблюдалась позитивная корреляция между BOLD-реакциями VTA и VStr на неожиданное вознаграждение. Это говорит о том, что сигнал, возникающий в VTA при ошибке предсказания позитивного вознаграждения, влияет на BOLD-сигнал в вентральном стриатуме.
Чтобы быть уверенными, что реакции одинаковы при различных типах предъявляемых наград, исследователи поставили вторую серию экспериментов. На этот раз испытуемым показывали цифры от 0 до 10 и просили их угадать, будет ли следующее число больше либо меньше. За каждый правильный ответ им полагалось по 1 доллару награды. И вновь BOLD-реакции в VTA отражали ошибку в предсказании позитивного вознаграждения, а анатомически наблюдалось значительное наложение зон активности, связанных с разными наградами - соком\водой и деньгами.
Участники Принстонской группы говорят, что их наработки распространимы и на другие области, например, можно изучать малые ядра ствола мозга, содержащие серотонинергические и норадренергические нейроны. Это предрекает хорошее будущее для fMRI-исследований моноаминергических модуляторных систем при психических заболеваниях. Питер Фарли (Peter Farley), schizophreniaforum.org
Публикация:
См. также:
Related news at SRF:
Soundtrack.
Человеческие эмоции, связанные с субьективным ощущением хронического негативного вознаграждения (negative reward), отражены в одной очень хорошей песне.
Комментариев нет:
Отправить комментарий