Примерно два столетия научное сообщество пребывало в заблуждении, что мозжечок нужен исключительно для того, чтобы контролировать двигательный аппарат. Однако в последние десятилетия ситуация начала меняться: исследователи раскрыли роль этой структуры в когнитивной деятельности, эмоциональной обработке информации и социальном поведении. Кстати, латинское слово cerebellum так и переводится: «маленький мозг» — и к тому же на него приходится половина нейронов мозга.
Стойкий интерес к мозжечку продемонстрировал французский физиолог Мари-Жан-Пьер Флуранс (Marie Jean Pierre Flourens, 1794-1867). Флуранс удалил мозжечок у голубей и обнаружил, что способность двигаться птицы сохранили, однако равновесие потеряли. На основе этих наблюдений он пришел к выводу, что мозжечок отвечает за координацию движений. «Так появилась на свет аксиома: мозжечок участвует в координации движений, — объясняет Камран Ходаха (Camran Khodakhah), нейробиолог из Медицинского колледжа Альберта Эйнштейна. — Поэтому свидетельства его роли в других процессах долгие годы в расчет не брались».
Одно из самых убедительных доказательств более обширной роли мозжечка появилось около двух десятилетий назад, когда Джереми Шмахманн (Jeremy Schmahmann), невролог Центральной клинической больницы штата Массачусетс, описал когнитивно-аффективный синдром, обнаружив у пациентов с поврежденным мозжечком поведенческие отклонения — в том, что касается нарушения абстрактного мышления и контроля над эмоциями. С той поры по этой теме ведутся масштабные разработки. Так, нейровизуализационные исследования продемонстрировали, что мозжечок участвует в познавательных механизмах и контроле над эмоциями, а исследования на животных показали, среди прочего, что эта область играет ключевую роль в нормальном развитии социальных и когнитивных способностей. Исследователи также связывают сбои в работе мозжечка с алко- и наркозависимостью, аутизмом и шизофренией.
И хотя многие из этих находок пролили свет на важную роль мозжечка, связанную как с вознаграждением, так и с социальным поведением, как именно работает нейронный механизм, пока объяснить не удалось. Новое исследование, опубликованное на этой неделе в журнале «Сайенс» (Science), гласит, что эти два процесса могут контролироваться прямой связью мозжечка с вентральной областью покрышки, одним из ключевых центров удовольствий. «Эта работа описывает схему, как мозжечок участвует в контроле социального поведения и обработке сигналов вознаграждения, — комментирует Джули Фиез (Julie Fiez), нейробилог-когнитивист из Университета Питтсбурга, в исследовании не участвовавшая. — Думаю, это действительно интересно».
Ходаха, один из авторов исследования, занимался ролью мозжечка в координации движений, пока, просматривая сведения о грантах, не наткнулся на литературу о немоторных функциях этого отдела. Заинтригованный связями мозжечка с такими отклонениями как аутизм и алко- и наркозависимость, он решил выяснить, может ли он напрямую взаимодействовать с вентральной областью покрышки, которой ранее приписывали связь с данными расстройствами.
Более ранние исследования на мышах, проведенные в его лаборатории, намекали на неожиданные связи между мозжечком и другими частями мозга. В частности, при исследовании мозговых цепей, лежащих в основе дистонии — расстройства движения, вызывающего неконтролируемые сокращения мышц — команда Ходахи обнаружила, что мозжечок при управлении сложными движениями напрямую связан с подкорковыми ядрами (которые участвуют в таких функциях как движение, мотивация и поощрение). Ранее считалось, что для координации таких действий две области мозга сообщаются через кору, область, ответственную за задачи высшего порядка, такие как планирование и принятие решений. «Это и подтолкнуло нас к тому, чтобы рассмотреть прямые манипуляции мозжечка, связанные с другими структурами мозга», — объясняет Ходаха.
Чтобы исследовать связь мозжечка с вентральной областью покрышки, команда Ходахи сначала ввела в клетки мозжечка мышей вирусы герпеса — они выступают в роли мобильных стражей, перепрыгивая через синапсы (крошечные промежутки между клетками мозга) и неся флуоресцентные метки. В ходе эксперимента отмеченные светящимися маркерами нейроны были выявлены в вентральной области покрышки — что свидетельствует о ее прямой связи с мозжечком. Затем при помощи оптогенетики — метода, позволяющего ученым «включать» и «выключать» отдельные клетки нейронной цепи — ученые продемонстрировали, что стимуляция нейронов мозжечка может активировать клетки вентральной области покрышки.
Затем команда проверила, может ли эта схема как-то влиять на механизмы вознаграждения, либо регулировать социальное поведение. Стимулируя этот путь с помощью оптогенетики, они обнаружили, что мыши отдают предпочтение некоторым клеткам на разграфленной доске. Активировав данную цепь, ученые также заставили грызунов держаться светлых отсеков — хотя в природе они ведут ночной образ жизни и предпочитают темные места. «Результаты показывают, что этот нейронный путь может быть как-то связан с формированием зависимости», — объясняет Ходаха. По его словам, этот эксперимент широко использовался для изучения наркозависимости у животных — и планируются дальнейшие исследования. В ходе предстоящего эксперимента мышам будет предложен кокаин — чтобы установить, может ли подавление цепи между мозжечком и вентральной областью покрышки как-либо влиять на формирование зависимости.
Когда исследователи провели подобные эксперименты на мышах с использованием трех взаимосвязанных камер, они сделали любопытное открытие. К мышам подселили знакомое животное, которое поместили в отсек, называемый «социальной камерой», рядом с которым располагалось пустое отделение — т. н. «предметная камера». Так вот, мыши предпочитали проводить время именно «социальной камере». Но когда связь мозжечка с вентральной областью покрышки дезактивировали при помощи оптогенетики, это предпочтение прекратилось. Такое же поведение наблюдалось в опыте с животными, пораженными аутизмом.
При этом примечательно, что стимуляция этой цепи не увеличила общение грызунов с незнакомым животным. По мнению авторов исследования, из этого следует, что эта нейронная связь не обязательно усиливает социальное поведение, но делает неодушевленные объекты столь же привлекательными, как взаимодействие с окружающими. «Это исследование наиболее четким образом демонстрирует, что мозжечок задействован в контроле немоторных функций высокого уровня», — объясняет Эгидио Д'Анджело (Egidio D'Angelo), нейрофизиолог из Университета Павии в Италии. В самом исследовании он не участвовал, однако написал к нему сопроводительный комментарий. «Однако эта работа проведена на мышах — а теперь остается проверить, так ли будет с людьми».
Шмахманн, в исследовании также не участвовавший, отмечает, что результаты подтверждают существование цепи, о которой ученые впервые заговорили несколько десятилетий назад. «Меня крайне обрадовало это исследование, — говорит он. — Это важнейший стройматериал для продолжающихся попыток разгадать роль мозжечка в познании и эмоциональных реакциях».
По словам Ходахи, дальнейшее исследование цепи «мозжечок — вентральная область покрышки» может помочь ученым в лечении различных заболеваний, таких как алко- или наркозависимость или аутизм. Цепью можно управлять при помощи таких методов как транкраниальная магнитная стимуляция или глубокая стимуляция мозга. Однако чтобы эти вмешательства стали реальностью, нужны дополнительные исследования. В настоящий момент команда Ходахи планирует опробовать некоторые из этих методов на мышах.
«Сейчас по-настоящему захватывающее время для исследования мозжечка, — считает Ходаха. — Полагаю, уже в ближайшие несколько лет мы узнаем, что мозжечок играет выдающуюся роль в немоторных функциях, таких как когнитивная и эмоциональная обработка».
Диана Квон — журналистка со степенью магистра неврологии Университета Макгилла (Монреаль, Канада). Живет в Берлине, пишет о здоровье и медико-биологических науках.