Исследователи определили, как мозг обучается на неожиданных ситуациях

Ученые провели необычный экспермент.

Норадреналин действует в организме как гормон стресса и нейромодулятор. Он образуется не только в мозговом веществе надпочечников, откуда высвобождается для регуляции функций организма, например артериального давления, но и в головном мозге, в так называемом голубом пятне (Locus coeruleus), области среднего мозга. Она получает информацию от многих других частей мозга и воздействует на них собственными нервными сигналами и норадреналином.

Команда исследователей Винсента Бретона-Провеншера из Массачусетского технологического института использовала мышей для изучения роли норадреналина в головном мозге. Чтобы отслеживать активность голубого пятна и влиять на нее с помощью оптогенетических (активируются светом) сигналов, ученые поместили в мозг животных имплантаты. Затем их лишили питьевой воды и научили нажимать на рычаг при высоком звуке. За это мыши получали в награду каплю воды.

При более низком звуке им не разрешалось нажимать на рычаг. В противном случае их наказывали неприятным дуновением воздуха в лицо. Громкость сигналов варьировалась. Если высокий тон был громче, мыши чаще всего нажимали на рычаг, а когда он был тише, они казались более неуверенными. Видимо, именно в таких ситуациях, когда животное не уверено в получении награды, важную роль выполняет голубое пятно. Если его подавляли оптогенетическими сигналами, то при тихих звуках мыши реже нажимали на рычаг, а при громких их поведение не менялось.

Кроме всплеска норадреналина в начале действия, был еще один, после его окончания, особенно если результат был неожиданным. Когда вместо предвкушаемой награды мышь получала неприятное дуновение, голубое пятно выделяло большое количество норадреналина. В следующий раз она гораздо реже нажимала на рычаг, если не была уверена, что получит награду. Животное постоянно адаптирует свое поведение и корректирует его, основываясь на только что пережитом, даже если задание уже усвоено.

Для подтверждения, что всплеск норадреналина и последующее сдерживание были вызваны только неожиданностью, а не негативным событием, мышам давали награду, когда те ее не ждали. В этом случае тоже происходило высвобождение норадреналина, который распространялся на больших участках мозга, в том числе в префронтальной коре, которая связана с планированием и другими высшими когнитивными функциями.

Эта работа показывает, что что норадреналин участвует не только в применении выученного поведения. но и высвобождается, когда результат отличается от ожидаемого. В этом случае он обеспечивает повышенное внимание, что помогает извлечь уроки из произошедшего события.