Нейробиологи нашли в стриатуме нейроны, которые заставляют мозг вовремя остановиться

Мозг останавливает нас не «силой воли», а клетками в глубине черепа. Международная группа нейробиологов из Пенсильванского университета обнаружила точный анатомический узел, где нервная система принимает решение «не двигаться» в ответ на внешний раздражитель. Это открытие, опубликованное в журнале Science Advances, не просто уточняет карту мозга — оно объясняет биологическую природу импульсивности при СДВГ, аутизме и шизофрении и предлагает способ точечной коррекции этих состояний.

Долгое время считалось, что «тормозные» функции целиком принадлежат префронтальной коре — самой эволюционно молодой части мозга. Однако эксперименты показали, что фактическая блокировка двигательной команды происходит гораздо глубже, в структуре, известной как полосатое тело (стриатум). Этот подкорковый узел действует как диспетчерский пункт: он собирает сигналы от всех сенсорных зон коры и решает, стоит ли превращать их в физическое действие. Ключевая роль здесь принадлежит не коре, а задней части стриатума — так называемому хвосту, который напрямую связан со слуховыми и зрительными центрами.

Внутри стриатума 95% клеток — это шипиковые проекционные нейроны, которые делятся на два враждующих лагеря. Первые (dSPN) запускают движение, вторые (iSPN) — блокируют его. До сих пор ученые изучали в основном передние отделы стриатума, отвечающие за мотивацию. Пенсильванская группа впервые детально исследовала именно «сенсорный» хвост, где происходит мгновенная реакция на звук или свет.

В ходе поведенческих тестов мышей обучали различать два звука: на один нужно было обязательно коснуться поилки языком (сигнал Go), на другой — замереть и не делать движений (сигнал NoGo). Запись активности нейронов через вживленное оптоволокно выявила четкую временную динамику. В первые 400–500 миллисекунд после звука обе группы клеток возбуждались одинаково — мозг просто фиксировал факт раздражителя. Но если звук требовал воздержания, нейроны непрямого пути (iSPN) входили в режим непрерывной активности и «держали оборону» до тех пор, пока не исчезала опасность ошибки. В те редкие моменты, когда мышь все же срывалась и совершала импульсивное движение, активность этих клеток резко падала прямо перед сбоем.

Чтобы доказать причинно-следственную связь, исследователи использовали оптогенетику — метод управления нейронами светом. Искусственное отключение клеток iSPN зеленым лазером в момент подачи запрещающего сигнала мгновенно разрушало самоконтроль: мыши начинали ошибаться в несколько раз чаще. При этом манипуляции с клетками прямого пути (dSPN) не влияли на способность сдерживаться. Это стало прямым доказательством того, что торможение — не пассивный процесс, а активная работа специализированной популяции нейронов.

Особый интерес представляет генетическая часть исследования. Ученые работали с мышами, у которых был выключен ген Neurexin1α — один из главных факторов риска аутизма и шизофрении. У таких животных синаптическая передача сигналов от коры к тормозным нейронам стриатума оказалась нарушена более чем в пять раз. В поведенческих тестах мутантные мыши прекрасно реагировали на разрешающий сигнал, но были неспособны подавить реакцию на запрещающий звук: их мозг слышал команду «не двигаться», но физически не мог ее выполнить.

Самое обнадеживающее в этом открытии — возможность восстановления утраченной функции. Используя хемогенетическую технологию DREADD, ученые встроили в нейроны непрямого пути искусственные рецепторы, активируемые безвредным химическим веществом DCZ. Это вещество слегка повышало возбудимость клеток, делая их более чувствительными к слабым сигналам коры. Результат оказался впечатляющим: мутантные мыши под действием препарата перестали совершать импульсивные ошибки, а их поведение выровнялось до уровня здоровых животных. При этом реакция на «разрешающие» сигналы осталась неизменной.

Это исследование меняет парадигму лечения расстройств внимания. Современные препараты от СДВГ действуют на весь мозг системно, влияя на дофамин и норадреналин, что чревато побочными эффектами. Обнаружение локального «переключателя торможения» в хвосте стриатума открывает путь к терапии, которая будет воздействовать точечно — только на те клетки, которые отвечают за фильтрацию сенсорных сигналов. Вместо того чтобы стимулировать всю кору, можно будет адресно восстановить способность конкретной группы нейронов удерживать паузу между стимулом и действием. Это не просто шаг вперед в нейробиологии — это принципиально иной подход к лечению состояний, при которых человек физически не может остановиться.

По материалам: iXBT