Группа исследователей из Наньянского технологического университета Сингапура (NTU Singapore) обнаружила новые сведения о том, как химические вещества, выделяемые клетками мозга, регулируют продолжительность нашего внимания.
Результаты исследования могут проложить путь к созданию новых методов лечения неврологических заболеваний, связанных с трудностями концентрации внимания, таких как депрессия и синдром дефицита внимания с гиперактивностью (СДВГ).
Для связи друг с другом нейроны в мозге и нервной системе выделяют химические вещества, называемые нейротрансмиттерами, которые передают сообщения от одной клетки к другой. Нейротрансмиттеры играют важнейшую роль в работе мозга и регулировании всех функций организма - от дыхания и сердцебиения до репродуктивной функции.
Эти вещества также координируют когнитивные процессы, позволяя нам концентрироваться на важной информации в условиях постоянного шквала раздражителей, поступающих в мозг из внешней среды, что иначе называется устойчивостью внимания.
Исследователи долгое время полагали, что внимание регулируется только одним нейромедиатором - ацетилхолином, который возбуждает нейроны и заставляет их подавать электрические сигналы. Однако последние работы позволяют предположить, что внимание может быть обусловлено и другим нейромедиатором - гамма-аминомасляной кислотой (ГАМК), которая тормозит прием и передачу сообщений нейронами.
В своем исследовании, опубликованном в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS), специалисты впервые продемонстрировали, что ГАМК вместе с ацетилхолином в точной последовательности регулирует передачу сигналов от части сети обработки информации в мозге, называемой клауструмом.
Спрятанный глубоко в мозге, клауструм представляет собой тонкую листовидную структуру, которая принимает и обрабатывает информацию от различных его частей. Клауструм помогает регулировать концентрацию внимания, но его точная роль остается неизвестной.
В лабораторных экспериментах ученые NTU исследовали, как нейроны в клауструме у мышей реагируют на ацетилхолин и ГАМК, вырабатываемые частью мозга, называемой передним мозгом, которая играет центральную роль в ряде функций мозга.
Ключевое технологическое достижение, позволившее исследователям сделать это открытие, называется оптогенетикой. Оптогенетика использует светочувствительные белки для избирательного управления активностью определенных типов нейронов в мозге. В данном случае нейроны переднего мозга, выделяющие ацетилхолин и ГАМК, были активированы светом, что позволило исследователям измерить реакцию клауструма на такой стимул.
Они обнаружили, что два типа нейронов в клауструме, которые посылают выходные сигналы в различные части мозга, реагируют на ацетилхолин и ГАМК противоположным образом. Нейроны, идущие к структурам, расположенным глубоко в мозге, возбуждаются ацетилхолином, а нейроны, идущие к структурам, расположенным на поверхности мозга, тормозятся ГАМК.
Благодаря такой согласованной последовательности противоположных действий эти два нейромедиатора, подобно переключателю, осуществляют передачу информации между клауструмом и остальным мозгом. Исследование доказывает, что нейротрансмиттеры регулируют "микросхему" в мозге, которая позволяет органу отличать важную информацию от шума, помогая человеку быть внимательным.
Противоположное действие нейромедиаторов (ацетилхолина и ГАМК) на нейроны в клауструме позволяет эффективно кодировать мозговые сигналы, что позволяет мозгу уделять внимание и игнорировать шумы.
Первый автор исследования Адитья Наир, бывший научный сотрудник LKCMedicine и нынешний аспирант Калифорнийского технологического института, сказал: "Наше исследование углубляет наше понимание роли клауструма в регулировании концентрации внимания. Понимание того, как клауструм регулирует устойчивость внимания на клеточном уровне, также позволяет понять другие области, регулируемые аналогичными сигнальными путями, такие как возбуждение и обучение".
Ведущий исследователь и нейробиолог профессор Джордж Августин (George Augustine) из Медицинской школы Ли Конг Чиан (Lee Kong Chian School of Medicine, LKCMedicine) при NTU сказал: "Понимание того, как ацетилхолин и ГАМК совместно регулируют наше внимание, позволит в будущем разработать новые и более эффективные методы лечения для улучшения устойчивости внимания у пациентов с такими заболеваниями, как СДВГ и депрессия".
Доктор Джеффри Тан, консультант по психиатрии, клиницист-ученый из Института психического здоровья Сингапура, прокомментировал результаты исследования как независимый эксперт: "Направление внимания и многозадачность - важнейшие когнитивные процессы для повседневного функционирования, которые требуют переключения между сетями или схемами в мозге. Данное исследование выявило "переключатель" в клауструме, который обеспечивает механизм, с помощью которого ацетилхолин может управлять подобными вычислениями. Это очень своевременно, так как мы все чаще включаем мозговые сети в наши представления о познании, психических заболеваниях и даже таких вмешательствах, как осознанность".
Следующим шагом в рамках этого проекта будет определение того, как изменение двухтрансмиттерного переключателя влияет на внимание и расстройства мозга, влияющие на внимание, такие как СДВГ. Также важно определить, распространяется ли механизм переключения на другие процессы мозга, такие как возбуждение и обучение.
Nanyang Technological University, Пер.: PSYCHOL-OK.RU
