У мышей найдены нейроны, отвечающие за утешение расстроенных товарищей

Александр Хофф

13 Ноября 2021г.
2
0

Важную роль в социальной жизни многих млекопитающих и птиц играет аллогруминг — дружеские прикосновения, поглаживания или уход за мехом (перьями) другой особи. Такие действия укрепляют аффилиативные (дружеские) связи между особями. Иногда аллогруминг используется для утешения сородичей, попавших в беду. Среди грызунов такое поведение было обнаружено у моногамных полевок. Новое исследование американских биологов показало, что обычные лабораторные мыши — классические модельные животные, для которых разработаны мощнейшие исследовательские методики, — тоже утешают стрессированных знакомцев при помощи аллогруминга. Стресс определяется по запаху: умиротворенную мышь будут утешать, если перенести на нее запах стрессированной. Как выяснилось, за это поведение отвечает особая популяция ГАМКергических нейронов медиальной амигдалы (MeA), производящих нейропептиды тахикинины и посылающих сигналы в медиальную преоптическую область гипоталамуса. По рисунку активности нейронов MeA можно определить, общается ли мышь со спокойным сородичем или со стрессированным и будет ли она его утешать. Другие нейроны MeA отвечают за обнюхивание сородичей, третьи — за самогруминг, а возбуждение четвертых ведет к нападению на сородича. Дальнейшие исследования покажут, есть ли у приматов похожие нейронные контуры для утешения товарищей и других форм социального поведения, и если да, то унаследованы ли они от общих с мышами предков или возникли независимо.

Рис. 1. Мышь перебирает шерстку стрессированного сородича, чтобы его утешить. Кадр из видео, прилагающегося к обсуждаемой статье.

Эмпатия, взаимопомощь и забота о ближнем характерны для многих социальных животных, включая людей. Аллогруминг, или социальный груминг — распространенная форма просоциального поведения, которую некоторые животные, по-видимому, используют для утешения стрессированных сородичей (как правило, членов своей группы: обычно с незнакомцами так себя не ведут). Аллогруминг описан у многих животных (включая птиц, грызунов, псовых, лошадей и приматов), но его нейробиологические основы изучены слабо.

Среди грызунов использование аллогруминга не просто для поддержания социальных связей, а именно для утешения расстроенных сородичей до сих пор было надежно установлено только у двух видов моногамных полевок. Показано, что у полевок в этом поведении из отделов мозга задействованы передняя поясная кора и паравентрикулярное ядро гипоталамуса, а из нейромедиаторов — окситоцин и ГАМК.

Новое исследование нейробиологов из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе показало, что обычные лабораторные мыши (Mus musculus) тоже жалеют расстроенных товарищей и используют аллогруминг, чтобы их утешить. А значит, можно изучать это явление на классическом модельном объекте, для которого существует миллион мощнейших генетических и нейробиологических исследовательских методик.

«Утешающий аллогруминг» у мышей был выявлен при помощи методики, испытанной ранее на моногамных полевках (рис. 2). Сначала две мыши одного пола (опыты проводились и на самцах, и на самках) жили в одной клетке не менее 5 недель. После этого они уже хорошо знакомы и не безразличны друг другу. Потом мышей разлучали: тестируемая особь («субъект» на рис. 2) оставалась в своей клетке, а другую мышь («партнера») отсаживали и либо подвергали стрессу, либо нет. Использовали три варианта стресса: слабые удары током по ногам, бросание в воду на 5 минут и помещение на 30 минут в тесную камеру, где мышь не может двигаться. После этого партнера возвращали в домашнюю клетку и регистрировали поведение обеих мышей в течение 13 минут.

Рис. 2. Схема эксперимента, показавшего, что тестируемая мышь (subject) намного чаще использует аллогруминг, то есть перебирает и вылизывает шерстку своего соседа (partner), если сосед пережил стресс. Изображение из обсуждаемой статьи в Nature

Чтобы сделать анализ поведения более объективным, исследователи научили нейросеть различать в видеозаписях такие виды поведения, как обнюхивание, самогруминг и аллогруминг. Попутно выяснилось, что каждый из трех видов поведения имеет свои уникальные пространственно-временные характеристики, по которым их можно уверенно идентифицировать.

Эксперименты показали, что субъект намного активнее вылизывает и перебирает шерсть партнера, если тот пережил стресс (любой из трёх), чем если с партнером за время разлуки ничего плохого не случилось. И самцы, и самки ведут себя в этом плане одинаково. На частоту и продолжительность вылизывания самого себя (самогруминг) стресс партнера не влияет. У партнеров после стресса социальная активность не росла, а снижалась: они реже по своей инициативе подходили к субъекту. Поэтому усиленный аллогруминг нельзя объяснить тем, что партнер активно просил поддержки у субъекта.

Известно, что грызуны определяют стресс сородичей по запаху. Это подтвердилось: ученые переносили запах стрессированной мыши (при помощи аногенитального мазка) на не подвергавшегося стрессу партнера, и в результате субъект начинает его жалеть и ласкать точно так же, как если бы тот сам пережил неприятный опыт.

Ученые также убедились, что груминг на самом деле успокаивает партнера: после общения с субъектом стрессированные партнеры свободнее передвигались по открытой арене и меньше времени проводили, прячась в уголке. Этот эффект исчезал, если стрессированному партнеру позволяли общаться с субъектом только через сетку. Стало быть, запаховых, слуховых и зрительных стимулов, исходящих от субъекта, недостаточно для утешения партнера: нужны именно прикосновения.

Таким образом, удалось показать существование утешающего аллогруминга у мышей. Теперь можно было приступать к изучению нейробиологических основ этого поведения.

Ученые сосредоточились на медиальном ядре миндалевидного тела (медиальная амигдала, MeA). Это важный компонент «социального мозга», одна из функций которого — обработка социально-значимых обонятельных стимулов.

При помощи микроэндоскопов, вставленных мышам в мозг, и кальциевой визуализации ученые обнаружили, что некоторые нейроны MeA возбуждаются в присутствии спокойного (но не стрессированного) партнера, а другие, наоборот, возбуждаются, только если партнер стрессирован. Корреляции настолько строгие, что, глядя на активность этих нейронов, можно точно сказать, с каким партнером сейчас общается мышь — с умиротворенным или стрессированным.

Выяснилось также, что в MeA есть особые популяции нейронов, возбуждающиеся при обнюхивании, самогруминге и аллогруминге. Эти три подмножества нейронов пересекаются лишь отчасти. Например, 7% нейронов MeA возбуждаются и при аллогруминге, и при обнюхивании, 34% — при обнюхивании, но не при аллогруминге, 9% — при аллогруминге, но не при обнюхивании. Наблюдая за активностью нейронов MeA, можно с высокой точностью определить, занимается ли мышь самогрумингом, обнюхиванием, аллогрумингом или не делает ничего из перечисленного. Более того, когда мышь начинает копаться в шерсти партнера, по активности «нейронов аллогруминга» в MeA можно предсказать, как долго она будет этим заниматься.

Выяснив всё это, исследователи перешли к использованию еще более высокотехнологичных оптогенетических и генно-инженерных методов (один только список искусственных вирусов, вводившихся мышам в те или иные отделы мозга, содержит 18 наименований! ), чтобы установить природу нейронов MeA, контролирующих утешающий аллогруминг.

Среди нейронов MeA есть глутаматергические (производящие глутамат в качестве своего главного нейромедиатора) и ГАМКергические. Оказалось, что во время аллогруминга активны ГАМКергические нейроны. Если подавить их активность оптогенетическими методами, то мыши резко перестают утешать своих стрессированных партнеров. Далее выяснилось, что в аллогруминге задействованы не все ГАМКергические нейроны MeA, а только одна их разновидность (субпопуляция), производящая нейропептиды тахикинины, кодируемые геном Tac1. Если эти нейроны искусственно активировать, то аллогруминг, направленный на стрессированных партнеров, резко усиливается (усиливается также и нежность по отношению к нестрессированным партнерам, но в меньшей степени, чем к стрессированным). Если же активность ГАМКергических нейронов MeA, экспрессирующих Tac1, искусственно уменьшить, то интенсивность аллогруминга снижается. Другие субпопуляции ГАМКергических нейронов MeA, производящие другие нейропептиды (соматостатин и холецистокинин), не влияют на аллогруминг. Более того: искусственное возбуждение тех ГАМКергических нейронов MeA, которые не экспрессируют Tac1, стимулирует не ласку и нежность, а агрессию, то есть мышь атакует партнера вместо того, чтобы его утешать.

Попутно исследователи идентифицировали и ту популяцию нейронов MeA, которая контролирует самогруминг. Оказалось, что за этот поведение тоже отвечают нейроны, экспрессирующие Tac1, но только не ГАМКергические, а глутаматергические. Если их искусственно возбудить, мышь начинает чиститься и прихорашиваться, а если заблокировать — становится безразличной к красоте и гигиене.

Хотя все эти популяции нейронов MeA, контролирующие разные аспекты социального поведения (аллогруминг, самогруминг, обнюхивание, агрессию), различаются биохимически (производят разные наборы нейропептидов и медиаторов), пространственно они никак не обособлены, то есть разбросаны по MeA более или менее случайным образом.

Авторы не успокоились на достигнутом и решили выяснить, куда идут аксоны ГАМКергических нейронов MeA, экспрессирующих Tac1. Оказалось, что они идут в два отдела гипоталамуса: медиальную преоптическую область (medial preoptic area, MPOA) и вентральное премаммилярное ядро (ventral premammillary nucleus, PMv). Сложные дополнительные эксперименты (примерное представление об их сложности дает рис. 3) показали, что аллогруминг стимулируется активностью не всех ГАМКергических нейронов MeA, экспрессирующих Tac1, а только тех из них, чьи сигналы поступают в MPOA (но не тех, чьи аксоны идут в PMv). Про MPOA известно, что этот отдел гипоталамуса играет важнейшую роль в половом и родительском поведении, и что он чувствителен к окситоциновым и вазопрессиновым сигналам, приходящим из других областей гипоталамуса. Забота о детенышах у млекопитающих включает в себя облизывание и уход за мехом, то есть аллогруминг, направленный на детеныша. Теперь стало ясно, что MPOA задействована также и в утешающем аллогруминге, направленном на взрослых сородичей того же пола (а участие окситоцина в этом поведении было ранее показано на моногамных полевках). MPOA анатомически различается у самцов и самок, однако полученные в данном исследовании результаты относятся к обоим полам в равной мере.

Рис. 3. Схема эксперимента, показавшего, что за аллогруминг отвечают ГАМКергические, экспрессирующие Tac1 нейроны MeA, аксоны которых идут в MPOA. Для этого искусственные вирусы с геном каналородопсина (мембранного белка водоросли, пропускающего ионы через мембрану под действием света), вводятся либо в MeA, либо в MPOA мыши, генетически модифицированной таким образом, чтобы этот вирус «срабатывал» только в клетках с работающими генами Tac1 (тахикинин) и Vgat (транспортер ГАМК). В результате получается мышь, у которой можно по желанию экспериментатора возбуждать ГАМКергические нейроны, экспрессирующие Tac1 (и никакие другие), при помощи синего света и световодов, вставленных либо в MPOA, либо в MeA. В обоих случаях это приводит к резкому росту интенсивности аллогруминга (на графиках 0 соответствует моменту включения света). Рисунок из обсуждаемой статьи в Nature

Таким образом, во-первых, исследование показало, что мыши утешают стрессированных партнеров при помощи аллогруминга. Во-вторых, оно выявило популяцию нейронов, контролирующих это поведение. В-третьих, стало ясно, что MeA играет важную роль в регуляции нескольких форм социального поведения, для каждой из которых в MeA есть особая популяция нейронов. Обнюхивание сородичей, способность их утешать, если они расстроены, агрессия, прихорашивание — для каждого из этих интимных проявлений тонкой мышиной души есть специальные, биохимически обособленные группы нейронов в MeA. Получается, что всё это «прошито» в мозге на самом базовом нейробиологическом уровне.

Результаты, полученные на мышах, не стоит слепо переносить на приматов. Всё-таки у мышей в поведении куда больше инстинктивных, врожденных компонентов, чем у обезьян, чье поведение в большей степени определяется обучением (в том числе социальным), да и запахи играют в мышиной жизни более важную роль. Однако внешнее сходство многих аспектов социального поведения настолько велико (взять хоть ту же склонность утешать расстроенных товарищей при помощи аллогруминга), что невольно возникает вопрос: не унаследовали ли мы нейронные контуры, отвечающие за всё это, еще от общих с грызунами предков?