Система вознаграждения среднего мозга не увидела разницы между голодом и социальной изоляцией

Американские ученые выяснили, что десятичасовая социальная изоляция повышает стремление к общению, во время чего наблюдается повышенная активность нейронов покрышки и черной субстанции, входящих в систему вознаграждения и отвечающих за циркуляцию дофамина, сообщается в исследовании, опубликованном в журнале Nature Neuroscience. Эта же зона мозга была активна у испытуемых после десятичасового голодания. Активности других структур системы вознаграждения после двух экспериментов не совпали.

Известно, что голод (как и другая неудовлетворенность в базовых потребностях) активирует работу системы вознаграждения. Так, если голодный человек видит что-то вкусное, дофаминергические нейроны покрышки и черной субстанции возбуждаются и подкрепляют сигнал дофамином, причем его выделяется больше, чем если бы человек был сыт. Именно этот механизм обуславливает поведение, направленное на удовлетворение потребности, и даже ломку у наркозависимых людей.

Похожий процесс ученые наблюдали у мышей после долгой социальной изоляции. Эти данные позволяют предположить, что для мозга одиночество и голод похожи, а потребность в общении так же важна, как еда. Но существующих экспериментов недостаточно, чтобы утверждать это наверняка: человеческое и мышиное одиночество — не обязательно одно и то же.

Ученые из Массачусетского технологического института под руководством Ливии Томовой (Livia Tomova) решили подробнее изучить процессы в мозге человека после социальной изоляции и голода. Для экспериментов они пригласили 40 здоровых добровольцев, каждый из которых прошел три теста в разные дни. В первом участника изолировали от живого и интернет-общения на десять часов, во втором — запретили есть в течение десяти часов, а в третьем никак не ограничивали.

После каждого из трех тестов участники прошли фМРТ-сканирование, во время которого им показывали картинки трех типов: с радостно общающимися друзьями, с едой (пиццей, тортом, пастой), а также несколько контрольных картинок с цветами. К картинкам прилагались короткие описания. После каждого блока участников спрашивали, насколько сильно им хочется есть, общаться или понравились ли им цветы.

Схема эксперимента: после теста участникам показывали разные картинки по несколько секунд, после чего спрашивали об их желании поесть или пообщаться (или насколько красивыми им показались цветы). В это время записывалась фМРТ.

Tomova et al. / Nature Neuroscience, 2020

Поделиться

Оказалось, что после социальной изоляции участники действительно хотели общаться больше (p <  0,001), и то же самое происходило и с желанием поесть после голодания (p <  0,001). Также оба эксперимента показали снижения удовлетворенности (его уровень определяли по опроснику) и повышение дискомфорта.
Далее ученые проанализировали данные фМРТ для анатомической области вентральной покрышки и черной субстанции в среднем мозге: именно там находятся дофаминергические нейроны (однако они занимают не всю исследуемую область). фМРТ не показала значимого отличия в реакциях на картинки с друзьями после социальной изоляции и голодания: ученые предположили, что это произошло из-за неточного определения области.

Тогда исследователи определили интересующий регион точнее при помощи атласа высокого разрешения и повторили анализ. Реакция на картинки друзей была действительно выше после изоляции, чем после голодания (p =  0,01). Однако статистической разницы между активностью мозга после изоляции и контрольного условия ученые не обнаружили. Поэтому далее активность мозга при просмотре картинок с друзьями после изоляции сравнивали не с контрольной группой, которую не ограничивали ни в еде, ни в общении, а с активностью после голодовки. Кроме того, активность области среднего мозга в двух экспериментах также коррелировала с субъективными желаниями пообщаться или поесть.

Чтобы сравнить изоляцию и голодание напрямую, биологи провели мультивоксельный анализ паттернов. Используемый алгоритм классификации научили различать паттерны активности на снимках после голодания в ответ на картинки с едой и на картинки с цветами. После этого программа сравнила активность среднего мозга в ответ на картинки с друзьями после изоляции и на картинки с едой после голодания: эти паттерны оказались похожими (p = 0,025).

Помимо области черной субстанции и покрышки мозга, где расположены нейроны, вырабатывающие дофамин, исследователи изучили активность других структур системы вознаграждения: трех ядер полосатого тела (прилежащего, хвостатого и скорлупы), миндалины, островковой доли, ограды и орбитофронтальной коры — в эти структуры попадают отростки нейронов покрышки и черной субстанции, выделяя дофамин. Статистически значимой разница в активности в ответ на картинки с друзьями после изоляции и голодания оказалась в хвостатом ядре и орбитофронтальной коре. А вот ответ на картинки с едой после голодания сильнее затронул другие структуры (миндалину, прилежащее ядро, хвостатое ядро, ограду).

Так, биологи определили, что голод и социальная изоляция способствуют активации одной и той же области среднего мозга, входящего в систему вознаграждения. При этом остальные структуры мозга по активности не совпали: исследователи предполагают, что это можно объяснить механизмом подавления одной потребности другой.

Структуры системы вознаграждения действительно работают не только при удовлетворении базовых физиологических потребностей: их уже связывали с анализом социальных процессов. Например, недавно мы писали, что орбитофронтальная кора активна во время определения ценности дружбы.

Анна Муравьева

https://nplus1.ru/