Dzięki najnowszym badaniom naukowców wiemy, że neurony wytwarzające noradrenalinę w miejscu sinawym są odpowiedzialne za skupienie uwagi i kontrolę impulsów poprzez dwa odrębne połączenia z korą przedczołową. Nowe badanie przeprowadzone przez neuronaukowców z MIT pokazuje, że zdolności skupienia się i ignorowania rozpraszaczy są niezależne, a aktywność neuronów wytwarzających noradrenalinę w jednym regionie mózgu (miejscu sinawym), kontroluje oba połączenia, kierując je na dwa odrębne obszary kory przedczołowej. „Nasze wyniki wskazują na fundamentalną rolę aktywacji neuronów LC w kontroli uwagi poprzez selektywną modulację aktywności neuronalnej w obszarach docelowych” - napisali autorzy badania z grupy badawczej Susumu Tonegawa, profesora biologii w Picower oraz Neuroscience w RIKEN-MIT Laboratory of Neural Circuit Genetics w The Picower Institute for Learning and Memory oraz Howard Hughes Medical Institute.
Badania farmakologiczne i testy nad zmianami skupienia uwagi u ludzi i innych ssaków sugerują, że neurony wytwarzające noradrenalinę lub noradrenergiczne w LC mogą pełnić tę rolę, ale najbardziej przekonujące dowody były raczej korelacyjne niż przyczynowe, mówi główny autor badania, Andrea Bari, naukowiec z laboratorium Tonegawa.
W nowym badaniu zespół naukowców wykazał wyraźną przyczynowość, wykorzystując optogenetykę do specyficznej kontroli neuronów LC noradrenergicznych u myszy z czasową i przestrzenną precyzją, gdy gryzonie wykonywały trzy zadania. Manipulacje zdecydowanie wpłynęły na wydajność myszy. „Po raz pierwszy pokazujemy, że aktywacja LC w czasie rzeczywistym za pomocą technik specyficznych dla komórek powoduje ten efekt” - mówi Bari. Autorzy twierdzą, że wyniki mogą wnieść istotny wkład w wysiłki zmierzające do lepszego zrozumienia i leczenia zaburzeń psychiatrycznych, w których upośledzona jest kontrola uwagi lub którakolwiek z jej składowych zdolności, takie jak deficyt uwagi czy zespół nadpobudliwości (ADHD). Nieoczekiwanie badanie wywołało również nowe pytania dotyczące roli LC w sterowaniu lękiem, ponieważ ku zaskoczeniu zespołu, stymulowanie aktywności LC również zmniejszyło niepokój u myszy.
Badanie na myszach
Po ustaleniu metody dwukierunkowej kontroli optogenetycznej noradrenergicznych neuronów LC - badacze przetestowali wpływ każdej manipulacji na myszach. W pierwszym zadaniu gryzonie musiały czekać 7 sekund, zanim półsekundowy błysk światła zasygnalizował, który z dwóch pojemników powinny szturchać nosem, aby otrzymać nagrodę w postaci jedzenia. Myszy, u których neurony LC były stymulowane optogenetycznie, częściej wykonywały to zadanie poprawnie i wykonywały mniej przedwczesnych ruchów, niż bez manipulacji. Myszy, u których neurony LC były zahamowane, rzadziej wykonywały zadanie poprawnie. Następnie naukowcy wyszkolili myszy w zakresie drugiego paradygmatu behawioralnego, wywodzącego się z zadania przestrzennego wskazania Posnera, szeroko stosowanego w neuronauce kognitywnej człowieka. W tym zadaniu myszy, zanim zobaczą światło, które oznaczało właściwy pojemnik (tym razem na 3 sekundy), widziały błysk „wskazówki”. Czasami ta wskazówka znajdowała się po przeciwnej stronie, czasami na środku, a czasami po właściwej stronie. Ponownie, stymulacja LC poprawiła wydajność myszy i stłumiła niepotrzebne odruchy, ale teraz naukowcy nauczyli się czegoś nowego na podstawie czasu reakcji myszy.
Myszy stymulowane LC nie wykazały różnicy w czasie reakcji, ponieważ były skupione na rzeczywistym celu, a myszy z hamowaną LC wykazywały zmiany w czasie reakcji, ponieważ były rozproszone przez sygnał. Gdy ten był po złej stronie, reagowały wolniej niż normalnie, a kiedy wskazówka była po właściwej stronie, reagowały szybciej. W trzecim zadaniu myszy były zarówno prowokowane behawioralnie, jak i inaczej manipulowane optogenetycznie. Tym razem były ciągle rozpraszane się przez źródła światła, gdy czekały na faktyczny 3-sekundowy sygnał lokalizacji nagrody w postaci jedzenia. Te same wyniki, co poprzednio, utrzymano ponownie, z jednym wyjątkiem. W przypadkach, gdy nie było żadnych rozpraszaczy, po trzech długich sekundach od zauważenia sygnału, myszy z inhibitowaną LC nie przestawały wykonywać zadania poprawnie.
Aby naprawdę dotrzeć do sedna tego, czy skupienie uwagi i kontrola impulsów są niezależne, czy dysocjacyjne, zespół postanowił kontrolować aktywność LC i uwalnianie noradrenaliny nie w głównych ciałach neuronów, jak poprzednio, ale tylko tam, gdzie ich projekcje łączyły się z określonymi obszarami kory przedczołowej. Opierając się na niektórych wcześniejszych badaniach Bari i wskazówkach z innych badań, naukowcy skupili się na grzbietowo-przyśrodkowej części kory przedczołowej i przednio-bocznej korze oczodołowo-czołowej. W tych eksperymentach odkryli, że stymulowanie połączeń LC do grzbietowo-przyśrodkowej części kory przedczołowej zwiększa wydajność, ale nie zmniejsza przedwczesnych odruchów. Tymczasem stymulowanie połączeń LC w przednio-bocznej korze oczodołowo-czołowej nie poprawiło wydajności, ale zmniejszyło przedwczesne reakcje.
Zapobiegawczo przeprowadzono testy, które wykazały, że stymulacja LC zmniejsza także niepokój. Wiele badań sugerowało, że zwiększenie aktywności neuronów LC norepinefryny zwiększyłoby niepokój, mówi Pignatelli. Mogło to ograniczyć chęć myszy do szukania pożywienia lub sprawić, że stałyby się zbyt impulsywne, więc zespół sprawdził efekt powstawania lęku przed rozpoczęciem zadań z zakresu kontroli uwagi. Bari powiedział, że zbadanie zaskakującej korzyści ze stymulacji LC w przypadku lęku może być intrygującym obszarem do przyszłych badań.
Bibliografia:
Źródło zdjęcia: unsplash.com
Więcej komentarzy...