Несмотря на свой небольшом размер (всего 10% от всего объема мозга), мозжечок содержит в себе более половины всех нейронов головного мозга. Исходя из этого, учёные и раньше понимали, что «вычислительная мощность» мозжечка весьма велика, но почему-то считалось, что к сознанию эта часть мозга отношения практически не имеет. Но теперь нейрофизиологам удалось обнаружить, что мозжечок участвует в работе системы вознаграждения — одного из основных механизмов, определяющих нашу мотивацию и управляющих поведением.
Мозжечок (cerebellum, малый мозг) — отдел головного мозга, расположенный в задней части черепной коробки и обеспечивающий координацию движений и равновесие тела.
И действительно, первое, что бросается в глаза при повреждении мозжечка — это нарушения равновесия и координации движений. Людям с нарушениями функции мозжечка может быть сложно рассчитать траекторию, по которой нужно провести руку, чтобы взять нужную вещь.
«В мозжечке сконцентрировано множество нейронов. Однако информация о мозжечке практически не была интегрирована в общую картину, описывающую процесс решения мозгом различных задач. И произошло это, в основном, из-за предположения, что мозжечок участвует исключительно в моторной деятельности», — рассказывает один из авторов нового исследования Марк Вагнер (Mark Wagner) из Стэнфордского университета (Stanford University).
Большинство нейронов мозжечка состоят из гранулярных клеток, число которых, как мы уже сказали, выше числа прочих нейронов головного мозга. Из-за небольшого размера и плотного расположения изучать гранулярные клетки сложно, поэтому мозжечок и представляет собой «белое пятно» для научного мира.
Что показал эксперимент?
Чтобы выяснить, как мозжечок управляет мышцами подопытных животных, команда учёных из Стэнфордского университета использовала новую методику двухфотонной кальциевой визуализации. Этот подход позволил исследователям наблюдать за работой гранулярных клеток в реальном времени. Для визуализации применялся зелёный флуоресцентный белок, позволяющий в буквальном смысле слова подсвечивать клетки в определённые моменты их жизнедеятельности.
В ходе эксперимента лабораторные мышки должны были нажимать лапой на рычаг, после чего получали вознаграждение – подслащенную воду. Как и ожидалось, ряд нейронов активировался при движении лапой. Но внезапно учёные отследили и то, что при ожидании мышью вкусного раствора активируется другая группа нейронов, а после получения сладости она «выключается». Чтобы проверить, является ли эта активация реакцией на сенсорное восприятие сладости, ученые стали случайным образом не давать раствор в ответ на нажатие рычага и выяснили, что это активирует еще одну группу гранулярных клеток. Изменяя время между нажатием на рычаг и количество раствора и сопоставляя активацию разных групп нейронов с двигательной активностью, исследователи убедились, что активность нескольких групп гранулярных клеток связана не с движениями, а с реакцией на ожидаемую, полученную и неполученную награду.
Две функции мозжечка
Так стало ясно, что функции мозжечка намного шире, чем считалось ранее, и это не только координация движений, но и нацеленность на вознаграждение.
По словам исследователей, мозжечок — это не единственная часть головного мозга, которая отвечает одновременно за две функции. Так, например, базальные ядра одновременно контролируют движения и концентрацию внимания.
Конечно, описанные результаты были получены на мышах. И пока их не удалось повторить в исследованиях с участием людей, о воспроизводимости говорить рано. Однако мозжечок считается одной из самых древних структур головного мозга. У разных видов позвоночных он устроен похожим образом, а значит, шансы, что у людей гранулярные клетки также участвуют в работе системы вознаграждения, довольно велики.
