Исследователи из Медицинского центра Стэнфордского университета обнаружили, что одни и те же нейроны срабатывают, когда мыши дерутся и когда они наблюдают за дракой.
Нейроны головного мозга, которые возбуждаются как при выполнении определенного действия, так и при наблюдении за тем, как это действие выполняют окружающие, известны как «зеркальные нейроны». Их впервые нашли итальянский нейробиолог Джакомо Риццолатти и его коллеги из Университета Пармы в 1992 году у макак. Они поместили электроды в вентральную премоторную кору мозга макаки для изучения нейронов, специализирующихся на управлении руками и ртом. Во время каждого эксперимента исследователи позволяли обезьяне тянуться к кусочкам пищи и записывали активность отдельных нейронов в мозгу обезьяны. Они обнаружили, что некоторые нейроны реагировали, когда обезьяна наблюдала, как человек берет кусок еды, а также когда сама обезьяна брала еду. Статья, описывающее это открытие, была предложена журналу Nature, но отклонена из-за «отсутствия всеобщего интереса», так что ее пришлось опубликовать в менее престижном журнале Experimental Brain Research. Несколько лет спустя та же группа опубликовала еще одну эмпирическую статью, в которой обсуждалась роль системы зеркальных нейронов в распознавании действия и предполагалось, что область Брока в мозге человека, связанная с речью, гомологична области вентральной премоторной коры обезьян. Дальнейшие эксперименты подтвердили, что около 10 % нейронов нижней лобной и нижней теменной коры обезьяны обладают «зеркальными» свойствами и дают сходную реакцию на выполняемые действия рук и наблюдаемые действия. Зеркальные нейроны были обнаружены у людей и некоторых птиц. У людей мозговая активность, соответствующая активности зеркальных нейронов, была обнаружена в премоторной коре, дополнительной моторной области, первичной соматосенсорной коре и нижней теменной коре.
Сейчас зеркальные нейроны вызывают значительный интерес ученых, так как с ними пытаются связать способность к обучению, основанную на подражании, в частности, овладение языком. Часто предполагается, что зеркальные нейроны помогают воспринимать эмоции и понимать намерения других людей. Тем не менее пока не существует общепринятых нейронных или вычислительных моделей для описания того, как активность зеркальных нейронов обеспечивает когнитивные функции.
Нынешнее исследование впервые обнаружило зеркальные нейроны у мышей и в гипоталамусе — эволюционно древней части мозга, — что указывает на более раннее происхождение зеркальных нейронов, чем считалось.
«Агрессия в дикой природе редко бывает личным делом, — говорит старший автор работы, профессор психиатрии и наук о поведении Нирао Шах (Nirao Shah). — Агрессия обычно заключается не только в том, чтобы победить другое животное, но и в том, чтобы сказать окружающим: "Эй, я здесь босс". Это публичная демонстрация». В предыдущей работе лаборатории Шаха агрессию у самцов мышей связали с активностью скопления клеток мозга в части вентромедиального гипоталамуса. Названные «центром ярости», эти нейроны могли активировать агрессию, но также казались чувствительными к социализации мыши: мыши, содержавшиеся вместе, были менее агрессивны. «Это исследование заставило нас задуматься, к чему еще чувствительны эти нейроны», — говорит Нирао Шах. Сотрудник лаборатории и первый автор нынешней работы Тэхун Ян предположил, что эти нейроны могут быть чувствительны к агрессии между другими мышами.
Чтобы спровоцировать драку между мышами, ученые помещали самца мыши в чужую клетку. Ее обитатели проявляли угрожающее поведение, например, трясли хвостом, и нападали на пришельца. Еще одному самцу мыши позволяли наблюдать за происходящим через прозрачную перегородку. В этих экспериментах исследователи обнаружили, что почти идентичный набор нейронов в центре ярости был активен как у дерущихся мышей, так и у наблюдателей, что позволяет квалифицировать эти клетки как зеркальные нейроны.
Обнаружение зеркальных нейронов у мышей стало сюрпризом для исследователей. Еще одним сюрпризом оказалось то, что у самца-наблюдателя нейроны, отражающие агрессию, активировались от внешнего стимула, тогда как у дерущихся мышей они активировались запахом феромонов. Видеозаписи показали, что зеркальные нейроны срабатывали только в те моменты, когда наблюдатель был обращен лицом к драке, а не когда он отворачивался. А когда исследователи выключили свет, зеркальные нейроны наблюдателя совершенно не реагировали на шум по соседству.
Исследователи также обнаружили, что эти зеркальные нейроны, по-видимому, врожденно настроены на агрессию даже у мышей, которые никогда не были свидетелями агрессивного поведения и не проявляли его. Но эти нейроны не срабатывали, когда мыши наблюдали за другими действиями, такими как обнюхивание, уход за собой или бег в колесе.
Затем в серии экспериментов исследователи продемонстрировали, что эти нейроны не только воспринимают агрессию, но и активизируют ее. Когда ученые избирательно подавляли эти нейроны, мышей меньше раздражал чужак-самец и они инициировали в три раза меньше драк, чем обычные мыши. И наоборот, при включении зеркальных нейронов мыши становились без разбора агрессивными. Мало того, что они инициировали в три раза больше нападений на чужаков-самцов, чем обычно, они нападали даже на подсаженных в клетку самок, которые обычно вызывали бы лишь брачное поведение и попытки совокупления. Излишне говорить, что они были менее успешными в размножении. Мыши-самцы были так взбешены, что даже угрожающе трясли хвостами при виде собственного отражения в зеркале. «Это говорит о том, что активность этих нейронов достаточна для агрессии, даже если нет провокации», — заключает профессор Шах.
Работа опубликована в журнале Cell.
