Новое междисциплинарное исследование, проведенное учеными из Техниона – Израильского технологического института, - показало, что локальное выделение дофамина играет решающую роль в обучении новым двигательным навыкам.
Дофамин – это вещество, которое обычно ассоциируется с ощущением удовольствия и системой вознаграждения мозга, но теперь выяснилось, что он также является ключевым элементом в процессе моторного обучения.
Результаты исследования были опубликованы в Nature Communications; в исследовании принимали участие доктор Хадас Бенисти, профессо Джеки Шиллер и аспирант Амиром Ганаим с факультета медицины имени Рут и Брюса Раппапортов.
Также в работе приняли участие профессор Ронен Талмон и студентка Авигайль Коэн-Римон с факультета электротехники и вычислительной техники имени Эндрю и Эрны Витерби.
Как же мозг учится управлять движением?
Обучение движениям – от письма и набора текста до игры на музыкальном инструменте или занятий спортом – считается одним из самых сложных процессов для мозга.
Этот процесс происходит в первичной моторной коре, которая отвечает за планирование и выполнение произвольных движений. Оттуда нервные сигналы передаются по спинному мозгу к мышцам, помогая координировать движения.
Учёные уже давно знают, что активность нейронов в этой области меняется при освоении новых навыков, но механизм, управляющий этими изменениями, оставался неясным.
Что же открыли исследователи?
Используя передовые методы визуализации кальция у активных мышей и химогенетическое ингибирование (специальные рецепторы и препараты, временно отключающие целевые клетки мозга), ученые наблюдали, как меняются нейронные сети во время освоения новых движений.
Они обнаружили, что в процессе обучения связи между нейронами постепенно переходят от состояния «начинающего» к «экспертному», а ключевым фактором этой перестройки является локальное выделение дофамина в моторной коре.
В нормальных условиях дофамин доставляется в эту область нейронами из вентральной тегментальной области (VTA) – основного центра дофаминовой активности мозга.
Исследователи предположили, что именно этот выброс дофамина вызывает изменения в связях между нейронами, помогая сохранять новые навыки для дальнейшего использования.
Фактически, это похоже на процесс обучения с подкреплением – успешные движения закрепляют нейронные связи мозга.
Что происходит, если дофамин блокируется?
Чтобы проверить важность этого механизма, ученые временно заблокировали выделение дофамина в моторной коре и изучили, как это повлияет на процесс обучения.
Результаты оказались однозначными: без дофамина обучение полностью остановилось – мыши не могли улучшить выполнение задачи по захвату предмета передними лапами. Их моторная кора оставалась неизменной.
Однако, как только выделение дофамина восстановилось, обучение возобновилось, а нейронные связи снова начали перестраиваться.
Почему эта работа израильских ученых столь важна?
Исследование показывает, что локальный выброс дофамина играет решающую роль в мозговой пластичности, помогая организму адаптироваться и выполнять более точные и эффективные движения.
Один из самых интересных выводов исследования – дофамин нужен только для обучения новым движениям, но не требуется для уже освоенных действий. Это подтверждает, что дофамин отвечает за процесс формирования навыков, но не за их использование.
Какие могут быть последствия этого открытия?
Это исследование помогает лучше понять, как мозг адаптируется и перестраивается, улучшая наши двигательные навыки на протяжении жизни.
Более того, исследование имеет важные практические последствия – например, оно может помочь в лечении болезни Паркинсона, которая связана с дефицитом дофамина и нарушениями моторного обучения.
