Исследователи обнаружили, что нейроны голубого пятна — небольшого участка ствола мозга — по-разному участвуют в обучении и взаимодействии животных с окружающей средой. Верхняя часть этой области активировалась у мышей после неудачного выбора, когда животные меняли решение. Клетки в нижней части ускоряли работу перед тем, как мыши переставали реагировать на сигналы, связанные с возможной наградой.
Голубое пятно, или locus coeruleus, выделяет норадреналин — химический посредник, регулирующий внимание и обучение, а также участвующий в реакции организма на стресс и возбуждение и влияющий на частоту сердцебиения. Ранее эту структуру часто рассматривали как единый источник сигнала, который одинаково распространяется по мозгу. Однако исследование Allen Institute, опубликованное в журнале Nature, показало более сложную организацию системы.
Учёные объединили методы визуализации мозга, регистрацию активности нейронов, генетический анализ и поведенческие эксперименты. Они изучили почти 35 тысяч клеток во всём мозге, исследовали активность генов почти у 400 тысяч нейронов и полностью восстановили строение отдельных сложных клеток. «Полученные данные показывают, что норадренергическая система мозга гораздо больше похожа на адресную почтовую сеть, чем на сирену», — сказал соавтор работы Карел Свобода, директор направления нейродинамики Allen Institute.
Клетки верхней, дорсальной части голубого пятна преимущественно направляют отростки к коре и переднему мозгу. Они связаны с процессами обучения. Нейроны нижней, вентральной части передают сигналы в ствол мозга и спинной мозг и определяют, будет ли животное вообще взаимодействовать с окружающей средой. Различия в анатомии сопровождаются разными профилями активности генов.
Реконструкция нейронов выявила и необычно протяжённые связи. В среднем аксоны клеток голубого пятна имели длину около 35 сантиметров, однако один из них достигал 70,32 сантиметра — примерно 27,7 дюйма, что стало самым длинным одиночным нейроном, измеренным у мыши. По словам соавтора исследования Джеремайи Коэна, этот нейрон снабжает норадреналином большую часть коры, но не распространяет его на мозжечок, ствол мозга и спинной мозг.
Авторы сопоставили работу норадреналиновой системы с функциями дофамина, который передаёт сигналы в базальные ганглии, участвующие в формировании привычек. По их предположению, оба химических посредника могут совместно обеспечивать обучение нескольким сложным и абстрактным понятиям. Полученная карта также может помочь создавать лекарства, воздействующие на отдельные цепи норадреналиновой системы, которая уже используется как мишень препаратов против депрессии, тревожности и СДВГ, а её нейроны одними из первых повреждаются при болезни Альцгеймера.