Нейробиология и когнитивистика
23 апреля 2025
Как один неудачный прием пищи перестраивает мозг на то, чтобы избегать этой пищи навсегда - выяснили нейробиологи с помощью методов оптогенетики.
Работа, проведённая на лабораторных животных (мышах)
- может помочь в разработке будущих клинических методов лечения у людей - для состояний, связанных с приобретением негативного (травматического) опыта.
Новое исследование показывает, как однократное пищевое отравление формирует в мозге устойчивые негативные воспоминания. Выявлен нейронный механизм обучения на основе отложенной обратной связи.
Нейробиологи обнаружили, что у мышей развилось сильное отвращение к ароматизированному напитку после того, как у них наблюдались симптомы отравления, даже если между употреблением напитка и недомоганием прошло 30 минут.
Нейробиологи из Принстона определили точное «место хранения памяти» в мозге, отвечающее за сильное отвращение к еде у мышей.
Выявлено, что центральная часть миндалины кодирует и извлекает воспоминания о неприятной еде.
Центральная часть миндалевидного тела (миндалины) — область мозга, связанная со страхом и эмоциями, — была активна во время оценивания напитка на вкус (дегустации), недомогания и воспроизведения воспоминаний, что подчёркивает её роль в «одноразовом» обучении.
Исследование показало, как у грызунов происходит «однократное обучение», при котором опыт однократного отравления формирует устойчивые воспоминания.
Научная статья была опубликованы в журнале Nature.
Zimmerman, C.A., Bolkan, S.S., Pan-Vazquez, A. et al. A neural mechanism for learning from delayed postingestive feedback. Nature (2025).
doi 10.1038/ s41586-025-08828-z
Многие через это проходили: одна испорченная устрица навсегда в памяти "портит" вкус всех морепродуктов.
Здесь целесообразно привести отрывок из книги психиатра Питера Уайброу "Мозг. Тонкая настройка. Наша жизнь с точки зрения нейронауки":
"Мы должны понять, что настроенные в нашем мозге схемы привычного поведения и автоматического мышления, как полезные, так и вредные, обретают форму путем проб и ошибок, но, однажды закрепившись, весьма плохо поддаются изменению и еще хуже – удалению.
Важную роль играет рефлекторная, интуитивная настройка мозга в нашей повседневной жизни. Почему мы иногда пугаемся палки, приняв ее за змею, как это случилось с моим другом, который прогуливался среди деревьев рядом с Капитолием в Вашингтоне? Или испытываем приступ тошноты от запаха какой-либо пищи, которой когда-то отравились? Все это примеры того, как наш мозг выносит автономные и досознательные суждения перед лицом возможной опасности.
В своё время у меня приступы тошноты вызывал запах бекона и печенки. Когда я проанализировал свой опыт, я смог найти причины такой реакции. Будучи молодым врачом, я жил в квартире при больнице и работал по очень напряженному графику – дежурил каждую вторую ночь. Нам предоставляли бесплатный завтрак и ужин в столовой. Однажды я подхватил вирусную инфекцию со стандартными проявлениями в виде желудочно-кишечного расстройства. Но прежде чем болезнь проявилась, накануне вечером, я ел в столовой бекон и печенку с картофельным пюре – стандартный английский набор блюд.
Тогда я не сопоставил эти два события, да и при сознательном обдумывании не счел бы их взаимообусловленными; однако нервные центры моего мозга, служащие системой безопасности, получающей сенсорную информацию от всех частей тела, в том числе от обонятельного анализатора, ошибочно связали вирусную инфекцию с запахами еды. Эти два явления оказались сцепленными в моем подсознании, подобно тому как у собаки Павлова звонок связывался с получением пищи. Таким образом этот рефлекс закрепился в моей личной истории. И стоило мне учуять запах печени и бекона, я получал эмоциональный сигнал тревоги от моего подсознания, который в сознании регистрировался как ощущение тошноты.
На основании неприятного опыта мой мозг «перенастроился» в неправильно понятых интересах выживания. Только позднее, после того как я проанализировал события, сопутствовавшие моей тогдашней болезни, эти сигналы тошноты в конце концов прекратились, притом что раньше я очень любил печенку. Это, конечно, пример ассоциативной связи, которую легко расшифровать."
(это был отрывок из книги психиатра Питера Уайброу).
Действительно, многие люди могут вспомнить случай пищевого отравления, который заставил их избегать определённых продуктов, вызывавших у них недомогание.
И вот теперь нейробиологи определили точное «место хранения памяти» в мозге, отвечающее за сильное отвращение к еде у мышей.
Хотя этот опыт довольно распространён, учёных долгое время озадачивала разница во времени. В отличие от прикосновения к горячей плите, когда боль ощущается сразу, при пищевом отравлении между употреблением некачественной пищи и появлением симптомов проходит значительное время — то, что
соавтор научной работы Кристофер Циммерман, PhD, называет интервалом «от приёма пищи до недомогания».
Работая в лаборатории Иланы Уиттен, профессора нейробиологии в Принстоне, Циммерман впервые начал изучать механизмы мозга, отвечающие за обучение избегать неприятной пищи, предлагая мышам попробовать новый вкус, с которым они никогда раньше не сталкивались: напиток Kool-Aid с виноградным вкусом.
Kool-Aid представляет собой порошок, который нужно смешать с водой - чтобы получить сладкий ароматизированный напиток. В России в своё время подобные напитки были известны под брендом "Юпи", который рекламировали слоганом "просто добавь воды".
Разумеется, мышам данным продукт Kool-Aid дали после того как смешали порошок с водой - то есть в форме напитка.
Мыши узнали, что если они ткнут носом в определённое место в своей клетке, то получат каплю Kool-Aid. Через 30 минут после того, как мыши впервые попробовали фиолетовый напиток, им сделали одноразовую инъекцию хлорида лития, которая вызвала временное недомогание, похожее на пищевое отравление.
Неудивительно, что два дня спустя, когда мышам предложили выбор, они решительно отказались от некогда привлекательного напитка Kool-Aid и предпочли просто пить воду. Однако Циммерман и Уиттен обратили внимание на то, в какой части мозга была обнаружена эта связь между напитком и болезнью: в центральной части миндалевидного тела.
«Миндалевидное тело оказывается действительно интересным местом, потому что оно преимущественно активируется новыми вкусами на каждом этапе обучения», — сказал Циммерман.
Получается, мозг запоминает новые вкусы, чтобы сформировать ассоциации спустя несколько часов.
По его словам, миндалевидное тело активно - когда мышь употребляет напиток, затем в то время когда мышь испытывает недомогание после инъекции хлорида лития, и позже когда «мышь вспоминает об этом негативном опыте несколько дней спустя».
Центральная часть миндалины — небольшая группа клеток в нижней части мозга, отвечающая за эмоции и обучение страху — также обрабатывает много информации из окружающей среды, включая запахи и вкусы.
Результаты исследования впервые показали, насколько важна центральная часть миндалины на каждом этапе обучения.
После того как команда учёных узнали, где формируются неприятные вкусовые воспоминания, они проследили, как сигналы о недомогании из кишечника попадают в мозг.
Основываясь на результатах предыдущих исследований, они используя оптогенетические методы определили специализированные клетки заднего мозга, которые напрямую связаны с центральной частью миндалевидного тела. Стимуляция этих клеток через 30 минут после того, как мышь выпила ароматизированный напиток, вызывала такое же отвращение, как при настоящем пищевом отравлении.
Они также обнаружили, что чувство тошноты вызывало повторную активацию тех нейронов, которые были "активированы" употреблением ароматизированного напитка.
«Как будто мыши мысленно возвращались в прошлое и вспоминали предыдущий опыт, из-за которого им позже стало плохо», — сказала профессор Илана Уиттен. По её словам, «было очень интересно наблюдать за этим процессом на уровне отдельных нейронов».
Команда исследователей считает, что новые вкусы могут «запоминаться» конкретными клетками мозга, чтобы они оставались чувствительными к сигналам о недомогании в течение нескольких часов после приёма пищи. Это позволяет реактивировать эти клетки в случае недомогания и таким образом устанавливать причинно-следственную связь, несмотря на временную задержку.
Это исследование открывает новые пути для понимания того, как мозг формирует связи между отдалёнными друг от друга событиями, что выходит за рамки понимания того, как закрепляются плохие воспоминания.
«Часто, когда мы учимся в реальном мире, между нашим выбором и его последствиями проходит много времени», - говорит Циммерман.
Он указывает на то, что это обычно не изучается в лабораториях, поэтому мы не до конца понимаем нейронные механизмы, которые ответственны за последствия наступающие с большой задержкой.
Это может пролить свет на то, как формируются подобные воспоминания у людей, и не только при отравлениях, но и например в ситуациях, когда травмирующее событие приводит к посттравматическому стрессовому расстройству.
По мнению авторов научной работы, данное
открытие даёт представление о том, как мозг связывает отдалённые события, и может быть полезно для понимания посттравматического стрессового расстройства и других расстройств, связанных с травматическим опытом.
Таким образом, научная работа, в которой у мышей искусственно вызвали симптомы пищевого отравления - может помочь в разработке будущих клинических методов лечения людей.
"Лес нейронов" - так назвала это изображение его автор, нейробиолог Шанель Тейлор из Квинслендского института мозга при Университете Квинсленда в Австралии (Chanel Taylor, PHD in Neuroscience). Нейроны коры головного мозга здесь окрашены и увеличены в 20 раз.
Шанель Тейлор известна не только как нейробиолог, но и как художник которая создаёт инсталляции, в которых объединяет науку и искусство - причём помимо темы нейронов и головного мозга в этих произведениях фигурируют и другие темы связанные с биологией.
Источники:
1. публикация Stunning neuroscience images на сайте Queensland Brain Institute
2. публикация Southern scholars honoured at Southern Institute of Technology awards на сайте Stuff
США заблокировали учёным из России и Китая доступ к части баз данных Национальных институтов здравоохранения - это репозитории, необходимые для научных работ нейробиологов и врачей-исследователей.
Забегая вперёд: эти базы данных не надо путать с Пабмедом (доступ к Пабмеду остаётся свободным).
Администрация США закрыла доступ к части баз данных своих Национальных институтов здравоохранения - для ученых из шести стран, среди которых оказались Россия, Китай и Венесуэлла.
Об этом сообщает американское издание Science.
Как сообщает данное издание, американские государственные органы опасаются что доступ к «массовым геномным данным человека» из указанных баз данных может помочь военным противникам США в разработке нового биологического оружия.
Американское ведомство ограничило доступ к части своих баз данных для пользователей из 6 стран: Китая, России, Венесуэллы, Ирана, Северной Кореи, Кубы. Запрет вступил в силу 4 апреля.
Для учёных из этих стран заблокирована возможность работать с базами данных (репозиториями), включенными в так называемые Хранилища данных ограниченного пользования (Сontrolled-access data repositories - CADR).
С помощью VPN этот запрет обойти невозможно. Чтобы получить данные из репозитория -нужно подать заявку на получение разрешения. Администраторы, обозначающие себя "Комитет по доступу к данным" - рассматривают запрос научной организации, принимают решение разрешить или отклонить.
На указанных американских базах данных (включенных в перечень CADR) содержится информация по широкому спектру тем из разных областей: о болезни Альцгеймера, психических расстройствах, злоупотреблении психоактивными веществами, развитии мозга подростков, опухолях головного мозга и др.
Портал Fierce Biotech отмечает, что базы данных Национальных институтов здравоохранения (NIH) широко использовались китайскими учёными. Так, сообщается что учёные из Китая с
1999 по 2020 год опубликовали 1566 научных статей на тему рака - используя базы данных NIH. При этом известно, что эти американские базы данных для своих исследований широко использовали и китайские нейробиологи и врачи-неврологи.
Опрошенные изданием Science учёные негативно оценивают данное запретительное решение американского правящего режима.
«В то время, когда изучение генетических вариаций является основой для выявления причин и поиска путей лечения заболеваний, это кажется бессмысленным проявлением злобы», — так оценивает данный запрет нейробиолог и специалист по информационным технологиям Педро Антонио Вальдес Соса, который работает в Китайском университете электронных наук и технологий. Этот учёный использовал для своего исследования американскую базу данных о развитии детского мозга. По его словам, базы данных доступ к которым для учёных из 6 стран заблокирован - включают те, которые «крайне важны для понимания расстройств деятельности мозга».
«Это может стать настоящим ударом для немногих оставшихся в Венесуэле хороших учёных, — говорит Глэдис Маэстре, нейробиолог венесуэльского происхождения из Техасского университета в Рио-Гранде-Вэлли, которая сотрудничала в исследованиях болезни Альцгеймера с учёными из своей родной страны.
По её словам, данные базы дают «реальные данные от реальных людей», что нужно для проверки гипотез.
"Данные исследования когнитивного развития мозга подростков, включающие функциональную магнитно-резонансную томографию и другие данные более чем 11 000 детей из США, являются одними из ресурсов, которые теперь недоступны исследователям из шести стран", - отмечает издание Science.
Китайские исследователи сообщили корреспондентам издания Science , что ещё во время правления администрации Байдена им уже периодически отказывали в доступе к базе данных «Когнитивное развитие мозга подростков» (ABCD) . Исследование, начатое в 2018 году, охватывает около 11 880 детей, которые были зарегистрированы в возрасте 9 или 10 лет и продолжают участвовать в нём во взрослом возрасте. Данная база данных представляет собой исследование, в котором проводится мониторинг - как на развитие мозга влияют режим сна, курение и такие факторы, как использование социальных сетей, занятия спортом и видеоигры.
Радует, что в 2023 году Китай приступил к аналогичному лонгитюдному исследованию, в котороe планируется включить
более 26 000 детей.
Теперь китайские учёные полностью лишены доступа к базе данных
«Когнитивное развитие мозга подростков» (ABCD,) — сказал корреспондентам учёный-нейробиолог из КНР, пожелавший остаться анонимным. «Высокое качество данных ABCD является эталоном для учёных по всему миру, — говорит он. «Теперь мы лишены важного сравнения для нашей собственной работы».
Кубинские учёные-биологи и врачи-исследователи, которые использовали теперь недоступные базы данных, также сожалеют об этом запрете. «Эта новая блокировка доступа определённо замедлит наше понимание многих заболеваний и потенциально повлияет на пациентов», — говорит Таня Кромбет Рамос, учёный из Кубы.
В заявлении BGI Group, центра геномики в китайском Шэньчжэне, отмечается, что китайские ученые внесли свой вклад в данные , которые в настоящее время стали недоступны - в базу данных генотипов и фенотипов Национального центра биотехнологической информации США. Эта база данных, которая включает исследования геномных ассоциаций и данные секвенирования, содержит данные необходимые для научных исследований не только для генетиков, но и для нейробиологов, онкологов и других специалистов. Эта база данных
“представляет собой общее человеческое наследие, которое ... приносит пользу всему человечеству”, - заявили в китайском центре геномики.
«Я хочу думать, что действия Национальных институтов здравоохранения (NIH) — это следствие геополитической ситуации», — делится своими мыслями нейробиолог Глэдис Маэстре.
Она говорит, что понимает необходимость защиты данных, но опасается, что тотальные ограничения могут привести к тому, что другие страны в отместку закроют американским учёным доступ к зарубежным базам данных.
Что здесь можно сказать?
Будем надеяться, что в будущем политические пристрастия государственных деятелей разных стран не будут негативно сказываться на науке. Или будут сказываться минимально.
В мозге астронавтов происходят структурные изменения во время космического полета
12 апреля - День космонавтики. Поэтому и пост будет соответствующий :)
Согласно исследованию Мичиганского университета, проведённому ещё в 2016 году, МРТ-сканирование до и после космических полётов показывает, что в мозгe астронавтов происходят структурные изменения. Это азы космической нейробиологии.
Напомним, что "астронавтами" принято называть американских космонавтов. Также, как китайских космонавтов принято называть "тайконавтами", а индийских - "виоманавтами".
Исследование, которое считается первым, изучающим структурные изменения, происходящие в мозге астронавтов во время космического полета, показало, что степень изменений зависит от продолжительности пребывания в космосе.
Когнитивный нейробиолог, профессор Рейчел Сейдлер и её коллеги
проанализировали результаты магнитно-резонансной томографии 12 астронавтов, которые провели две недели в качестве членов экипажа космического корабля, и 14 астронавтов, которые провели шесть месяцев на Международной космической станции.
Учёные выяснили, что в результате пребывания в космосе объем серого вещества уменьшается. Значительное уменьшение объёма серого вещества наблюдалось в лобных и височных долях.
По словам Рэйчел Сейдлер, это "может быть связано с перераспределением спинномозговой жидкости". "Сила тяжести отсутствует, не влияя на течение жидкостей в организме, что приводит к так называемому одутловатому лицу в космосе", - говорит она.
По её словам, это чревато компрессией мозга.
В тоже время, исследователи обнаружили увеличение объёма серого вещества в областях, которые контролируют движения ног и обрабатывают сенсорную информацию, поступающую от нижних конечностей, что может отражать изменения, связанные с тем, что мозг учится двигаться в условиях микрогравитации.
Изменения наблюдались у астронавтов из обеих групп - и у тех, кто 6 месяцев был на МКС, и у тех кто всего несколько недель находился на космическом корабле.
Но у членов экипажа МКС эти изменения были более значительными. То есть: изменения были тем значительнее, чем больше времени астронавты проводили в космосе.
«В космосе это экстремальный пример нейропластичности мозга, потому что вы находитесь в условиях микрогравитации 24 часа в сутки», — говорит Сейдлер.
Хотя учёные пока не определили точную природу изменений в головном мозге у космонавтов, эксперты считают что полученные результаты будут использованы при исследованиях в медицине при
некоторых патологических состояниях — например, при изучении мозга у людей, находящихся на длительном постельном режиме, а также у пациентов с так называемой гидроцефалией нормального давления — состоянием, при котором спинномозговая жидкость скапливается в желудочках головного мозга и вызывает повышение давления.
Рэйчел Сейдлер сказала, что изменения в мозге астронавтов могут отражать возникновение новых связей между нейронами.
Сообщается, что эти результаты во многом совпадают с выводами, сделанными в ходе долгосрочного исследования постельного режима, которое было проведено под руководством Рэйчел Сейдлер. В нём добровольцы проводили до трёх месяцев в постельном режиме.
Из абстракта научной статьи коллектива Рэйчел Сейдлер:
"Для анализа изменений объема серого вещества до и после полета использовалось непараметрическое тестирование методом перестановок. Мы обнаружили значительное уменьшение объёма серого вещества, в том числе в обширных областях, включая височные и лобные доли, а также в области глазниц. В некоторых областях этот эффект был сильнее выражену членов экипажа Международной космической станции по сравнению с экипажем космического корабля. В медиальной первичной соматосенсорной и моторной коре головного мозга, то есть в областях мозга, отвечающих за нижние конечности, наблюдалось двустороннее очаговое увеличение объёма серого вещества. Эти интригующие результаты были получены на основе ретроспективных данных; в будущих проспективных исследованиях следует изучить лежащие в их основе механизмы и поведенческие последствия."
