Значимость, дофамин и активация лобных долей – или отсутствие всего этого
Сигнальная система значимости
В механизме мозга, определяющем значимость, есть еще одна, биохимическая «шестеренка», и это дофамин. Это вещество обычно упоминается в научной литературе как DA и является нейромодулятором. В головном мозге действуют несколько биохимических систем, играющих важнейшую роль в сообщении между нейронами. Среди этих биохимических систем обычно выделяют быстродействующие нейромедиаторы и медленно действующие нейромодуляторы (хотя и те и другие часто называют «нейромедиаторами»). Дофамин принадлежит ко второй группе. Дофамин единственный из всех нейромедиаторов, который привлекает интерес широкой публики, поскольку он часто упоминается в бульварной прессе. Если есть такая вещь, как «модный» нейромедиатор, то это дофамин. Он причастен к образованию зависимости, развитию синдрома дефицита внимания и гиперактивности (СДВГ) и многих других состояний. Его точная функция (равно как и дисфункция) интересует как научную, так и широкую общественность. Дофамин называют «гормоном удовольствия» и «медиатором вознаграждения» – все это яркие обозначения, порождающие лишь иллюзию понимания, нежели истинное понимание.
Но дофамин – это просто химическое вещество, которое само по себе не управляет никакими процессами в нервной системе. Его функция заключается в облегчении процессов, протекающих в этих структурах. Чтобы разобраться в функции (а также дисфункции) дофамина, важно изучить анатомию его путей распространения и взаимоотношения тех структур, сообщение между которыми облегчает дофамин. Патриция Голдман-Ракич, исследования которой мы уже обсуждали в Главе 4, была среди тех, кто первым распознал роль дофаминергических путей в работоспособности префронтальной коры, а также ее дисфункцию в случае нарушения передачи дофамина.
Важное скопление дофамина находится в так называемой вентральной области покрышки (ВОП). Расположенные здесь нейроны посылают дофаминовые проекции в ряд структур мозга, в том числе в префронтальную кору, гиппокамп, миндалину и прилежащее ядро. Повреждение этих областей изменяет и процесс принятия решений (который обычно ассоциируется с префронтальной корой), и память. Эти проекции, исходящие из ВОП, привлекают внимание ученых, и я ранее изучал их роль в регуляторной функции и долгосрочной памяти13. Повреждение ВОП и ее двунаправленных проекций, к префронтальной коре и от нее, приводит к клиническому состоянию, практически не отличимому от повреждения лобных долей. Различие, вероятно, заключается в том, что малейшее повреждение этих путей, которое может быть почти неразличимо при помощи обычных методов нейровизуализации, приводит к неуловимым поведенческим и аффективным последствиям «легкой» черепно-мозговой травмы, которыми часто пренебрегают как «изменениями личности». Среди прочего, усовершенствования в выявлении такого повреждения помогут нам распознать различие между последствиями двух состояний, которые часто объединяются в клиническом диагнозе черепно-мозговой травмы (ЧМТ), при которой, вероятно, нарушаются эти пути, и синдрома посттравматического стресса (СПТС), с сохранением их целостности. Мои коллеги и я описали последствия структурного повреждения ВОП и ее проекций много лет назад, и мы назвали это состояние «синдромом ретикуло-фронтального разъединения»14. Истощение запасов дофамина в лобных долях проявляется так же, как «синдром ретикуло-фронтального разъединения», и тоже приводит к нарушению функций лобных долей15.
Но, чтобы разобраться в функциях дофамина, не менее важно рассмотреть проекции, которые приходят к ВОП. Некоторые такие проекции исходят из префронтальной коры и миндалины. Мы уже знаем, что префронтальная кора чрезвычайно важна для определения значимости, равно как и миндалина. Разница между этими двумя структурами состоит в том, что префронтальная кора определяет значимость на основе когнитивной обработки, а миндалина – эмоционального восприятия.
Давайте предположим, что префронтальная кора или миндалина распознают некий стимул или информацию как значимые, важные для преуспевания организма или предотвращения травмы. Они посылают сигнал в ВОП через нисходящие пути, и этот сигнал означает, что ВОП помещает стимул или информацию, так сказать, в «начало нейронной очереди». В ответ на это ВОП посылает сигнал через восходящие пути в неокортекс, прилежащее ядро, гиппокамп и другие структуры, отмечающие этот сигнал (или информацию) как особенно существенный, или «значимый», привлекая тем самым к нему внимание, «побуждая» организм сосредоточиться на нем, а также облегчая его перенаправление в долгосрочную память, для сохранения и закрепления. Таким образом, дофамин является переносчиком, нежели автором сообщения, исходящего из префронтальной коры или миндалины. Выброс дофамина из ВОП отмечает определенные события или частицы информации как «важные». Возможно, не будет слишком самонадеянно предположить, что студенты, которые в ранее приведенном примере слушали лекцию и в реальном времени выбирали ту информацию, которую стоило записать в конспект, действовали под влиянием выбросов дофамина. Распределение главных путей дофамина в мозге изображено на рис. 5.2.
Рис. 5.2. Дофаминергические пути. (А) Вентральная область покрышки (ВОП); (В) Черная субстанция; (С) Префронтальная кора; (D) Миндалина; (E) Прилежащее ядро; (F) Гиппокамп и парагиппокампальные структуры; (G) Полосатое тело. Сеть связей между A, C, D и Е особенно важна для определения значимости
Различные компоненты дофаминовой системы играют разные роли в обучении, направляемом значимостью. При помощи методов позитронной эмиссионной томографии (ПЭТ) команда ученых из Университета Макгилла в Монреале пришла к выводу, что поведение приближения, основанное на положительном опыте, и поведение избегания, основанное на отрицательном, связаны с двумя разными рецепторами дофамина в кортикостриарной системе – соответственно D1 и D2. Важное значение этой работы заключается в том, что вариабельность связывания рецепторов D1 и D2 может объяснять индивидуальные различия в обучении в зависимости от стилей воприятия16.
Карл Дейссерот и его коллеги из Стэнфордского университета чрезвычайно элегантно продемонстрировали значение специфических дофаминовых рецепторов в процессе принятия решений, направляемом значимостью. В эксперименте крысы должны были выбирать между двумя рычагами: один был связан с доступом к кормушке, где всегда был корм, а другой – с доступом к кормушке, где корма обычно почти не было, но иногда появлялось очень много. Ученые обнаружили, что способность крыс учиться на собственном опыте и делать выбор направлялась сигналом, исходящим из нейронов прилежащего ядра с рецепторами D2. Это область мозга на границе вентрального полосатого тела, передней части поясной извилины и орбитофронтальной коры. Известно, что в этой области располагается центр системы вознаграждения мозга. Те крысы, у которых эти нейроны посылали сильный сигнал, учились на отрицательном опыте и использовали консервативную стратегию, чаще всего выбирая рычаг, который открывал кормушку, где всегда был корм. И наоборот, крысы, у которых нейроны с рецепторами D2 вырабатывали слабый сигнал, продолжали нажимать на рычаг, чтобы время от времени получить доступ к кормушке, где иногда появлялось много корма, хотя чаще всего его количество было очень ограниченным. Но эту упрямую забывчивость по отношению к отрицательному опыту можно было преодолеть у этих склонных к риску крыс, если стимулировать нейроны с рецепторами D2 в прилежащем ядре оптогенетическим методом. (Это относительно новый и многообещающий метод, когда нейроны подвергают генетической модификации, чтобы они приобрели чувствительность к свету и отвечали на стимуляцию светом17.)
