Ученые обнаружили у мышей эволюционно древнюю группу нейронов в стволе мозга, которая необходима для избирательного пространственного внимания — способности отфильтровывать отвлекающие стимулы и сосредотачиваться на важной информации. Результаты исследования, опубликованного в Nature Communications, показывают, что эти клетки помогают выбирать цель внимания, не нарушая базовое зрительное восприятие и движения.
Речь идет о тормозных нейронах комплекса parabigemino-lateral tegmental inhibitory complex, или PLTi. Авторы работы считают, что это открытие может стать первым шагом к созданию более точных методов лечения расстройств внимания.
Исследователи исходили из того, что способность выделять важные сигналы среди множества раздражителей встречается не только у приматов с развитой префронтальной корой, но и у птиц, рыб и грызунов. Это указывало на возможную роль более древних глубинных структур мозга. В центре внимания оказался верхний холмик среднего мозга, связанный с обработкой пространственной информации, однако его трудно изучать отдельно в контексте внимания, поскольку он также участвует в зрении и движении.
Чтобы выяснить, какой именно участок отвечает за фильтрацию отвлекающих сигналов, ученые исследовали нейроны PLTi. С помощью флуоресцентных меток они показали, что эти клетки получают организованные сигналы от верхнего холмика и отправляют проекции обратно к нему. Применение хемогенетики позволило установить, что активация PLTi напрямую подавляет активность верхнего холмика.
Затем мышей обучили выполнять задачу на сенсорном экране: животные должны были определить ориентацию центрального изображения, пока на периферии одновременно появлялся отвлекающий стимул. Этот «фланкер» мог совпадать с целью или противоречить ей, а его визуальную заметность меняли, регулируя контраст.
Когда ученые двусторонне отключали нейроны PLTi у шести генетически модифицированных мышей, животные резко хуже справлялись с испытаниями, в которых отвлекающий стимул противоречил цели. Это указывало на значительное усиление отвлекаемости. При этом в заданиях, где периферический стимул совпадал с целью или когда цель показывали без помех, точность сохранялась.
Дополнительная проверка показала, что дело не в простой реакции на яркость. Когда значимый отвлекающий стимул заменяли обычным световым блоком без поведенческой ценности, отключение PLTi не ухудшало результаты. Это говорит о том, что нейроны PLTi учитывают не только физическую заметность сигнала, но и его значимость для текущей задачи.
Авторы также проверили, не влияет ли отключение этих клеток на зрение или моторику. В базовом зрительном тесте изменений восприятия не обнаружили. Анализ трехмерных видеозаписей показал, что траектории движений головы и выбор моторных ответов не менялись. Единственным физическим отличием стало немного более быстрое время реакции во всех условиях после отключения PLTi.
С помощью математического моделирования и записей активности мозга исследователи связали это ускорение с общей гиперактивностью верхнего холмика, лишенного постоянного тормозного влияния PLTi. По их данным, именно этот механизм помогает мозгу подавлять отвлекающие сигналы и формировать четкий выбор в пользу наиболее важного стимула.
Анализ поведения мышей показал, что в норме у животных существует резкая и точная граница решения: в определенный момент один стимул полностью «побеждает» другой. После отключения PLTi эта граница смещалась, и даже более слабые отвлекающие сигналы начинали перехватывать внимание. Кроме того, сама граница становилась менее четкой.
Похожий эффект ученые увидели и на уровне нейронной активности. Они записали электрические сигналы 16 нейронов верхнего холмика у фиксированных мышей при предъявлении конкурирующих зрительных стимулов. В норме активность нейронов менялась резко и точно, когда отвлекающий сигнал начинал преобладать над центральной целью. При отключении PLTi эта точность исчезала, а слабые отвлекающие сигналы сильнее подавляли главный целевой сигнал.
По мнению авторов, это указывает на то, что PLTi организует конкурентные взаимодействия внутри верхнего холмика и создает точный нейронный сигнал, необходимый для избирательного пространственного внимания.
Исследователи отмечают, что даже при полном отключении PLTi мыши продолжали выполнять задачу немного лучше случайного уровня, что может говорить о вкладе других участков мозга. Кроме того, пока неясно, как именно этот глубинный стволовой контур взаимодействует с более развитыми корковыми сетями внимания.
Следующим шагом ученые называют проверку того, выполняют ли такие нейроны аналогичную функцию у человека. Если их роль подтвердится и окажется связанной с нейроотличиями, это может открыть путь к новым таргетным препаратам при состояниях, связанных с дефицитом внимания, а также при шизофрении и аутизме.
