Наполеон Хилл, журналист и писатель
Недавно ученые обнаружили, что им удалось обучить мышей добровольно увеличивать размер и частоту, казалось бы, случайных дофаминовых импульсов в мозге. Традиционная мудрость в нейронауке гласит, что уровень дофамина изменяется исключительно в ответ на сигналы из внешнего мира. Новое исследование показывает, что повышение уровня дофамина может быть вызвано внутренними изменениями в мозге.
Дофамин - это небольшая молекула, которая содержится в мозге млекопитающих и связана с чувством награды и счастья. В 2014 году ученые изобрели новый метод измерения дофамина в режиме реального времени в различных частях мозга мышей. Используя этот новый инструмент, они обнаружили, что нейроны в мозге мышей выделяют большие всплески дофамина - так называемые импульсы - без видимых причин. Это происходит в случайные моменты времени, но в среднем примерно раз в минуту.
Павлов был знаменит тем, что смог приучить своих собак выделять слюну при звуке колокольчика, а не при виде пищи. Сегодня ученые считают, что звук колокольчика вызывал выброс дофамина, предсказывающего предстоящее вознаграждение. Если собаки Павлова могли контролировать свои дофаминовые реакции, основанные на сигналах, с помощью небольшого обучения, то нам стало интересно, могут ли наши мыши контролировать свои спонтанные дофаминовые импульсы. Чтобы проверить это, команда ученых провела эксперимент, в котором мышей вознаграждали, если они увеличивали силу своих спонтанных дофаминовых импульсов. Мыши смогли не только увеличить силу импульсов дофамина, но и частоту их возникновения. Когда ученые убрали возможность получения вознаграждения, дофаминовые импульсы вернулись к исходному уровню.
Почему это важно
В 1990-х годах нейробиолог Вольфрам Шульц обнаружил, что мозг животного выделяет дофамин, если животное ожидает вознаграждения, а не только при его получении. Это показало, что дофамин может вырабатываться в ответ на ожидание вознаграждения, а не только на само вознаграждение - вышеупомянутая современная версия собаки Павлова. Но в обоих случаях дофамин вырабатывается в ответ на некий внешний сигнал. Хотя в мозге всегда присутствует небольшое количество случайного фонового дофаминового "шума", большинство исследований в области неврологии не рассматривали возможность случайных дофаминовых импульсов, достаточно больших, чтобы вызвать изменения в работе мозга и памяти.
Результаты опровергают идею о том, что дофаминовые сигналы детерминированы - производятся только в ответ на сигнал - и фактически опровергают некоторые фундаментальные теории обучения, в которых в настоящее время нет места для больших, случайных дофаминовых импульсов. Исследователи уже давно считают, что дофамин позволяет животным определять, какие сигналы могут направить их к вознаграждению. Часто для этого используется последовательность сигналов - например, животное может быть привлечено звуком текущей воды, который лишь позже приводит к вознаграждению в виде питья.
Наши наблюдения за спонтанными всплесками дофамина - не теми, которые происходят в ответ на сигнал - не вписываются в эту схему. Мы предполагаем, что большие спонтанные импульсы дофамина могут нарушить эти цепочки событий и ослабить способность животных связывать косвенные сигналы с вознаграждением. Способность активно влиять на эти всплески дофамина может стать для мышей механизмом минимизации этой предполагаемой проблемы в обучении, но это еще предстоит выяснить.
Что еще неизвестно
Ученым еще предстоит связать полученные в настоящее время результаты с участками мозга, в которых, как известно, дофамин подает сигналы. Что касается поведения - такого, как добыча корма или навигация по лабиринту в лаборатории - каково влияние спонтанных импульсов на способность к обучению? Заманчиво задаться вопросом, могут ли спонтанные импульсы действовать как ложное ожидание вознаграждения. Возможно, спонтанные импульсы дают животным надежду на то, что награда "где-то там". Мы планируем проверить, существует ли причинно-следственная связь между спонтанными импульсами дофамина и тем, что мыши отправляются исследовать окружающую среду. Наконец, неизвестно, помогают или мешают эти импульсы умственным способностям. Поскольку дофаминовые рецепторы в коре головного мозга - это те же рецепторы, которые чрезмерно экспрессируются при шизофрении, нам интересно, существует ли связь между спонтанными импульсами и психическим здоровьем.
Рыбьи плавники - это не простые мембраны, которыми рыбы машут направо и налево для движения. Они, вероятно, представляют собой один из самых элегантных способов взаимодействия с водой. Плавники достаточно гибкие, чтобы принимать самые разнообразные формы, но при этом достаточно жесткие, чтобы толкать воду, не разрушаясь.
Секрет заключается в структуре: У большинства рыб есть лучи - длинные костные шипы, которые укрепляют тонкие мембраны из коллагена, из которых состоят плавники. Каждый из этих лучей состоит из двух жестких рядов маленьких костных сегментов, окружающих более мягкий внутренний слой. Биологи давно знают, что рыбы могут изменять форму своих плавников с помощью мышц и сухожилий, которые толкают или тянут основание каждого луча, но очень мало исследований было проведено именно для изучения механических преимуществ сегментированной структуры.
Для изучения механических свойств сегментированных лучей ученые использовали теоретические модели и 3D-печатные плавники, чтобы сравнить сегментированные лучи с лучами, изготовленными из несегментированного гибкого материала.
Они показали, что многочисленные мелкие костные сегменты действуют как шарнирные точки, позволяя легко сгибать два костных ряда в луче из стороны в сторону. Такая гибкость позволяет мышцам и сухожилиям у основания лучей формировать плавник с минимальными усилиями. В то же время шарнирная конструкция затрудняет деформацию луча по всей его длине. Это предотвращает разрушение плавников, когда они подвергаются давлению воды во время плавания. В 3D-печатных скатах сегментированные конструкции было в четыре раза легче деформировать, чем непрерывные, при сохранении той же жесткости.
Но на ежедневной основе трудно понять, насколько индивидуальный выбор, например, покупка зелени в продуктовом магазине или заказ куриных крылышек в спорт-баре, может повлиять на общее состояние здоровья человека и окружающей среды. Именно этот пробел мы надеемся восполнить с помощью исследования.
Небольшая группа ученых является частью команды исследователей, обладающих опытом в области устойчивого развития продуктов питания и оценки жизненного цикла окружающей среды, эпидемиологии, экологического здоровья и питания. Они работают над тем, чтобы добиться более глубокого понимания за рамками зачастую слишком упрощенного спора о диете "животные против растений" и выявить экологически устойчивые продукты питания, которые также способствуют укреплению здоровья человека.
Опираясь на этот междисциплинарный опыт, они объединили 15 факторов риска для здоровья, основанных на диете, с 18 экологическими показателями для оценки, классификации и определения приоритетов более чем 5800 отдельных продуктов питания.
В конечном итоге они хотели узнать: Требуются ли радикальные изменения в рационе питания для улучшения нашего индивидуального здоровья и снижения воздействия на окружающую среду? И нужно ли всему населению стать веганами, чтобы добиться значительных изменений для здоровья человека и планеты?
Исследователи опросили мужчин и женщин, которые жили дома со своим романтическим партнером в мае 2020 года - в разгар пандемии COVID-19. Они попросили их назвать недавнее разногласие с партнером. Затем они случайным образом попросили их кратко написать об этом недавнем конфликте в отношениях.
Исследователи попросили половину участников написать о разногласиях с их собственной точки зрения. Другую половину они попросили принять точку зрения воображаемой нейтральной третьей стороны, например, общего друга, который имел наилучшие намерения для обоих членов пары. Они также попросили их принять эту нейтральную точку зрения в будущих разногласиях с партнером.
Люди писали на самые разные темы, включая споры о деньгах, разногласия по поводу воспитания детей и дистанционного обучения и различия в способах соблюдения мер безопасности COVID-19.
Когда исследователи проверили их через 14 дней, те, кто рассматривал разногласия с точки зрения нейтральной третьей стороны, сообщили о большем снижении романтических конфликтов и агрессии, чем те, кто продолжал смотреть на конфликт своими глазами. Например, те, кто принял новую точку зрения, сказали, что за предыдущие две недели у них было на 30% меньше разногласий и на 51,3% меньше случаев агрессии в отношениях - таких как крики или удары - по сравнению с теми, кто думал о событии со своей точки зрения.
Иммунная система обычно защищает организм от таких захватчиков, как инфекции и рак. Но как именно она знает, что атаковать, а что оставить в покое? Как она учится не нападать на собственные органы и ткани, а в случае беременности - на развивающийся плод?
Плод имеет общее кровоснабжение и иммунную систему со своей матерью, что создает уникальные проблемы - плод генетически отличается от матери, а также развивает специализированные органы, такие как плацента, которые могут показаться чужеродными для иммунной системы матери. То, как ее система учится не атаковать плод и плаценту, невероятно важно для понимания беременности и ее распространенных осложнений, таких как выкидыш.
Ученые уже много лет пытаются понять более базовую версию этого вопроса: Как иммунная система вообще учится тому, что атаковать, а что нет?
В процессе, известном как иммунное самообразование, который происходит в органе под названием тимус, специализированные "клетки-воспитатели" учат развивающиеся иммунные клетки тому, что не следует атаковать, демонстрируя разнообразный набор собственных белков организма. По сути, этот процесс учит иммунные клетки тому, что представляет собой "я". Этим клеткам-воспитателям требуется уникальный белок, называемый аутоиммунным регулятором, или Aire, для обучения полному учебному плану собственных белков организма, а мутации в Aire приводят к разрушительному аутоиммунному заболеванию.
Ранее исследователи обнаружили новый класс клеток-воспитателей, живущих вне тимуса, преимущественно в лимфатических узлах и селезенке, которые производят тот же белок Aire. Они назвали их экстратимическими Aire-экспрессирующими клетками, или eTACs, и предположили, что они могут служить своего рода "непрерывным образованием" для иммунной системы. Наше новое открытие заключается в том, что eTACs необходимы для защиты беременности, поскольку они учат иммунную систему матери не атаковать плод и плаценту как нечто чужеродное. Это исследование, проведенное на мышах, которых мы сконструировали таким образом, чтобы они могли удалять клетки, экспрессирующие Aire, показывает, что в отсутствие eTACs иммунная система матери становится чрезмерно активной и атакует беременность.