Во время исследования мышей обучили поведению, похожему на поиск пищи. Для этого использовался длинный, похожий на коридор вольер с триггерной зоной на одном конце и зоной вознаграждения на другом, на расстоянии более 1,2 м. Мыши научились ждать в триггерной зоне в течение двух секунд, пока звуковой сигнал не инициировал начало поиска пищи. Затем мышь двигалась вперед с собственной скоростью к зоне вознаграждения, чтобы получить небольшую порцию напитка с ароматом клубники. Чтобы завершить испытание, мыши покидали зону вознаграждения и возвращались в триггерную зону, чтобы ожидать следующего звукового сигнала. Грызуны быстро обучились и проявляли высокую активность, что подтверждалось выполнением большого количества испытаний во время тренировок.
Затем исследователи использовали оптическую фотометрию и датчик кальция GCaMP для непрерывного мониторинга активности двух основных подпопуляций нейронов в ядре паравентрикулярной области (PVT) в таламусе. Ученые следили за нейронами мышей во время приближения к вознаграждению от триггерной зоны, а также во время завершения испытания, когда грызунами давали вкус клубничного напитка и они возвращались из зоны вознаграждения обратно в триггерную зону. Для этого эксперимента в мозг мышей вводили оптическое волокно, которое позволяло измерять уровень высвобождения кальция — сигнал нейрональной активности.
Две субпопуляции в паравентрикулярном ядре идентифицируются по наличию или отсутствию рецептора дофамина D2, обозначаемого как PVT D2(+) или PVT D2(-) соответственно. Дофамин — это нейромедиатор, который позволяет нейронам общаться друг с другом. Ученые обнаружил, что нейроны PVT D2(+) и PVT D2(-) кодируют выполнение и завершение целенаправленных действий соответственно. Более того, активность нейрональной популяции PVT D2(+) отражала такие параметры мотивации, как энергичность и сытость.
В частности, нейроны PVT D2(+) продемонстрировали повышенную активность во время подхода к вознаграждению и снижение активности при завершении испытания. И, наоборот, нейроны PVT D2 (-) показали снижение активности во время подхода к вознаграждению и повышение активности в конце испытания. Никаких изменений в активности PVT-нейронов D2(+) не наблюдалось, когда мыши не выполняли задание.
Исследование PVT-нейронов выявило разнообразие внутри данной области и раскрыло новую информацию о ее функциях. Оказалось, что несмотря на то, что эти нейроны выделяют один и тот же нейромедиатор, глутамат, они имеют разные характеристики и функции. Долгое время области таламуса, такие как PVT, считались просто ретрансляционной станцией в мозге. Но результаты исследования подтверждают, что PVT обрабатывает информацию, которая исходит от гипоталамуса, и преобразует ее в мотивационные сигналы. Эти сигналы передаются через аксоны PVT D2(+) и PVT D2(-) к прилежащему ядру NAc, играющему важную роль в обучении и регулировании целенаправленного поведения.
Дефицит мотивации связан с психическими расстройствами: злоупотреблением психоактивными веществами, перееданием и депрессией. Лучшее понимание нейронной основы мотивированного поведения может выявить конкретные нейронные пути, участвующие в мотивации, и то, как они взаимодействуют. Это поможет найти новые терапевтические цели для восстановления здоровых мотивационных процессов у пациентов.
