Senovinis smegenų PLTi centras: kaip jis valdo dėmesį

Dėmesys gali jaustis kaip raumuo, kurį arba turi, arba neturi. Tačiau kas, jei tas raumuo yra senovinis, įspaustas giliai stuburinių smegenyse dar prieš atsirandant žmonėms? Neseniai Johns Hopkins atlikti eksperimentai rodo, kad mažytė slopinančių neuronų grupė, išsaugota paukščių, žuvų ir žinduolių, pelėse veikia kaip tam tikras susitelkimo jungiklis. Kai šios ląstelės išjungiamos, gyvūnai tampa išsiblaškantys taip, kad tai primena žmonių dėmesio sutrikimų simptomus.

Užfiksuotas žvilgsnis, įsišaknijęs smegenyse

Ne visas dėmesys glūdi smegenų žievėje. Daugelį dešimtmečių neuromokslininkai akcentavo modernius smegenų tinklus, ypač tuos, kurie būdingi primatams, kaip selektyvaus erdvinio dėmesio vietą. Naujas tyrimas nukreipia dėmesį į kur kas senesnę struktūrą. Aptariami neuronai priklauso parabigemininio šoninio tegmentinio slopinamojo komplekso (PLTi) sričiai. Jie išskiria GABA, centrinės nervų sistemos pagrindinį slopinantį neuromediatorių, ir moduliuoja viršutinę kolikulę (superior colliculus), vidurinių smegenų mazgą, kuris sudaro pasaulio erdvinį žemėlapį ir padeda orientuoti suvokimą į svarbius taikinius.

Kodėl tai svarbu? Nes viršutinė kolikulė sąveikauja su regos, klausos ir judėjimo sistemomis, kad nurodytų, kur gyvūnas žiūri ir ką jis apdoroja. Galima įsivaizduoti ją kaip vidinį scenos režisierių, kuris užtemdo foną ir paryškina aktorių, kurį turime matyti. PLTi taiko tam tikrą selektyvų užtemdymą, slopindama menkesnius signalus, kad vienas šaltinis galėtų dominuoti apdorojimuose.

Eksperimentas, kuris nutildė susikaupimą

Tyrėjai treniravo peles užduočiai su lietimui jautriu ekranu, kurio metu jos turėjo nosimi bakstelėti teisingą vaizdą, ignoruodamos nereikšmingus dirgiklius. Esant ištisam PLTi, gyvūnai atliko užduotį patikimai ir pelnė atlygį. Tada komanda panaudojo virusinį įrankį, laikinai sustabdžiusį PLTi veiklą. Rezultatas buvo akivaizdus ir dramatiškas. Pelės tapo linkusios kreipti dėmesį į silpnus trikdžius ir daug rečiau rinkdavosi taikinius, kuriuose buvo naudingos informacijos.

Ką parodė elgesio duomenys

• Pelės su aktyviais PLTi tinklais ignoravo trikdžius ir rinkosi aukštos prioritetinės svarbos taikinius.
• Kai PLTi neuronai buvo inaktyvuoti, trikdžiai nukreipdavo dėmesį net jei buvo silpni.
• PLTi suaktyvinimas atstatė susitelkimą kitą dieną.

"Gyvūnai turi išskirtinę gebą pasirinkti ir prioritetiškai apdoroti erdvėje esančią aukščiausios svarbos signalą, ignoruodami mažesnės svarbos trikdžius," rašė autoriai. Johns Hopkins neuromokslininkas Shreesh Mysore apibūdino PLTi kaip dėmesio atrankos variklį. "Vienintelis sutrikimas buvo gebėjimo paimti konkuruojančią informaciją, palyginti ją ir skirti dėmesį vietai, turinčiai daugiausia svarbios informacijos, praradimas," sakė jis. Jo kolega Ninad Kothari tiesiai šviesiai apibendrino elgesio pokytį: "Kai inaktyvinuojame šiuos neuronus, pelės tampa labai jautrios išsiblaškymui."

Kodėl tai svarbu žmogaus dėmesiui

Pelės nėra žmonės, ir autoriai pripažįsta skirtumus smegenų struktūroje bei funkcijoje. Tačiau PLTi yra tinkle, kuris yra labai išsaugotas tarp stuburinių. Atsižvelgiant į šią išsaugojimą, yra pagrindo manyti, kad panašūs tinklai egzistuoja ir žmonėse bei prisideda prie to, kaip filtruojame jutiminius signalus. Tyrimas taip pat susieja šį atradimą su platesne GABA signalizacijos istorija. Slopinamojo neurosignalizavimo sutrikimai buvo įtraukti į dėmesio sutrikimą su hiperaktyvumu (ADHD) ir kitas psichiatrines būkles, todėl radus konkretų GABAerginį neuronų klasterį, kuris reguliuoja erdvinį dėmesį, atsiranda nauja kryptis tyrimams.

Praktinės implikacijos kol kas yra spekuliatyvios. Visgi eksperimentinių įrankių rinkinys, prieinamas pelėms, leido mokslininkams nutildyti grandinę ir stebėti beveik akimirkinius elgesio pokyčius. Etiškumo komitetai leistų tokio tipo intervencijų žmonėms, todėl gyvūnų modeliai yra būtini priežasčių ir pasekmių žemėlapio sudarymui sudėtingose smegenų funkcijose.

Ar šie tyrimai gali nulemti ADHD ar šizofrenijos gydymą? Galbūt, bet verta būti atsargiems. Jei homologiniai neuronai ar keliai bus identifikuoti žmogaus smegenyse, jie galėtų tapti tiksliniais neuromoduliacijos ar farmacijos taikiniais, skirtais atstatyti slopinųjų balansą. Vertimas į kliniką reikalautų vaizdavimo, pokomorteminių tyrimų ir kruopštaus fiziologinio žemėlapiavimo žmonėms ir ne žmogaus primatams.

Ekspertų įžvalga

Dr. Laura Chen, kognityvinė neuromokslininkė, nedalyvavusi tyrime, komentavo rezultatus. "Stulbina, kaip evoliuciškai senas mazgas veikia tokį aukšto lygio elgesį kaip selektyvus dėmesys. Tai verčia mus mąstyti plačiau nei tik žievinės architektūros modeliuojant dėmesį. Iš klinikinės perspektyvos, identifikuoti išsaugotus slopinančius centrus atveria naujas kryptis tikslinei tyrimų paieškai dėl dėmesio sutrikimų," sakė ji.

Tyrimas, paskelbtas Nature Communications, peržiūri selektyvų erdvinį dėmesį kaip paskirstytą procesą, apimantį gilias smegenų kamieno dalis ir žievės tinklus. Toks paskirstymas gali paaiškinti, kodėl dėmesys tam tikrose situacijose yra atsparus, o kitose — trapus. Kai PLTi veikia tinkamai, trikdžiai išnyra fone. Kai jis sutrinka, net silpni dirgikliai gali atitraukti žvilgsnį.

Išvada

PLTi neuronų atradimas kaip pagrindinių erdvinio dėmesio reguliatorių pelėse papildo svarbią dalį dėl to, kaip smegenys nusprendžia, ką apdoroti ir ką ignoruoti. Tai pabrėžia senovinį grandinės elementą su šiuolaikine reikšme, galintį sujungti pagrindinius neuromokslinius atradimus ir klinikinius tyrimus apie dėmesio sutrikimus. Kol kas tyrimas pateikia aiškų eksperimentinį įrodymą: nutildykite šią nedidelę ląstelių grupę, ir susikaupimas išnyksta; įjunkite jas vėl, ir susikaupimas grįžta.