«Університет Річмонда Навчання щурів їздити по лабораторії на крихітній машині мало далекосяжні наслідки – це навчило вчених багато чого про переваги очікування радості, яку приносять речі, які ми любимо. Ми створили наш перший автомобіль для гризунів із пластикового контейнера для зернових. Шляхом проб і помилок ми з колегами це виявили», — пишуть на: www.bbc.com
Річмондський університет
Навчання щурів їздити по лабораторії на крихітній машині мало далекосяжні наслідки – це багато чого навчило вчених про переваги очікування радості, яку приносять речі, які ми любимо.
Ми створили наш перший автомобіль для гризунів із пластикового контейнера для круп. Після проб і помилок ми з колегами виявили, що щури можуть навчитися рухатися вперед, хапаючись за маленький дріт, який діє як педаль газу. Незабаром вони керували з дивовижною точністю, щоб дістатися до частування Froot Loop.
Як і очікувалося, щури, яких утримували в покращеному середовищі – з іграшками, простором і компаньйонами – навчилися їздити швидше, ніж щури у стандартних клітках. Це відкриття підтвердило ідею про те, що складне середовище покращує нейропластичність: здатність мозку змінюватися протягом життя у відповідь на вимоги навколишнього середовища.
Після того, як ми опублікували наше дослідження, історія про те, як водили щурів, стала вірусною в ЗМІ. Проект продовжується в моїй лабораторії з новими вдосконаленими транспортними засобами, що керуються щурами, або ROV, розробленими професором робототехніки Джоном МакМанусом та його студентами. Ці вдосконалені електричні ROVs із захищеною від щурів проводкою, непорушними шинами та ергономічними важелями водіння схожі на гризунську версію Cybertruck від Tesla.
Як невролог, який виступає за розміщення та тестування лабораторних тварин у природному середовищі існування, мені було цікаво бачити, як далеко ми відійшли від моїх лабораторних практик із цим проектом. Щури, як правило, віддають перевагу бруду, палицям і камінню, ніж пластиковим предметам. Тепер у нас вони водили машини.
Але люди також еволюціонували не для того, щоб їздити. Хоча наші давні предки не мали машин, у них був гнучкий мозок, який дозволяв їм набувати нових навичок – вогню, мови, кам’яних знарядь праці та землеробства. А через деякий час після винайдення колеса люди зробили автомобілі.
Річмондський університет
Те, як щури пристосувалися до керування цими мініатюрними автомобілями, показує, як їхній мозок пристосовується до навчання новим навичкам (Авторство зображення: Університет Річмонда)
Хоча автомобілі, створені для щурів, далеко не те, з чим вони могли б зустрітися в дикій природі, ми вважали, що водіння є цікавим способом вивчення того, як гризуни набувають нових навичок. Несподівано ми виявили, що щури мали інтенсивну мотивацію до навчання водінню, часто стрибали в машину та запускали «важільний двигун» перед тим, як їхня машина виїжджала на дорогу. Чому це було?
Концепції з початкових підручників психології набули нового, практичного виміру в нашій лабораторії водіння гризунів. Спираючись на базові підходи до навчання, такі як оперантне кондиціонування, яке підсилює цілеспрямовану поведінку за допомогою стратегічних стимулів, ми крок за кроком навчали щурів навчальним програмам водіїв (використовуючи Froot Loops як винагороду).
Спочатку вони навчалися базовим рухам, таким як залізти в машину та натиснути на важіль. Але з практикою ці прості дії перетворилися на більш складну поведінку, наприклад, керування автомобілем до певного пункту призначення.
Троє навчених щурів нетерпляче побігли до клітки, підстрибуючи, як це робить мій пес, коли його запитують, чи хоче він прогулятися
Щури також навчили мене чогось глибокого одного ранку під час пандемії Covid-19.
Було літо 2020 року, період емоційної ізоляції майже для кожного на планеті, навіть для лабораторних щурів. Коли я зайшов до лабораторії, я помітив щось незвичайне: троє навчених щурів нетерпляче розбіглися вбік клітки, підстрибуючи, як це робить мій пес, коли його запитують, чи хоче він погуляти.
Невже щури завжди це робили, а я просто не помічав? Вони просто прагнули Froot Loop чи передчували сам драйв? У будь-якому випадку, вони, здається, відчували щось позитивне – можливо, хвилювання та очікування.
Поведінка, пов’язана з позитивним досвідом, пов’язана з радістю у людей, а як щодо щурів? Чи бачив я щось схоже на радість у щура? Можливо, це й так, враховуючи, що нейронаукові дослідження все частіше свідчать про те, що радість і позитивні емоції відіграють вирішальну роль у здоров’ї як людей, так і тварин.
Завдяки цьому ми з командою перемістили фокус з таких тем, як хронічний стрес впливає на мозок, на те, як позитивні події — і очікування цих подій — формують нервові функції.
Працюючи з постдокторантом Кітті Хартвігсен, я розробив новий протокол, який використовував періоди очікування, щоб збільшити очікування перед позитивною подією. Додавши кондиціонування Павлова, щурам довелося чекати 15 хвилин після того, як блок Lego був поміщений у їх клітку, перш ніж вони отримали Froot Loop. Їм також довелося кілька хвилин чекати в транспортній клітці, перш ніж увійти в щурячий парк, їхню ігрову зону. Ми також додали завдання, як-от очистити насіння соняшнику перед вживанням.
Getty Images
Дослідження показують, що щури, які були змушені чекати винагороди, виявляли більш оптимістичні риси, ніж ті, хто отримував її негайно (Авторство зображення: Getty Images)
Це стало нашою дослідницькою програмою Wait For It. Ми назвали цю нову лінію дослідження Upers – Unpredictable Positive Experience Responses – де щурів навчили чекати винагороди. Навпаки, контрольні щури отримали свою винагороду негайно. Приблизно через місяць тренувань ми піддаємо щурів різним тестам, щоб визначити, як очікування позитивних вражень впливає на їх навчання та поведінку. Наразі ми вдивляємося в їхній мозок, щоб скласти карту нейронного сліду тривалого позитивного досвіду.
Попередні результати свідчать про те, що щури, яким доводиться чекати винагороди, демонструють ознаки переходу від песимістичного когнітивного стилю до оптимістичного в тесті, призначеному для вимірювання оптимізму гризунів. Вони краще виконували когнітивні завдання та були сміливішими у своїх стратегіях вирішення проблем. Ми пов’язали цю програму з ширшим інтересом нашої лабораторії до біхевіорцевтики, термін, який я ввів, щоб припустити, що досвід може змінити хімію мозку так само, як і фармацевтика.
Це дослідження забезпечує додаткову підтримку того, як очікування може зміцнити поведінку. Попередня робота з лабораторними щурами показала, що щури, які натискають на кокаїн – стимулятор, який посилює активацію дофаміну – вже відчувають сплеск дофаміну, коли вони очікують дози кокаїну.
Ми виявили, що щури, навчені передбачати позитивний досвід, частіше тримали хвіст високо, ніж ненавчені щури.
Нашу увагу привернув не лише вплив очікування на поведінку щурів. Одного разу студент помітив щось дивне: у одного з щурів із групи, навчених очікувати позитивних вражень, хвіст був випрямлений із згином на кінці, схожим на ручку старомодної парасольки.
Я ніколи не бачив такого за свої десятиліття роботи з щурами. Переглядаючи відеоматеріали, ми виявили, що щури, навчені передбачати позитивний досвід, частіше тримали хвіст високо, ніж ненавчені щури. Але що саме це означало?
Цікаво, я опублікував фотографію поведінки в соціальних мережах. Колеги-нейробиологи визначили це як м’яку форму так званого хвоста Штрауба, який зазвичай спостерігається у щурів, яким дають опіоїдний морфін. Цей S-подібний завиток також пов’язаний з дофаміном. Коли дофамін блокується, хвіст Штрауба слабшає.
Getty Images
Щури, які перебували в середовищі з низьким рівнем стресу, перенастроїли схеми винагороди свого мозку, що змусило їх позитивніше реагувати на новий досвід (Авторство зображення: Getty Images)
Природні форми опіатів і дофаміну – ключових гравців у мозкових шляхах, які зменшують біль і підвищують винагороду – здається, є контрольними інгредієнтами піднятих хвостів у нашій програмі навчання очікуванню. Спостереження за положенням хвоста у щурів додає новий рівень до нашого розуміння емоційного вираження щурів, нагадуючи нам, що емоції виражаються по всьому тілу.
Хоча ми не можемо напряму запитати щурів, чи люблять вони їздити, ми розробили поведінковий тест, щоб оцінити їхню мотивацію до водіння. Цього разу замість того, щоб дати щурам можливість під’їхати до дерева Фрут-Луп, вони також могли здійснити коротшу подорож пішки – або, в даному випадку, лапою.
Дивно, але двоє з трьох щурів вибрали менш ефективний шлях: відвернулися від нагороди та побігли до машини, щоб поїхати до місця призначення Фрут Луп. Ця відповідь свідчить про те, що щурам подобається як подорож, так і місце призначення.
Дослідження також показали, що бажане середовище з низьким рівнем стресу щурів переналаштовує схеми винагороди їх мозку
Ми не єдина команда, яка досліджує позитивні емоції у тварин.
Дослідження також показали, що бажане для щурів середовище з низьким рівнем стресу переналаштовує схеми винагороди їхнього мозку, такі як прилегле ядро. Коли тварин утримують у сприятливих умовах, область прилеглого ядра, яка реагує на апетит (поведінка, мотивована позитивним підкріпленням), розширюється. З іншого боку, коли щурів містять у стресових умовах, зони, що викликають страх, у їхніх прилеглих ядрах розширюються. Це ніби мозок — це піаніно, яке оточення може налаштувати.
Нейроболог Курт Ріхтер також доводив, що щури мають надію. У дослідженні, яке сьогодні було б заборонено, щури плавали в скляних циліндрах, наповнених водою, і зрештою тонули від виснаження, якщо їх не врятувати. Лабораторні щури, яких часто обробляли люди, плавали від годин до днів. Дикі щури здалися вже через кілька хвилин. Однак якщо диких щурів ненадовго врятувати, час їхнього виживання значно подовжувався, іноді на дні. Здавалося, порятунок дав щурам надію і підштовхнув їх.
Проект «Загон щурів» відкрив нові й несподівані двері в мою дослідницьку лабораторію поведінкової нейронауки. Хоча життєво важливо вивчати негативні емоції, такі як страх і стрес, позитивний досвід також значною мірою формує мозок.
Оскільки тварини – люди чи інші – орієнтуються в непередбачуваному житті, очікування позитивного досвіду допомагає стимулювати наполегливість у продовженні пошуку життєвих нагород. У світі миттєвого задоволення ці щури пропонують розуміння нейронних принципів, які керують повсякденною поведінкою. Замість того, щоб натискати кнопки для отримання миттєвих винагород, вони нагадують нам, що планування, передбачення та насолода від поїздки можуть бути ключовими для здорового мозку. Це урок, якого мене добре навчили мої лабораторні щури.
Ця стаття адаптована з фрагмента, який спочатку з’явився на The Conversation і перепублікується за ліцензією Creative Commons.
—
Якщо вам сподобалася ця історія, підпишіться на інформаційний бюлетень The Essential List – підібраний вибір функцій, відео та новин, які не можна пропустити, які надходять на вашу поштову скриньку двічі на тиждень.
Слідкуйте за новими новинами BBC про науку, технології, навколишнє середовище та здоров’я Facebook, X і Instagram.