Считается, что у млекопитающих нервный путь, называемый цепью кортико-базальных ганглиев, играет важную роль в выборе поведения. Однако остается неясным, где и как поведенческие программы записываются, хранятся и считываются в виде памяти в этой схеме. Исследовательская группа под руководством Хитоши Окамото и Тадзу Аоки из Института исследований мозга RIKEN впервые визуализировала у рыбок данио нейронную активность, связанную с извлечением долговременных воспоминаний во время принятия решений.
Команда провела эксперименты на генно-инженерных рыбках данио, экспрессирующих флуоресцентный белок, который меняет свою интенсивность, когда связывается с ионами кальция в нейронах, и тем самым действует как индикатор активности нейронов. "Нейроны в области коры головного мозга рыб образуют нейронную цепь, аналогичную цепи кортико-базальных ганглиев млекопитающих," говорит Окамото.
Рыбы были обучены выполнению задачи уклонения, помещая отдельных рыбок в двухкамерный резервуар и светя красным светом в течение нескольких секунд в отсек, содержащий рыбу. Если рыба не перемещалась в другой отсек в ответ на свет, ее «наказывали» легким поражением электрическим током. После нескольких повторений рыба научилась избегать шока, переключая отсеки, как только загорался свет.
Затем исследователи изучили нейронную активность рыб под микроскопом в ответ на воздействие красного света. Через день после учебного задания рыба показала специфическую активность в дискретной области конечного мозга, которая соответствует коре головного мозга у млекопитающих, при освещении красным светом. Однако уже через 30 минут после учебного задания в этой части мозга не наблюдалось никакой активности (рис. 1). Результаты показывают, что эта телэнцефалонная область кодирует долговременную память для выученного поведения избегания. Подтверждая это, удаление этой части конечного мозга уничтожило долговременную память, но не повлияло на обучение или кратковременное хранение памяти.
У людей способность выбирать правильные поведенческие программы в ответ на изменения окружающей среды необходима для повседневной жизни, и считается, что эта способность ухудшается при различных психических состояниях, таких как депрессия и шизофрения.
"Комбинируя технику нейронной визуализации с генетикой, мы сможем исследовать, как нейроны в цепи кортико-базальных ганглиев выбирают наиболее подходящее поведение в той или иной ситуации," говорит Окамото. "Наши результаты открывают путь для изучения и понимания того, как эти симптомы проявляются при психических расстройствах человека."