Нейроны парного голубого пятна, которые служат основным источником норадреналина в мозге (окрашены зелёным)
© Gabrielle T. Drummond / MIT
Нейроны парного голубого пятна, которые служат основным источником норадреналина в мозге (окрашены зелёным)
Норадреналин работает одновременно гормоном и нейромедиатором: в нервной системе он помогает нейронам передавать друг другу электрохимические импульсы через специальное межнейронное соединение-синапс, за пределами нервной системы он регулирует приток крови к мышцам, работу сердца, уровень глюкозы в крови и ещё множество вещей. В целом норадреналин (как и адреналин) помогает взбодриться, сосредоточится, мобилизоваться на какое-то действие; его уровень резко повышается в стрессовых ситуациях.

Однако его функции порой выходят за рамки стрессовой мобилизации. Не то чтобы это было неожиданностью: например, дофамин одновременно используется в нейронных цепях, управляющих движением, и в системе подкрепления — группе нервных центров, благодаря которым мы предвкушаем удовольствие от грядущей награды и чувствуем мотивацию что-то ради неё предпринять. Про норадреналин известно, что он распространяется на большие участки мозга благодаря голубому пятну — мозговой зоне, которая обменивается сигналами с множеством других зон.

Сотрудники Массачусетского технологического института учили мышей различать разные звуки: если мышь слышала высокий звук, она должна была нажать на рычаг и получить угощение, если же звук был низкий, то нажимать на рычаг не стоило — вместо угощения мышь получала неприятный порыв воздуха в морду. Это было ещё не всё: звук мог быть громким и тихим. Громкий звук означал, что на рычаг нужно нажать, и нажать как можно сильнее. Но если звук становился тише, мышь начинала сомневаться, стоит ли ей предпринимать какие-то действия. С одной стороны, была вероятность получить угощение, с другой стороны, была вероятность, что на тебя неприятно подуют.

Если активность голубого пятна подавляли, мыши становились более неуверенными. То есть голубое пятно и норадреналин, которое оно производит, побуждает мозг рискнуть и попытаться получить угощение. Нейроны пятна, которые давали этот сигнал, посылали его как раз в двигательную кору, управляющую движениями.

Но кроме первого, побуждающего к действию всплеска норадреналина, был и второй. Нажимая на рычаг, мышь ожидала награды, и если награда действительно появлялась, второй всплеск норадреналина был невелик. Но если вместо угощения на мышь дули, то второй всплеск норадреналина был довольно большим. Иными словами, норадреналин помогал понять разницу между ожидаемым результатом и неожиданным. И впоследствии, когда звук опять был неопределённым и мышь должна была решить, рисковать или не рисковать, она решала не рисковать. То есть, можно сказать, что норадреналин помогает учиться на собственных ошибках.

Впрочем, это не совсем верно. Когда условия эксперимента меняли так, что мышь получала неожиданное угощение, норадреналин тоже резко повышался. Тогда более корректно будет сказать, что норадреналин помогает учиться на неожиданных ситуациях, на сюрпризах, как приятных, так и неприятных. Норадреналиновые всплески распространялись в разные части мозга, в том числе и в префронтальную кору, которая играет огромную роль в планировании будущих действий и вообще в высших когнитивных функциях — эффект от сюрприза с помощью нейронов голубого пятна и их норадреналина распространялся до высших «управленческих этажей» мозга. Результаты экспериментов опубликованы в Nature.

Обучение зависит и от других нейромедиаторов, и в перспективе исследователи хотят понять, как обучение неожиданностями на норадреналиновых сигналах согласуется с обучением ожидаемой наградой на дофаминовых сигналах. Кстати говоря, голубое пятно использует и дофамин тоже — мы как-то писали, как дофаминовые сигналы из голубого пятна помогают сформироваться пространственной памяти в нейронных цепях гиппокампа.