» » Нейронные сети, отвечающие за социальное поведение, эволюционируют очень медленно

Нейронные сети, отвечающие за социальное поведение, эволюционируют очень медленно

 

Нейронные сети, отвечающие за социальное поведение, эволюционируют очень медленно

 

Нейронные сети, отвечающие за социальное поведение, эволюционируют очень медленно

Рис. 1. Отделы мозга, ответственные за принятие социально-ориентированных решений у позвоночных (сверху вниз: рептилии, птицы, млекопитающие, амфибии, костистые рыбы). Для каждой группы показана серия схематических поперечных срезов мозга (точнее, одной половинки мозга) на разных уровнях; слева направо увеличивается расстояние от переднего конца мозга. Компоненты нейронной сети социального поведения показаны желтым цветом, системы внутреннего вознаграждения — голубым. Отделы, ответственные за связь этих двух систем, показаны зеленым цветом. AH — передний гипоталамус, blAMY — базолатеральная миндалина, BNST — ядро ложа терминальной полоски, HIP — гиппокамп, LS — латеральная перегородка, meAMY — медиальная миндалина, NAcc — прилежащее ядро, PAG — центральное серое вещество, POA — преоптическая область гипоталамуса, Str — стриатум, VMH — вентромедиальный гипоталамус, VP — вентральный паллидум (бледный шар), VTA — вентральная область покрышки среднего мозга. Изображение из обсуждаемой статьи в Science

Специализированный комплекс отделов мозга, управляющий социальным поведением, сначала был обнаружен у млекопитающих, затем у других наземных позвоночных и даже у рыб. Американские биологи показали, что у разных групп позвоночных сходна не только структура этого комплекса, но и характер работы ключевых генов в нем. Те различия, которые всё же имеются, в большей степени затрагивают синтез сигнальных веществ (нейромедиаторов) и в меньшей — распределение рецепторов, реагирующих на эти вещества. По-видимому, уже у последнего общего предка лучеперых рыб и наземных позвоночных имелась социально-ориентированная нейронная сеть, основные структурные и нейрохимические свойства которой в ходе дальнейшей эволюции менялись весьма медленно.

Исследования последних лет показали, что у костистых рыб, амфибий, рептилий, птиц и млекопитающих социальное поведение (включая агрессию, брачное поведение и заботу о потомстве) контролируется одним и тем же комплексом отделов мозга. Этот комплекс называют «нейронной сетью социального поведения» (social behaviour network). В работе этой сети важную роль играют стероидные половые гормоны (андрогены, эстрогены) и нейропептиды (в том числе окситоцин, вазопрессин и их гомологи, см.: Гены управляют поведением, а поведение — генами, «Элементы», 12.11.2008). Сеть социального поведения тесно связана с системой внутреннего вознаграждения, задача которой — отличать, образно говоря, хорошее от плохого и сообщать о результатах другим отделам мозга при помощи нейромедиатора дофамина (см.: В «системе вознаграждения» найдены нейроны, возбуждающиеся от хороших предчувствий, «Элементы», 10.02.2012). Вместе эти два нейронных контура (социального поведения и вознаграждения) образуют «систему принятия социальных решений» (SDM, social decision-making network). Основные компоненты сети SDM показаны на рис. 1.

Самое удивительное свойство сети SDM — это ее эволюционный консерватизм, то есть крайне медленный темп эволюционных изменений. На первый взгляд, это противоречит тому громадному многообразию форм социального поведения, которое наблюдается у позвоночных. Хотя, с другой стороны, базовые социально-ориентированные задачи у всех позвоночных схожи: привлечь хороших половых партнеров, одолеть конкурентов, повысить свой социальный статус, вырастить побольше здоровых потомков... Это фундаментальное сходство жизненных устремлений, вероятно, и создает предпосылки для развития более или менее универсальных социально-ориентированных нейронных структур в ходе эволюции. Та нейронная сеть, которая сформировалась еще у доисторических рыб — общих предков современных лучеперых рыб и наземных позвоночных, — очевидно, оказалась вполне универсальной. Даже очень небольшие модификации отдельных компонентов сети SDM могут оказаться достаточными для значительного изменения социального поведения (см.: Goodson, 2005. The Vertebrate Social Behavior Network: Evolutionary Themes and Variations). Иногда, конечно, может развиться и нечто принципиально новое. Скажем, у млекопитающих значительную часть социальных функций взяла на себя префронтальная кора, аналогов которой нет у других позвоночных (именно поэтому, кстати, префронтальная кора не рассматривалась в исследовании, о котором пойдет речь).

Лорен О’Коннелл (Lauren A. O’Connell) и Ханс Хофманн (Hans A. Hofmann ) из Техасского университета в Остине решили выяснить, была ли сеть SDM так же консервативна на уровне генной экспрессии (работы генов), как и на уровне структуры. Для этого они проанализировали опубликованные результаты 152 исследований, в которых изучалась активность генов в разных участках сети SDM у разных позвоночных. Авторы сконцентрировались на десяти генных продуктах, работа которых особенно важна для сети SDM. Первые четыре из них связаны с производством лигандов, то есть сигнальных веществ, воздействующих на те или иные рецепторы, остальные шесть — сами рецепторы:
1. TH — тирозингидроксилаза, фермент, необходимый для синтеза дофамина;
2. AVP — аргинин-вазопрессин, который чаще для краткости называют просто «вазопрессином»;
3. OXY — окситоцин;
4. Aromatase — ароматаза, фермент, отвечающий за синтез эстрогенов;
5. D1aR — дофаминовый рецептор первого типа;
6. ER — эстрогеновый рецептор;
7. AR — андрогеновый рецептор;
8. PR — прогестероновый рецептор;
9. V1aR — вазопрессиновый рецептор;
10. OTR — окситоциновый рецептор.

Имеющихся данных пока недостаточно, чтобы сравнивать активность этих генов количественно, поэтому анализ проводился на качественном уровне. Для каждой группы позвоночных и для каждого отдела сети SDM авторы пытались выяснить, в каком состоянии находится каждый из 10 генов: включенном или выключенном («экспрессия есть» или «экспрессия отсутствует»).

Распределение генной экспрессии по отделам сети SDM оказалось весьма сходным у всех изученных групп. Наиболее консервативен рисунок экспрессии рецепторов. Почти у всех исследованных видов позвоночных все шесть рецепторов экспрессируются во всех или почти всех отделах сети SDM (рис. 2).

Экспрессия генов, связанных с производством лигандов, более изменчива. Самые значительные изменения произошли при отделении предков лучеперых рыб от предков лопастеперых и тетрапод (наземных позвоночных), а также при расхождении линий птиц и рептилий (рептилии были представлены змеями и ящерицами; по крокодилам и черепахам данные, к сожалению, пока отсутствуют).

 

Нейронные сети, отвечающие за социальное поведение, эволюционируют очень медленно

Рис. 2. Распределение экспрессии 10 генов по отделам «сети принятия социальных решений» у позвоночных. Оранжевый цвет — ген включен, фиолетовый — ген выключен, белый — нет данных. Изображение из дополнительных материалов к обсуждаемой статье в Science

 

Рыбы отличаются от других позвоночных тем, что синтез TH (тирозингидроксилазы) происходит у них в большем числе отделов. В центральном сером веществе, латеральной перегородке, прилежащем ядре и стриатуме экспрессия TH зарегистрирована только у рыб. Из-за отсутствия внешней группы (то есть данных по более «базальным» позвоночным, таким как хрящевые рыбы или миноги) пока нельзя сказать, каким был рисунок экспрессии TH у общего предка рыб и тетрапод и в какой из двух линий произошло изменение.

У чешуйчатых рептилий (ящериц и змей) окситоцин производится в вентральном паллидуме и вентромедиальном гипоталамусе, где у других позвоночных ген окситоцина выключен. Отличительными особенностями млекопитающих являются отсутствие экспрессии вазопрессинового рецептора в стриатуме, андрогенового рецептора — в стриатуме, центральном сером веществе и прилежащем ядре.

Самый консервативный профиль экспрессии характерен для преоптической области (в ней все 10 генов включены у всех групп), а также для вентральной области покрышки (в ней у всех позвоночных гены окситоцина и вазопрессина выключены, остальные 8 — включены). Наибольшая эволюционная пластичность характерна для стриатума (striatum), или полосатого тела: в этом отделе мозга нейрохимический профиль менялся в ходе эволюции сильнее всего.

Главный вывод исследования состоит в том, что «сеть принятия социальных решений» у позвоночных оказалась крайне консервативной не только на структурном, но и на нейрохимическом уровне. Все эволюционные изменения социального поведения у позвоночных осуществлялись, по-видимому, за счет относительно небольших изменений соответствующих нейронных сетей. При этом распределение сигнальных веществ — лигандов — менялось сильнее, чем распределение рецепторов, реагирующих на эти лиганды. Нечто подобное наблюдалось и в эволюции индивидуального развития (онтогенеза) животных: распределение лигандов (морфогенов) по телу эмбриона менялось быстрее, чем распределение соответствующих рецепторов.

Очевидно, нейрологические основы разнообразия форм социального поведения позвоночных скрываются в более тонких деталях строения и работы сети SDM, чем те, что рассматривались в данной работе. Следующим шагом к пониманию этих основ, по идее, должно стать количественное, а не только качественное, сравнение уровней экспрессии генов в разных отделах мозга у позвоночных.

Источник: Lauren A. O’Connell, Hans A. Hofmann. Evolution of a Vertebrate Social Decision-Making Network // Science. 2012. V. 366. P. 1154–1157.

Александр Марков

 

 

08 декабрь 2019 /
  • Не нравится
  • 0
  • Нравится

Похожие новости

В человеческом неокортексе есть редкий тип нейронов, отсутствующий у шимпанзе и горилл

Попытки понять, чем человеческий мозг отличается от обезьяньего, продолжаются уже полтора века, однако до сих пор найдено не так уж много серьезных отличий кроме размера. Сравнение полных

Один и тот же ген регулирует развитие пигментной и структурной окраски крыльев у бабочек

Окраска насекомых может формироваться двумя способами: при помощи пигментов или из-за оптических эффектов на поверхности их тела. Второй способ — так называемая структурная окраска — в основном дает

Новые данные указывают на независимое формирование центральной нервной системы в разных группах животных

Предполагалось, что центральная нервная система билатерий возникла единожды и имелась уже у их последнего общего предка. В пользу этой гипотезы свидетельствует сходство спинно-брюшной генетической

Для развития семенников нужны кровеносные сосуды, для развития яичников — нервные клетки

Формирование половых желез млекопитающих определяется не только половыми хромосомами. Важна и васкуляризация — «прорастание» кровеносных сосудов: в семенниках сосуды появляются уже на ранней стадии

У глубоководных рыб недостаток колбочек компенсируется разнообразием пигментов палочек

Известно, что у рыб, которые обитают на глубине океана в условиях постоянных сумерек, часто отсутствуют колбочки — светочувствительные клетки, которые работают при достаточном освещении и отвечают за

Почему марихуана повышает аппетит

Выяснилось, что большую роль в этих реакциях играют "проопиомеланокортиновые нейроны". Нейрофизиологи из Йельского университета расшифровали нейрологический механизм, провоцирующих у курильщиков
Комментарии

НАПИСАТЬ КОММЕНТАРИЙ

Ваше Имя:
Ваш E-Mail:
Код:
Кликните на изображение чтобы обновить код, если он неразборчив
Введите код:
Популярные новости
Электронные системы управления RG-RoboticsНе только Cybertruck! Подборка крутых электрических пикаповХорошо замаскированный интеллигентЗнакомьтесь: сенокосец-кролик или существо с головой собаки и телом паукаCorona virusДействительно ли электромобиль — автомобиль будущего?Атлас 1869 года, в котором контуры стран изображены в виде персонажей, олицетворяющих образ государстваКак снимают карантин в разных странах?