Как могут подтвердить родители, учителя и владельцы домашних животных, награды играют огромную роль в формировании поведения людей и животных. Награды — будь то съедобные лакомства, подарки, слова признательности или похвалы, слава или денежные выгоды — действуют как положительное подкрепление соответствующего поведения.

Хотя эта корреляция между вознаграждением и будущим выбором уже более века используется в качестве устоявшейся парадигмы в исследованиях нейронауки, мало что известно о нейронном процессе, лежащем в ее основе, а именно о том, как мозг кодирует, запоминает и преобразует сигналы вознаграждения в желаемое поведение в будущем.

Недавнее исследование, проведенное под руководством доктора Самира Шета, профессора и заместителя председателя научно-исследовательского отдела нейрохирургии Медицинского колледжа Бейлора, директора Лабораторий фонда исследований детской неврологии Гордона и Мэри Кейн и исследователя Института неврологических исследований имени Яна и Дэна Дункана (NRI Дункана) при Детской больнице Техаса, выявило нейронную активность бета-частот в передней поясной коре (ППК) лобной доли мозга как ключевой нейронный признак, лежащий в основе процессов, связанных с распознаванием вознаграждений и определением последующего выбора, а следовательно, и формированием будущего поведения.

Кроме того, исследование, опубликованное в Nature Communications , сообщает, что эта нейронная сигнатура изменяется у пациентов с депрессией, что открывает захватывающую возможность использования этих нейронных сигналов в качестве нового биомаркера и потенциального инновационного направления терапии.

Ангедония является основным симптомом депрессии и других психических расстройств.
Люди получают удовольствие от различных физических или умственных действий, чувственных ощущений и взаимодействия с семьей и друзьями. Однако люди с депрессией часто испытывают чувство безнадежности, грусти или отчаяния в течение длительных периодов из-за отстраненности и ангедонии — медицинского термина, означающего потерю способности чувствовать радость или удовлетворение от действий и вещей, которые они когда-то находили приятными, что оказывает глубокое негативное влияние на качество их жизни.

Ангедония также связана с другими психиатрическими и неврологическими расстройствами, такими как шизофрения и биполярное расстройство, расстройство, вызванное злоупотреблением психоактивными веществами, тревожность и болезнь Паркинсона. Традиционные антидепрессанты и стандартные методы лечения часто не способны адекватно устранить этот симптом у людей с тяжелой, резистентной к лечению депрессией и другими состояниями. Лучшее понимание ангедонии может направлять разработку целевых и более эффективных методов лечения депрессии и связанных с ней состояний.

Реакция на предвзятость вознаграждения регулируется бета-активностью в лобной доле
Чтобы определить нейронную основу ангедонии, Шет и его команда записали и проанализировали нейронную активность в четырех областях мозга 15 пациентов с лекарственно-резистентной эпилепсией, которые проходили инвазивный мониторинг для локализации зоны, в которой возникали их припадки.

Пока отслеживалась активность их мозга, эти пациенты выполняли задание на перцептивное различение, называемое заданием на вероятностное вознаграждение (PRT), — хорошо проверенное поведенческое задание, которое объективно измеряет ангедонию, наблюдая за едва заметными изменениями в поведении, связанными с вознаграждением.

Описание задачи, поведенческие характеристики и места записи. Кредит: Nature Communications (2024). DOI: 10.1038/s41467-024-49600-7
«Мы обнаружили, что неравное распределение вознаграждения между двумя правильными ответами в этом задании привело к смещению реакции в сторону более часто вознаграждаемого стимула», — сказал ведущий автор доктор Цзяян Сяо, который проводил это исследование, будучи аспирантом в лаборатории Шета.

«Мы обнаружили, что на основе обратной связи большинство людей изменили свои последующие ответы, чтобы сделать выбор, который с большей вероятностью принесет вознаграждение, независимо от точности их ответов».

Более того, они обнаружили, что определенный сигнал — нейронные колебания в диапазоне бета-частот, — исходящий из передней поясной коры (ППК) в лобной доле мозга, показал устойчивую сильную и положительную корреляцию с поведением, связанным с вознаграждением, и тесно связан с получением вознаграждения и его ценностью.

Кроме того, они обнаружили, что эта конкретная область мозга участвует в оценке как стимулов вознаграждения, так и результатов, потенциально выступая в качестве критического узла с общим механизмом оценки вознаграждения.

«Наше исследование затрагивает давний фундаментальный вопрос в нейронауке: какая конкретная область мозга и какой сигнал регулируют классическую реакцию смещения вознаграждения, известным примером которой является павловский рефлекс, когда собаки научились ассоциировать звук звона колокольчика с едой», — сказал соавтор исследования доктор Бенджамин Хейден, профессор нейрохирургии в Бэйлоре.

Реакция на смещение вознаграждения изменяется у пациентов с депрессией, устойчивой к лечению
Затем Шет и его команда провели PRT у четырех человек с тяжелой депрессией, устойчивой к лечению. Они обнаружили, что обработка вознаграждения в ACC была изменена в этой группе. Эти люди не демонстрировали типичную поведенческую реакцию предпочтения выбора, который чаще вознаграждается.

Это наблюдение предполагает отсутствие ожиданий, ориентированных на вознаграждение, и что их выбор в меньшей степени определялся обратной связью, связанной с вознаграждением. В соответствии с этим изменением в поведении, связанном с предубеждением к вознаграждению, бета-активность в области ППК у этих людей была снижена и задержана.

«В этом исследовании мы определили бета-активность в ППК как потенциальный биомаркер ангедонии», — сказал Шет, также стипендиат МакНейра и председатель фонда Каллена в Бэйлоре.

«Такой биомаркер может иметь множество потенциальных преимуществ, включая улучшение диагностики и мониторинга симптомов у пациентов с тяжелой депрессией и другими психиатрическими состояниями, связанными с ангедонией. Более того, наши результаты представляют захватывающую возможность того, что модуляция активности ACC бета может быть эффективным лечением ангедонии, гипотезу, которую мы планируем проверить в будущих клинических испытаниях».

Доктор Джон Нгай, директор инициативы NIH BRAIN, сказал: «Инновации в сборе данных и индивидуальной глубокой стимуляции мозга , продемонстрированные в этом исследовании, могут открыть путь новому поколению точных методов лечения».