Автор: Келли Ламберт
Вождение автомобиля стало для нейробиологов неожиданным и увлекательным способом изучения того, как грызуны осваивают новые навыки. И, к удивлению исследователей, у крыс проявилась сильная мотивация к обучению вождению.
Наша первая машина для грызунов была собрана из пластикового контейнера от хлопьев. После череды проб и ошибок мы с коллегами убедились: крысы действительно могут научиться водить, используя тонкую проволоку в качестве педали газа. Вскоре они овладели управлением с удивительной точностью, чтобы добраться до лакомства — колечка Froot Loop.
Как и ожидалось, крысы, живущие в обогащённой среде — с игрушками, простором и сородичами, — осваивали вождение быстрее, чем те, кто содержался в стандартных клетках. Это подтвердило гипотезу о том, что сложная окружающая среда повышает нейропластичность — способность мозга изменяться в течение жизни в ответ на требования внешнего мира.
После публикации нашего исследования история о крысах-водителях стала вирусной в СМИ. Проект продолжается в моей лаборатории, теперь уже с использованием усовершенствованных машин, разработанных профессором робототехники Джоном Макманусом и его студентами. Эти новые электрические ROV (remote-operated vehicles), управляемые крысами, оснащены защитной проводкой, неразрушимыми шинами и эргономичными рычагами управления. Они напоминают миниатюрную версию Tesla Cybertruck — только для грызунов.
Как нейробиолог, выступающий за содержание и тестирование лабораторных животных в среде, максимально приближённой к естественной, я с восхищением наблюдал, как далеко мы ушли от привычных лабораторных практик. Обычно крысы предпочитают грязь, палки и камни пластиковым предметам. А теперь они ездят на автомобилях.
Но и человек не был эволюционно приспособлен к вождению. Хотя у наших древних предков не было автомобилей, они обладали гибким мозгом, позволявшим им осваивать новые навыки — разжигать огонь, говорить, создавать орудия труда и заниматься сельским хозяйством. А спустя некоторое время после изобретения колеса появились и автомобили.
Хотя наши машины для крыс мало похожи на реальность дикой природы, вождение оказалось удачным способом изучения того, как грызуны приобретают навыки. Неожиданно мы обнаружили: крысы с энтузиазмом стремятся учиться водить — они часто запрыгивают в машину и нажимают на газ, ещё до того как транспорт начинает движение. Почему?
Базовые концепции из учебников по психологии получили в нашей лаборатории новое, практическое измерение. Мы опирались на оперантное обусловливание — подход, при котором нужное поведение закрепляется при помощи стратегических поощрений — и шаг за шагом обучали крыс навыкам вождения.
Сначала крысы учились простым действиям: садиться в машину и нажимать на рычаг. Постепенно эти движения становились всё более сложными — животные начинали целенаправленно управлять машиной и ехать к заданной цели.
Однажды крысы преподали мне важный урок — это случилось в разгар пандемии.
Летом 2020 года, в период повсеместной социальной изоляции, она затронула даже лабораторных животных. Придя в лабораторию, я заметил нечто необычное: три крысы, обученные вождению, весело подбежали к краю клетки, подпрыгивая, словно моя собака, когда слышит слово «гулять».
Может, они всегда так делали, просто я раньше не замечал? То ли они ждали лакомства, то ли с нетерпением предвкушали саму поездку. Как бы то ни было, они явно испытывали нечто положительное — возможно, радость или волнение.
У людей позитивное поведение обычно связано с чувством радости. А как насчёт крыс? Возможно, я действительно увидел крысиный эквивалент радости — ведь всё больше нейробиологических данных свидетельствует: положительные эмоции играют важнейшую роль как в здоровье человека, так и в благополучии животных.
Поэтому мы с командой сместили акцент с исследования хронического стресса на изучение того, как позитивные события и их ожидание влияют на мозг.
Совместно с постдокторантом Китти Хартвигсен я разработал новый протокол: крысам нужно было подождать, прежде чем получить награду. Мы использовали классический павловский условный рефлекс: сначала в клетку помещали кубик Lego, и только через 15 минут крысе давали лакомство. Также животным приходилось ждать в транспортной клетке, прежде чем попасть в игровую зону — «Крысиный парк». Мы даже вводили задачи: например, крысы должны были очистить семечки подсолнуха перед едой.
Так появилась наша исследовательская программа «Эффект ожидания». Мы назвали её цикл исследований «НПР» — «непредсказуемые реакции на позитивный опыт». Крыс обучали ожидать вознаграждения, в то время как контрольная группа получала его сразу. Спустя месяц тренировок мы проводили тесты, чтобы выяснить, как ожидание награды влияет на обучение и поведение. Сейчас мы анализируем их мозг, чтобы отследить нейронные следы продолжительного позитивного опыта.
Предварительные результаты показывают: крысы, обученные ждать награды, переходят от пессимистичного когнитивного стиля к более оптимистичному — по данным теста, специально разработанного для грызунов. Они лучше решают когнитивные задачи и охотнее используют нестандартные стратегии поведения. Мы связали эту работу с общим направлением нашей лаборатории — поведенческими терапиями. Это термин, который я ввёл, чтобы показать: опыт может менять химию мозга так же, как и лекарства.
Наши данные подтверждают: ожидание может усиливать мотивацию. Ранее другие исследования показали, что у крыс, нажимающих на рычаг ради кокаина, дофамин начинал вырабатываться уже в момент предвкушения дозы.
История крысиных хвостов
Наше внимание привлёк и другой аспект — поведение хвоста у крыс. Один студент заметил: у одной из крыс в «группе ожидания» хвост был изогнут вверх, напоминая ручку от старомодного зонтика.
За десятилетия работы с крысами я такого не видел. Пересматривая видеозаписи, мы обнаружили, что крысы, обученные предвкушению, чаще держат хвост поднятым, чем остальные. Что это значит?
Я опубликовал фотографию в соцсетях. Коллеги-нейробиологи предположили, что это — мягкая форма так называемого «хвоста Штрауба», известного у крыс, которым вводили морфин. Этот S-образный изгиб связан с дофамином: если заблокировать его выработку, «хвост Штрауба» ослабевает.
Вероятно, природные формы дофамина и опиоидов, которые отвечают за удовольствие и уменьшение боли, также проявляются через поведение хвоста. Это добавляет новый уровень к нашему пониманию эмоциональной жизни грызунов и показывает: эмоции выражаются не только в мозге, но и телом.
Хотя мы не можем напрямую спросить у крыс, нравится ли им водить, мы разработали тест на мотивацию. Вместо того чтобы просто ехать к дереву с лакомством Froot Loop, крысы могли выбрать — идти пешком (на лапах) или сесть в машину.
И две из трёх крыс предпочли обойти награду стороной, добежать до машины и доехать до лакомства. Это свидетельствует о том, что удовольствие они получали не только от еды, но и от самой поездки.
Исследования также показали, что спокойная и безопасная среда меняет цепи вознаграждения в мозге. Например, в области прилежащего ядра у таких крыс усиливаются зоны, отвечающие за аппетит. А в стрессовой среде — те, что отвечают за страх. Мозг похож на пианино, которое настраивает сама жизнь.
Нейробиолог Курт Рихтер также писал о надежде у крыс. В одном эксперименте, который сегодня бы запретили, крысы тонули в стеклянных цилиндрах с водой. Лабораторные крысы, привыкшие к людям, плавали несколько часов или даже дней. Дикие — сдавались за минуты. Но если диких крыс один раз спасали, они потом держались гораздо дольше. Надежда, похоже, придавала им силы.
Проект с крысами-водителями открыл перед нашей лабораторией поведенческой нейробиологии новые, неожиданные горизонты. Изучение негативных эмоций, таких как страх и стресс, крайне важно. Но позитивный опыт также оказывает глубокое влияние на мозг.
Когда животные — будь то люди или крысы — сталкиваются с непредсказуемостью жизни, способность ожидать что-то хорошее помогает им продолжать искать ценности. В мире мгновенного вознаграждения наши крысы напоминают: удовольствие от процесса, планирования и ожидания может быть ключом к психическому здоровью. И именно этому они меня научили.
