Стимуляция блуждающего нерва: ключ к улучшению перцептивного обучения у мышей

Недавние нейробиологические исследования и стимуляция блуждающего нерва

Недавние нейробиологические исследования фокусируются на изучении влияния стимуляции некоторых нервов, в частности блуждающего нерва, на нейронную активность в мозге млекопитающих. Блуждающий нерв, самый длинный черепной нерв в организме человека, играет ключевую роль в регуляции сердечного ритма, пищеварения, стресса, а также других физиологических процессов.

Некоторые результаты указывают на то, что стимуляция блуждающего нерва может повысить пластичность мозга, то есть его способность реорганизовываться после переживаний. Это, в свою очередь, может способствовать перцептивному обучению – процессу, благодаря которому люди и другие животные начинают лучше различать и интерпретировать различные сенсорные сигналы.

Исследователи из Медицинской школы Нью-Йоркского университета приступили к дальнейшему изучению влияния стимуляции блуждающего нерва (ВНС) на нервную активность и перцептивное обучение у мышей. Их результаты, опубликованные в журнале Nature Neuroscience, показывают, что стимуляция блуждающего нерва повышает эффективность мышей при выполнении задачи перцептивного обучения за счет активации центральной холинергической системы.

«Около 10 лет назад многие люди здесь, в США, были в восторге от способности VNS способствовать нейропластичности, улучшать результаты восстановления после неврологических повреждений или даже повышать производительность нормального мозга», – Роберт Фремке, соавтор исследования.

«Это привело к большим коллективным усилиям во многих лабораториях по изучению ВНС и двигательного обучения для приобретения навыков и слухового перцептивного обучения в 2017–2021 годах. Мы были частью этой команды, работая над мышами с удивительными инструментами для изучения нейронных цепей, но блуждающий нерв у мыши очень мал», – добавил он.

Чтобы провести эксперименты по оценке влияния стимуляции ВНС на активность мозга и обучение мышей, Фрёмке и его коллегам сначала пришлось разработать новый крошечный электрод и подходящую задачу перцептивного обучения. Впоследствии команда сформулировала гипотезу о том, как ВНС может улучшить сенсорное восприятие (то есть, что в этом случае станет активным или изменится в мозге).

«Мы обучали мышей слуховым задачам», – объяснил Фрёмке. «Им приходилось лизать влево всякий раз, когда они слышали один звук (тон А), и лизать вправо для любого другого звука. Если другие звуки были очень близки к тону А, задача была сложной, и они могли запутаться, вроде как в глазах к врачу, когда вам приходится читать все меньшие и меньшие буквы на глазной таблице».

По мере того как мыши постепенно учились выполнять задачу перцептивного обучения, исследователи стимулировали их блуждающий нерв с помощью разработанного ими электрода. Одновременно они также зарегистрировали активность в слуховой коре животных (участвующей в обработке звуков), а также в голубом пятне ствола мозга и базальном отделе переднего мозга – двух областях, участвующих в обеспечении внимания.

«Мы обнаружили, что VNS действительно может усилить тренировку и улучшить перцептивную дискриминацию за пределы, достигаемые только тренировками и усилиями», – сказал Фремке. «Однако требуется некоторое время, несколько недель ежедневных тренировок и стимуляции, чтобы увидеть устойчивые результаты на самых сложных уровнях сложности. Мы также выявили нейронные изменения, поддерживающие это улучшение восприятия».

Данные, собранные командой из Нью-Йоркского университета, позволяют предположить, что у мышей ВНС активирует центральную холинергическую систему – нейронную сеть, которая использует нейротрансмиттер ацетилхолин для связи с другими нейронами и поддерживает различные функции мозга. Было обнаружено, что активация этой нейронной сети, в свою очередь, повышает производительность мышей в разработанной ими задаче перцептивного обучения.

В будущем недавняя работа Фрёмке и его коллег может помочь усовершенствовать методы стимуляции блуждающего нерва, а разработанная ими экспериментальная задача может быть использована другими исследователями для проведения дальнейших исследований, изучающих связь между ВНС и перцептивным обучением.

В своих следующих исследованиях ученые планируют провести дальнейшие эксперименты по оценке потенциала VNS для повышения эффективности кохлеарных имплантатов.

«Многим людям с глухотой, у которых есть кохлеарные имплантаты, с трудом удается максимально эффективно использовать устройство, даже месяцы или годы после имплантации, и в настоящее время не существует лечения, которое помогло бы восстановить слух и улучшить функциональные возможности», – добавил Фрёмке.

«Мы думаем, что как у животных, так и у людей, использующих кохлеарные имплантаты, мы можем использовать VNS, чтобы ускорить и улучшить использование этих удивительных медицинских устройств».

Литература:
Kathleen A. Martin et al, Vagus nerve stimulation recruits the central cholinergic system to enhance perceptual learning, Nature Neuroscience (2024). DOI: 10.1038/s41593-024-01767-4.