خلاصه: مطالعه نشان می دهند که سلولهای عصبی لوکوس سرولوئوسدر کنترل توجه نقش مهمی را بازی می کنند.
کنترل توجهی که ارگانیسم ها برای موفقیت در اهداف خود نیاز دارند از دو توانایی ناشی می شود: تمرکز برای نادیده گرفتن حواس پرتی و نظم برای جلوگیری از تکانه ها. مطالعه جدیدی توسط دانشمندان علوم مغز و اعصاب MIT نشان می دهد که این توانایی ها مستقل هستند ، اما فعالیت نورون های تولیدکننده نوراپی نفرین در یک منطقه مغزی منفرد ، locus coeruleus ، هر دو را با هدف قرار دادن دو منطقه مشخص از قشر پیشانی (prefrontal)کنترل می کند.
نویسندگان این مطالعه از گروه تحقیقاتی Susumu Tonegawa ، استاد زیست شناسی پیکاور ، نوشتند: “نتایج ما نقش علیت اساسی فعال شدن سلولهای عصبی LC در اجرای کنترل توجه را با تعدیل انتخابی فعالیت عصبی در مناطق مورد نظر نشان می دهد.”
آندره باری ، نویسنده اصلی تحقیق ، گفت: مطالعات دارویی و ضایعات کنترل توجه در انسان و سایر پستانداران نشان داده است که نورون های تولید نوراپی نفرین یا نورآدرنرژیک ، در LC ممکن است این نقش را داشته باشند ، اما متقاعد کننده ترین شواهد بیشتر از این که علت باشد همبستگی است. یک دانشمند تحقیقاتی در آزمایشگاه Tonegawa در مطالعه جدید در مجموعه مقالات آکادمی علوم ملی ، این تیم علیت روشنی را با استفاده از اپتوژنتیک برای کنترل خاص نورون های نورآدرنرژیک LC در موش ها با دقت زمانی و مکانی نشان داد، زیرا جوندگان در سه کار کنترل توجه مورد بررسی قرار گرفتند. این دستکاری ها بلافاصله و به طور قابل اعتماد عملکرد جوندگان را تحت تأثیر قرار می دهند.
باری گفت: “برای اولین بار ما نشان می دهیم که فعال شدن LC در زمان واقعی و با روش های خاص سلول باعث این اثر می شود.”
نتایج ، به گفته نویسندگان ، می تواند سهم مهمی در تلاش برای درک بهتر و درمان اختلالات روانپزشکی داشته باشد که در آن کنترل توجه یا هر یک از توانایی های مولفه آن به خطر بیفتد ، مانند اختلال نقص توجه و بیش فعالی (ADHD).
میشل پیگناتلی ، همکار و دانشمند تحقیقاتی ، گفت: “بیماران مبتلا به ADHD ممکن است از قابلیت انحراف پذیری و تکانش پذیری نیز رنج ببرند” اما شما همچنین می توانید مواردی را که عمدتاً با ارائه بی توجه یا ارائه بیش از حد – تکانه ای مشخص می شوند ، داشته باشید. شاید بتوانیم استراتژی های جدیدی برای مقابله با انواع مختلف ADHD تصور کنیم. “
باری گفت که به طور غیر منتظره این مطالعه همچنین سوالات جدیدی در مورد نقش LC در اضطراب ایجاد کرد ، زیرا در کمال تعجب تیم ، تحریک فعالیت LC نیز باعث کاهش اضطراب در موش ها شد.
محققان اثرات هر دستکاری را بر روی موش ها پس از ایجاد روش کنترل دو طرفه اپتوژنتیک نورون های LC نورآدرنرژیک آزمایش کردند .به این معنی که با رنگ های مختلف نور می توانند فعالیت را تحریک یا مهار کنند. در اولین کار ، جوندگان مجبور شدند هفت ثانیه منتظر بمانند تا یک ثانیه تابش نور نشان دهد که کدام یک از دو درگاه را باید با بینی فشار دهند تا جایزه غذایی دریافت کنند. موشهایی که در آنها نورونهای LC از نظر ژنتیکی تحریک شده بودند بیشتر اوقات وظیفه را به درستی انجام می دادند و حرکت زودرس نسبت به زمانی که دستکاری نشده اند کمتر انجام می شود. موشهایی که سلولهای عصبی LC در آنها مهار می شود ، وظیفه را به ندرت انجام می دهند (توجه کمتر به معنای از دست دادن فلش نور است).
محققان سپس موش ها را در مورد الگوی رفتاری دوم ، مشتق شده از وظیفه نشانه گذاری فضایی Posner ، که به طور گسترده در علوم اعصاب شناختی انسان استفاده می شود ، آموزش دادند. در این کار ، موش ها قبل از دیدن نوری که پرتال صحیح را پرچم گذاری می کند (این بار به مدت سه ثانیه) ، یک فلش “نشانه” را مشاهده می کنند. گاهی اوقات این نشانه در طرف مقابل قرار می گیرد ، گاهی در وسط قرار می گیرد و گاهی در سمت درست قرار می گیرد. مجدداً ، تحریک LC عملکرد صحیح را بهبود بخشید و انگیزه های آن را سرکوب کرد و دوباره مهار درستی و انگیزه ها را کاهش داد ، اما اکنون محققان بر اساس زمان واکنش موش ها چیز جدیدی یاد گرفتند. موشهای تحریک شده-LC هیچ تفاوتی در زمان واکنش نشان ندادند زیرا آنها بر روی هدف واقعی متمرکز بودند اما موشهای مهار شده-LC تغییرات در زمان واکنش را نشان دادند زیرا آنها توسط نشانه حواس پرت شدند – وقتی در سمت اشتباه بود آنها کندتر از حد طبیعی واکنش نشان دادند و وقتی نشانه از طرف درست بود آنها سریعتر واکنش نشان دادند.
در کار سوم ، موش ها هم از نظر رفتاری به چالش کشیده شدند و هم از نظر ژنتیکی به طور متفاوتی دستکاری شدند. این بار موش ها در حالی که منتظر سیگنال واقعی سه ثانیه ای از محل پاداش غذا بودند ، با حواس پرتی مداوم توسط چراغ های بی ربط مواجه شدند. همان نتایج قبلی ، با یک استثنا ، دوباره برقرار شد. در مواردی که حواس پرتی وجود نداشت ، با سه ثانیه طولانی برای مشاهده سیگنال ، موش های LC مهار شده کار (task) را صحیح نشان می دادند. آنها فقط در میان عوامل حواس پرتی کاهش را نشان دادند.
برای درک واقعی اینکه آیا تمرکز توجه و کنترل تکانه جدا از هم هستند ، تیم تصمیم گرفت فعالیت LC و ترشح نوراپی نفرین را نه در بدن اصلی سلول های عصبی ، بلکه فقط در جایی است که پیش بینی های طولانی آنها به مناطق خاصی از قشر پیشانی(PFC) مانند قبل کنترل کند. با ادامه تحقیقات قبلی باری و اشاره به سایر مطالعات ، آنها PFC پشتی-داخلی (dmPFC) و قشر اربیتوفرونتال شکمی-جانبی (vlOFC) را هدف قرار دادند. در این آزمایشات آنها دریافتند که تحریک اتصالات LC به dmPFC عملکرد صحیح را افزایش می دهد اما پاسخ های زودرس را کاهش نمی دهد. در همین حال ، تحریک اتصالات LC در vlOFC عملکرد صحیحی را بهبود نمی بخشد ، اما پاسخ های زودرس را کاهش می دهد.
سلولهای عصبی LC شناسایی شده توسط مارکر تیروزین هیدروکسیلاز از طریق ویروس برای بیان ChR2 (سبز) مهندسی شده است که به سلولهای عصبی اجازه می دهد با فعال شدن لیزر آبی تحریک شوند.
نویسندگان نوشتند. “در اینجا ما از روشهای ژنتیکی رفتاری ، اپتوژنتیکی و مدار عصبی استفاده کرده ایم که دارای درجه بالایی از ویژگی زمانی و سلول برای دستکاری و ضبط فعالیت نورون نورآدرنرژیک در LC هستند و ارتباط علتی بین مدولاسیون نوراپی نفرین LC مربوط به زمان را نشان می دهند و کنترل توجه ، “نتایج ما نشان می دهد که کنترل توجه رفتار توسط اثرات هم افزایی دو مسیر انسداد-قشر جدا شده ، با پیش بینی LC به dmPFC افزایش توجه و پیش بینی LC به vlOFC کاهش انگیزش تعدیل.”
آزمایشات نشان داد که تحریک LC باعث کاهش اضطراب به عنوان یک پیشگیری انجام می شود.Pignatelli گفت ، بسیاری از مطالعات نشان می دهد که افزایش فعالیت نورون نوراپی نفرین LC باعث افزایش اضطراب می شود. این می توانست تمایل موش ها برای تهیه غذای خود را به خطر بیندازد ، یا ممکن است آنها را بیش از حد تکانش دهنده کند ، بنابراین تیم قبل از شروع کارهای کنترل توجه ، اثرات اضطراب را بررسی کرد.
باری گفت که بررسی مزیت شگفت آور تحریک LC برای اضطراب می تواند یک زمینه جذاب برای مطالعه در آینده باشد.