Мозг может менять «код» вкуса в зависимости от своего состояния

Короткий сигнал норадреналиновой системы перестроил представление вкуса в коре мозга — сахароза оказалась исключением

Вкус начинается на языке, но его значение создаёт мозг

Мы привыкли думать о вкусе почти как о химическом свойстве еды. Сахар сладкий, соль солёная, лимон кислый — и нервная система будто просто считывает эти характеристики.

На самом деле мозгу нужно решить не только, что попало в рот. Он одновременно оценивает интенсивность сигнала, его привлекательность или неприятность и значение для поведения.

И эта оценка зависит от состояния самого организма.

Исследователи давно знают, что работа сенсорных систем меняется вместе с вниманием, мотивацией, бодрствованием и болезнью. Новая работа в Cell Reports позволила увидеть, как подобная перестройка происходит непосредственно в нейронных популяциях вкусовой коры.

В центре эксперимента оказался locus coeruleus — голубое пятно, небольшой участок ствола мозга и один из главных источников норадреналина для множества областей мозга.

Норадреналин здесь работает не просто как «гормон стресса». Это важнейший нейромодулятор: он способен менять режим работы нейронных сетей в зависимости от того, насколько происходящее требует внимания и готовности действовать.

Как учёные увидели изменение вкуса в мозге

Эксперименты проводили на бодрствующих мышах.

Исследователи использовали оптогенетику — метод, позволяющий активировать определённые нейроны светом. Одновременно миниатюрный микроскоп регистрировал активность возбуждающих нейронов вкусовой коры.

Животным подавали четыре вкусовых стимула:

• сахарозу;
• хлорид натрия;
• лимонную кислоту;
• хинин.

Для мышей они образуют последовательность от наиболее привлекательного к наименее привлекательному: сахароза → соль → лимонная кислота → хинин.

Учёные также отдельно исследовали смеси сахарозы с солью и разные концентрации сахарозы. Всего их интересовали три характеристики: приятность вкуса, состав смеси и интенсивность.

Особенно важна конструкция эксперимента. На половине испытаний перед появлением вкуса locus coeruleus кратковременно активировали: импульсы продолжались всего 0,5 секунды и завершались ещё за 0,5 секунды до подачи раствора.

То есть исследователи меняли состояние модулирующей системы мозга непосредственно перед поступлением вкусовой информации.

Один и тот же вкус мозг может представить по-разному

Отдельный нейрон мало что говорит о том, как мозг представляет вкус. Поэтому исследователи анализировали одновременно активность множества клеток.

Представьте пространство, в котором каждому вкусу соответствует определённое положение. Чем похожее нейронные реакции вызывают два стимула, тем ближе находятся их представления.

Так возникает своеобразная карта вкусов.

После кратковременной активации locus coeruleus эта карта изменилась.

Примерно 20,8% нейронов, различавших базовые вкусы, изменяли свои ответы хотя бы на один из стимулов. У одних клеток реакция усиливалась, у других ослабевала.

Но наиболее интересным оказался результат на уровне всей нейронной популяции.

Связь между активностью нейронов и приятностью вкуса стала сильнее, а диапазон представлений вдоль «оси приятности» увеличился примерно в 1,55 раза.

Именно здесь происходит ключевой момент исследования.

Мозг не стал просто лучше отличать соль от кислоты или хинин от сахарозы. Общая способность классифицировать четыре вкуса существенно не изменилась.

Изменилось то, как эти вкусы располагались относительно их привлекательности.

Сахароза осталась на месте, остальные вкусы «сдвинулись»

Можно было бы предположить, что активация locus coeruleus просто усилила нейронное представление сладкого.

Но произошло другое.

После кратковременной активации представления соли, лимонной кислоты и хинина смещались в сторону менее привлекательной части нейронного пространства. Представление сахарозы — самого привлекательного из использованных стимулов — практически не менялось.

В результате расстояние между сахарозой и другими вкусами увеличивалось.

Это принципиальное различие.

Эксперимент не показывает, что сахар стал «слаще». Он показывает, что при изменении состояния норадреналиновой системы мозг иначе организует отношения между вкусовыми сигналами.

Проще говоря, сенсорный сигнал не существует в мозге независимо от его текущего состояния.

Почему это заставляет иначе посмотреть на связь стресса и еды

Когда говорят о еде во время стресса, объяснение обычно строится вокруг гормонов, аппетита, эмоционального подкрепления и стремления получить быстрое удовольствие.

Эти механизмы никуда не исчезают.

Но новая работа добавляет ещё один возможный уровень: система, регулирующая состояние мозга, способна непосредственно менять нейронное представление вкусовой информации.

Авторы предполагают, что сохранение стабильного представления наиболее привлекательной пищи при одновременном сдвиге остальных вкусов потенциально могло бы смещать выбор в пользу особенно привлекательной еды.

Это интересная гипотеза — но пока именно гипотеза.

Исследователи не проверяли, начинали ли животные после такой стимуляции предпочитать сахарозу другим продуктам. Поэтому переход от нейронной карты к реальному пищевому поведению делать преждевременно.

«Стресс» здесь требует важной оговорки

Есть соблазн пересказать исследование простой формулой: «стресс меняет вкус».

Это было бы слишком сильным выводом.

Locus coeruleus действительно тесно связан с бодрствованием, вниманием и стрессовыми состояниями. Однако в эксперименте учёные не создавали обычную жизненную стрессовую ситуацию. Они искусственно активировали определённые норадреналиновые нейроны.

Более того, значение имел сам рисунок их активности.

Краткая, фазическая активация заметно перестраивала кодирование вкуса. А продолжительная тоническая активация, несмотря на выраженное высвобождение норадреналина, затрагивала лишь около 10–12% нейронов, различавших стимулы, и не увеличивала диапазон представлений вдоль исследованных вкусовых осей.

Это один из самых интересных результатов работы.

Для мозга имеет значение не просто количество норадреналина. Важно, когда и каким паттерном работает система.

Почему короткий сигнал оказался сильнее длительного

Фазический режим locus coeruleus связан с краткими всплесками активности, которые возникают при переключении внимания, значимых событиях и целенаправленных действиях.

Тонический режим представляет более продолжительную активность и ассоциируется в том числе с состояниями повышенного возбуждения.

В эксперименте короткий сигнал перед поступлением вкуса словно временно перенастраивал систему обработки сенсорной информации.

На уровне отдельных нейронов происходило два основных типа изменений.

В одном случае реакция клетки масштабировалась: привычный профиль ответа в целом сохранялся, но становился сильнее или слабее.

В другом менялась сама настройка нейрона на разные вкусы.

Когда подобные изменения одновременно происходят во множестве клеток, вся геометрия нейронного представления может растягиваться, смещаться или поворачиваться.

Именно такую перестройку исследователи и увидели.

Мозг не просто регистрирует реальность

В этом заключается более широкий смысл работы.

Обычно мы интуитивно разделяем внешний сигнал и внутреннее состояние: вкус находится в пище, а настроение или стресс лишь влияют на нашу реакцию на него.

Нейробиология показывает более сложную картину.

Внутреннее состояние способно вмешиваться раньше — на уровне самого сенсорного представления.

То, что поступает от рецепторов, остаётся физически тем же сигналом. Но нейронная сеть может организовать эту информацию иначе в зависимости от текущего режима работы мозга.

Поэтому восприятие нельзя полностью отделить от состояния воспринимающей системы.

Почему исследование пока ничего не доказывает о тяге к сладкому у людей

Работа проведена на мышах. Использовалась оптогенетическая стимуляция, которой невозможно напрямую приравнять естественный человеческий стресс.

Есть и ещё более важное ограничение: исследователи измеряли нейронную активность, а не субъективное ощущение вкуса.

Они не показали, что после стимуляции соль действительно «становилась хуже» для животного. Не показали, что мыши начинали выбирать больше сахарозы. И тем более работа не доказывает, что человеческая тяга к сладкому при стрессе объясняется этим механизмом.

Авторы прямо указывают, что поведенческие последствия обнаруженной перестройки ещё предстоит проверить — с помощью тестов предпочтения, потребления и реакций животных на вкус.

Открытым остаётся и вопрос, возникают ли такие же изменения при естественных колебаниях бодрствования и возбуждения без искусственной стимуляции мозга.

Но именно поэтому исследование интересно.

Оно не даёт очередного простого объяснения «почему нас тянет на сладкое». Оно показывает фундаментальный механизм, благодаря которому состояние мозга потенциально может менять обработку одного и того же вкусового сигнала.