Мы сделали наш первый автомобиль для грызунов из пластикового контейнера для хлопьев. После проб и ошибок мы с коллегами обнаружили, что крысы научились ездить вперёд, ухватившись за небольшой провод, который действовал как педаль газа. Вскоре они с удивительной точностью управляли машиной, чтобы добраться до лакомства, хлопьев «фрути лупс».

Как и ожидалось, крысы, содержавшиеся в обогащённой среде — с игрушками, свободным пространством и компаньонами, — научились водить машину быстрее, чем те, что находились в стандартных клетках. Этот вывод подтвердил идею о том, что сложная среда способствует нейропластичности: способности мозга меняться в течение жизни в ответ на требования окружающей среды.

После того как мы опубликовали результаты нашего исследования, история о крысах-водителях получила широкую огласку в СМИ. Проект продолжается в моей лаборатории с новыми, усовершенствованными крысомобилями, или ROV, разработанными профессором робототехники Джоном Макманусом и его студентами. Эти модернизированные электрические ROV, оснащённые защищённой от крыс проводкой, неразрушимыми шинами и эргономичными рычагами управления, напоминают версию кибергрузовика Tesla для грызунов.

Как нейробиолог, выступающий за содержание и тестирование лабораторных животных в естественной среде обитания, я нахожу забавным наблюдать, насколько далеко мы отошли от моей лабораторной практики в этом проекте. Крысы обычно предпочитают грязь, палки и камни, а не пластиковые предметы. А теперь мы заставили их управлять машинами.

Но люди тоже эволюционировали не для того, чтобы водить машину. Хотя у наших древних предков не было машин, они обладали гибким мозгом, который позволил им приобрести новые навыки — огонь, язык, каменные орудия и сельское хозяйство. А через некоторое время после изобретения колеса люди создали автомобили.

Хотя автомобили, созданные для крыс, далеки от того, с чем они могли бы столкнуться в дикой природе, мы решили, что вождение автомобиля — это интересный способ изучить, как грызуны приобретают новые навыки. Неожиданно мы обнаружили, что крысы испытывали сильную мотивацию к обучению вождению, часто запрыгивали в машину и дёргали за рычаг управления, прежде чем автомобиль выезжал на «дорогу». Почему так происходило?

Некоторые крысы, обучающиеся вождению, нажимают на рычаг перед тем, как их машину ставят на трек, как будто предвкушая предстоящую поездку.

Новая цель удовольствия

Концепции из учебников по психологии приобрели новое, практическое измерение в нашей лаборатории обучения грызунов вождению. Основываясь на фундаментальных подходах к обучению, таких как оперантное обусловливание, подкрепляющее целевое поведение с помощью стратегических стимулов, мы шаг за шагом обучали крыс в рамках программы обучения вождению.

Сначала они учились базовым движениям, например забираться в машину и нажимать на рычаг. Но с практикой эти простые действия переросли в более сложные, такие как управление автомобилем в определённом направлении.

Однажды, во время пандемии, крысы также научили меня чему-то интересному.

Это было лето 2020 года, период, отмеченный эмоциональной изоляцией почти для всех на планете, даже для лабораторных крыс. Когда я вошла в лабораторию, то заметила нечто необычное: три крысы, обученные вождению, с готовностью побежали к краю клетки, подпрыгивая, как это делает моя собака, когда её спрашивают, не хочет ли она прогуляться.

Неужели крысы всегда так делали, а я просто не замечала? Может быть, они просто жаждали «фрути лупс» или предвкушали саму поездку? Как бы то ни было, они, похоже, испытывали что-то положительное — возможно, радостное волнение и предвкушение.

Поведение, связанное с положительным опытом, ассоциируется с радостью у людей, но как насчёт крыс? Видела ли я что-то похожее на радость у крыс? Возможно, да, учитывая, что исследования в области нейронаук всё чаще говорят о том, что радость и положительные эмоции играют важную роль в здоровье как людей, так и других животных.

В связи с этим мы с командой переключили внимание с таких тем, как влияние хронического стресса на мозг, на то, как позитивные события — и ожидание этих событий — формируют нейронные функции.

Работая с постдокторантом Китти Хартвигсен, я разработала новый протокол, в котором использовались периоды ожидания для усиления предвкушения перед положительным событием. Применяя павловское обусловливание, мы заставляли крыс ждать 15 минут после того, как в их клетку помещали блок Lego, прежде чем они получали «фрути лупс». Им также приходилось ждать несколько минут в транспортной клетке, прежде чем они попадали в «крысопарк», свою игровую зону. Мы также добавили сложности, например, заставили их очищать семена подсолнечника от скорлупы перед едой.

Это стало нашей исследовательской программой Wait For It. Мы назвали это новое направление исследований UPERs — непредсказуемые положительные реакции на опыт [unpredictable positive experience responses], когда крыс учили ждать вознаграждения. При этом крысы из контрольной группы получали вознаграждение сразу. Примерно через месяц после обучения мы подвергаем крыс различным тестам, чтобы определить, как ожидание положительного опыта влияет на их обучение и поведение. В настоящее время мы изучаем их мозг, чтобы составить нейронную карту продлённого положительного опыта.

Предварительные результаты свидетельствуют о том, что крысы, вынужденные ждать вознаграждения, демонстрируют признаки перехода от пессимистического когнитивного стиля к оптимистическому в тесте, предназначенном для измерения оптимизма грызунов. Они лучше справлялись с когнитивными заданиями и были смелее в стратегиях решения проблем. Мы связали эту программу с более широким интересом нашей лаборатории к поведенческой медицине — термину, который я придумала, чтобы предположить, что опыт может изменять химию мозга подобно фармацевтическим препаратам.

Это исследование ещё раз подтверждает, что предвкушение может подкреплять поведенческие паттерны. Предыдущая работа с лабораторными крысами показала, что крысы, нажимающие на кнопку для получения кокаина — стимулятора, повышающего активацию дофамина, — испытывают всплеск дофамина ещё только во время предвкушения дозы кокаина.

Сказка о крысиных хвостах

Наше внимание привлекло не только влияние предвкушения на поведение крыс. Однажды один из студентов заметил нечто странное: у одной из крыс в группе, обученной ожиданию положительных впечатлений, хвост был поднят прямо вверх с изгибом на конце, похожим на ручку старомодного зонтика.

Я никогда не видела такого за десятилетия работы с крысами. Просматривая видеозаписи, мы обнаружили, что крысы, обученные предвкушать положительные события, чаще держали хвост высоко, чем необученные крысы. Но что именно это означало?

Заинтересовавшись этим, я выложила фотографию этого поведения в социальные сети. Коллеги-неврологи определили, что это более мягкая форма так называемого хвоста Штрауба, который обычно наблюдается у крыс, получающих опиоид морфин. Этот S-образный изгиб также связан с дофамином. Когда дофамин блокируется, хвост Штрауба проявляется реже.

Природные формы опиатов и дофамина — ключевые участники работы мозга, уменьшающие боль и отвечающие за вознаграждение, — похоже, являются индикаторами приподнятых хвостов в нашей программе обучения предвкушению. Наблюдение за формой хвоста у крыс добавляет новый слой в наше понимание эмоциональной экспрессии крыс, напоминая нам, что эмоции выражаются во всём теле.

Хотя мы не можем напрямую спросить крыс, нравится ли им водить машину, мы разработали поведенческий тест для оценки их мотивации к вождению. На этот раз мы предоставили крысам выбор — доехать до «дерева фрути лупс», или совершить более короткое путешествие пешком, на своих четырёх.

Удивительно, но две из трёх крыс предпочли выбрать менее эффективный путь — отвернуться от награды и побежать к машине, чтобы доехать до места назначения, где их ждали «фрути лупс». Такая реакция говорит о том, что крысы получают удовольствие и от путешествия, и от прибытия к месту назначения.

Крысиные уроки наслаждения путешествием

Мы не единственная команда, исследующая положительные эмоции у животных.

В знаменитом исследовании евролог Яак Панксепп щекотал крыс, демонстрируя их способность к радости.

Исследования также показали, что приятная для крыс среда с низким уровнем стресса перенастраивает цепи вознаграждения в их мозге, такие как прилежащее ядро. Когда животные содержатся в благоприятной для них среде, область прилежащего ядра, реагирующая на аппетитные ощущения, расширяется. С другой стороны, когда крыс помещают в стрессовые условия, расширяются зоны прилежащего ядра, вызывающие страх. Как будто мозг — это пианино, которое может настраивать окружающая среда.

Невролог Курт Рихтер также привёл доводы в пользу того, что у крыс есть ощущение надежды. В исследовании, проводить которое сегодня уже не разрешили бы, крысы плавали в стеклянных цилиндрах, наполненных водой, и в конце концов тонули от истощения, если их не спасали. Лабораторные крысы, с которыми часто работали люди, плавали от нескольких часов до нескольких дней. Дикие крысы сдавались уже через несколько минут. Однако если диких крыс ненадолго спасали, время их выживания резко увеличивалось, иногда на несколько дней. Похоже, что спасение давало крысам надежду и подстёгивало их.

Проект с крысами-водителями открыл новые и неожиданные возможности в моей исследовательской лаборатории поведенческой нейронауки. Хотя изучение негативных эмоций, таких как страх и стресс, крайне важно, позитивный опыт также оказывает существенное влияние на мозг.

Поскольку животные — как люди, так и другие — ориентируются в условиях непредсказуемости жизни, предвосхищение позитивных переживаний помогает им упорно продолжать поиск жизненных благ. В мире немедленного удовлетворения эти крысы позволяют понять нейронные принципы, управляющие повседневным поведением. Вместо того чтобы нажимать на кнопки в поисках мгновенного вознаграждения, они напоминают нам, что планирование, предвидение и удовольствие от поездки могут быть ключом к здоровью мозга. Этот урок хорошо усвоили мои лабораторные крысы.