Вмешательство в работу одного гена увеличило внимательность мышей

Нейробиологи из США обнаружили у мышей ген, варианты которого связаны с лучшим или худшим вниманием. Мыши, у которых экспрессия гена Homer1 была снижена, оказались внимательнее сородичей. В ходе экспериментов ученые выяснили, что этот ген должен подавляться уже в детстве: тогда в префронтальной коре увеличивается количество ГАМК-рецепторов и формируется усиленный тормозной тонус. Работа опубликована в Nature Neuroscience.

Считается, что за отбор самой важной на данный момент информации из общего потока сенсорных стимулов отвечает префронтальная кора (ПФК), которая получает сигналы как извне, так и изнутри. Некоторые лекарства, назначаемые при синдроме дефицита внимания и гиперактивности, воздействуют именно на ПФК. На мышах показано, что при повышенном внимании в ПФК активируются тормозные нейроны, экспрессирующие парвальбумин. Большинство таких нейронов выделяет гаммааминомасляную кислоту — нейромедиатор, снижающий возбудимость соседних нервных клеток. Впрочем, не вполне ясно, почему одни особи более внимательны, а другие — менее, и какие генетические факторы на это влияют.

В поисках генов, связанных со вниманием, исследователи из Рокфеллеровского университета во главе с Закари Гершоном (Zachary Gershon) провели эксперименты на аутбредных мышах (мышах с высоким генетическим разнообразием). Двести взрослых мышей мужского пола приняли участие в поведенческом тесте, где измерялась их реакция на внезапный громкий звук 120 децибел — без предупреждения и с упреждающим слабым сигналом — 3, 6 или 12 децибел. Считается, что подавление испуга при громком звуке, которому предшествовал негромкий (преимпульсное ингибирование), отражает способность мозга фильтровать информацию, то есть связано со вниманием. Грызуны показали разные результаты и после тестирования были генотипированы, за исключением двадцати четырех особей, которые вышли из исследования по причине смерти или предполагаемой глухоты.

На хромосоме 13 ученые обнаружили локус, связанный с вариациями в преимпульсном ингибировании, но не с различиями в реакции испуга в целом. Они выделили гаплотип B6, связанный с сильным затуханием реакции на громкий звук после тихого, и гаплотип WSB/EiJ, связанный со слабым затуханием этой реакции. Затем, отобрав по три линии инбредных мышей, гомозиготных по одному или другому гаплотипу, они уже на разнополых грызунах убедились, что изменчивость именно в этом локусе хромосомы 13 объясняет различия в преимпульсном ингибировании. Также мыши с разными гаплотипами демонстрировали и разницу в эффективности внимания, которое проверяли с помощью дополнительного теста на время реакции.

В нейронах отдельных областей мозга грызунов с разной эффективностью внимания ученые обнаружили дифференциальную экспрессию гена Homer1 в исследуемом локусе. У наиболее внимательных мышей (или целых линий) была снижена экспрессия этого гена в ПФК и таламусе. Тем не менее ни подавление экспрессии Homer1, ни стимуляция его сверхэкспрессии не влияла на внимание взрослых мышей. После этого ученые выяснили, что Homer1 по разному экспрессируется в разных линиях мышей уже на третьей неделе после рождения. И на этой стадии подавление работало: хотя у мышат удавалось снизить экспрессию только на 60 процентов, их показатели преимпульсного ингибирования и внимания улучшились, что было измерено в нескольких разных тестах. Контрольным мышам требовалось 2,5 секунды, чтобы среагировать на стимул, а мышам с подавленной экспрессией Homer1 — 2 секунды.

Секвенирование РНК отдельных клеток ПФК мышей двух линий с разными гаплотипами показало, что в отдельных кластерах глутаматергических нейронов мышей Homer1 экспрессировался по-разному. У мышей, у которых экспрессия Homer1 была снижена, активнее экспрессировались несколько генов рецепторов ГАМК и была снижена экспрессия генов глутаматергических рецепторов. Эти нейроны быстрее отзывались на тормозные сигналы, опосредованные ГАМК, и медленнее — на возбуждающие, опосредованные глутаматом. Профили экспрессии вышестоящих нейронов, выделяющих ГАМК, тоже различались. В итоге тормозной тонус ПФК усиливался, однако ее активность не просто подавлялась, а быстрее адаптировалась к ситуации: повышалась, когда возникал сигнал, и быстро снижалась после него. У мышей с высоким уровнем Homer1 все время теста на внимание активность ПФК была повышена. 

Авторы заключили, что естественное подавление экспрессии гена Homer1 в раннем возрасте увеличивает уровень внимания грызунов, обеспечивая высокий тормозной тонус префронтальной коры и ее способность активироваться тогда, когда нужно отреагировать на информацию, и снижать активность, когда нужно ее обработать. Они также отметили, что Homer1 и связанные с ним гены ассоциируются с СДВГ, аутизмом и шизофренией у людей.

Помимо генетики на уровень внимания влияют и внешние факторы — например, использование социальных сетей может его снизить, а занятия на свежем воздухе — увеличить.