Известно, что голод (как и другая неудовлетворенность в базовых потребностях) активирует работу системы вознаграждения. Так, если голодный человек видит что-то вкусное, дофаминергические нейроны покрышки и черной субстанции возбуждаются и подкрепляют сигнал дофамином, причем его выделяется больше, чем если бы человек был сыт. Именно этот механизм обуславливает поведение, направленное на удовлетворение потребности и даже ломку у наркозависимых людей.

Похожий процесс ученые наблюдали у мышей после долгой социальной изоляции. Эти данные позволяют предположить, что для мозга одиночество и голод похожи, а потребность в общении так же важна, как еда. Но существующих экспериментов недостаточно, чтобы утверждать это наверняка: человеческое и мышиное одиночество — не обязательно одно и то же.

Ученые из Массачусетского технологического института под руководством Ливии Томовой (Livia Tomova) решили подробнее изучить процессы в мозге человека после социальной изоляции и голода. Для экспериментов они пригласили 40 здоровых добровольцев, каждый из которых прошел три теста в разные дни. В первом участника изолировали от живого и интернет-общения на десять часов, во втором — запретили есть в течение десяти часов, а в третьем никак не ограничивали.

После каждого из трех тестов участники прошли фМРТ-сканирование, во время которого им показывали картинки трех типов: с радостно общающимися друзьями, с едой (пиццей, тортом, пастой), а также несколько контрольных картинок с цветами. К картинкам прилагались короткие описания. После каждого блока участников спрашивали, насколько сильно им хочется есть, общаться или понравились ли им цветы.

Оказалось, что после социальной изоляции участники действительно хотели общаться больше (p <  0,001), и то же самое происходило и с желанием поесть после голодания (p <  0,001). Также оба эксперимента показали снижения удовлетворенности (его уровень определяли по опроснику) и повышение дискомфорта.

Далее ученые проанализировали данные фМРТ для анатомической области вентральной покрышки и черной субстанции в среднем мозге: именно там находятся дофаминергические нейроны (однако они занимают не всю исследуемую область). фМРТ не показала значимого отличия в реакциях на картинки с друзьями после социальной изоляции и голодания: ученые предположили, что это произошло из-за неточного определения области.

Тогда исследователи определили интересующий регион точнее при помощи атласа высокого разрешения и повторили анализ. Реакция на картинки друзей была действительно выше после изоляции, чем после голодания (p =  0,01). Однако статистической разницы между активностью мозга после изоляции и контрольного условия ученые не обнаружили. Поэтому далее активность мозга при просмотре картинок с друзьями после изоляции сравнивали не с контрольной группой, которую не ограничивали ни в еде, ни в общении, а с активностью после голодовки. Кроме того, активность области среднего мозга в двух экспериментах также коррелировала с субъективными желаниями пообщаться или поесть.

Чтобы сравнить изоляцию и голодание напрямую, биологи провели мультивоксельный анализ паттернов. Используемый алгоритм классификации научили различать паттерны активности на снимках после голодания в ответ на картинки с едой и на картинки с цветами. После этого программа сравнила активность среднего мозга в ответ на картинки с друзьями после изоляции и на картинки с едой после голодания: эти паттерны оказались похожими (p = 0,025).

Помимо области черной субстанции и покрышки мозга, где расположены нейроны, вырабатывающие дофамин, исследователи изучили активность других структур системы вознаграждения: трех ядер полосатого тела (прилежащего, хвостатого и скорлупы), миндалины, островковой доли, ограды и орбитофронтальной коры — в эти структуры попадают отростки нейронов покрышки и черной субстанции, выделяя дофамин. Статистически значимой разница в активности в ответ на картинки с друзьями после изоляции и голодания оказалась в хвостатом ядре и орбитофронтальной коре. А вот ответ на картинки с едой после голодания сильнее затронул другие структуры (миндалину, прилежащее ядро, хвостатое ядро, ограду).

Так, биологи определили, что голод и социальная изоляция способствуют активации одной и той же области среднего мозга, входящего в систему вознаграждения. При этом остальные структуры мозга по активности не совпали: исследователи предполагают, что это можно объяснить механизмом подавления одной потребности другой.

Структуры системы вознаграждения действительно работают не только при удовлетворении базовых физиологических потребностей: их уже связывали с анализом социальных процессов. Например, недавно мы писали, что орбитофронтальная кора активна во время определения ценности дружбы.

Фото: Tomova et al. / Nature Neuroscience, 2020