Как базальные ганглии заставляют нас поддаваться на сладкое, эротику и деньги

Одинаковы ли механизмы, которые подталкивают нас съесть кусочек торта, включить порно или купить лотерейный билет? Чтобы это выяснить, ученые НИУ ВШЭ, Сколтеха и канадского Йоркского университета проанализировали 190 исследований мозга, посвященных реакции на различные стимулы — пищевые, эротические и денежные. Во всех случаях виноваты базальные ганглии, но все не так однозначно: активация других структур мозга зависит от типа стимула, а левое и правое полушария вовлечены в реакции по-разному. 

Почему эволюция мозга не сыграла нам на руку

Совершая любое действие, мы — осознавая это или нет — ожидаем награды за него. Это запрограммировано эволюцией: если что-то идет на пользу нам или потомкам, в мозге активируются ответственные за вознаграждение зоны, и мы испытываем удовольствие. При этом все хорошее запоминаем, чтобы повторить снова — так закрепляется поведение, полезное для выживания. Система вознаграждения мозга, как невидимый дирижер, ежеминутно управляет нашими решениями. 

Эта система не приносила проблем до тех пор, пока люди выживали в суровых условиях, а теперь вокруг изобилие и комфорт. Не привыкший к этому мозг попадается в ловушки искушений, и мы совершаем импульсивные поступки. Обещаем себе прийти в форму к лету, но снова ужинаем в МакДональдсе — и эпидемия ожирения уже опаснее проблемы недоедания. Увлеченность порнографией и сексоголизм тоже растет: PornHub на 11-ом месте среди самых популярных сайтов. Цивилизация на каждом шагу предлагает легкие удовольствия, а мы не в силах им сопротивляться.

Откуда появляется тяга к искушениям и как ожидание награды управляет поведением человека? Это волнует не только каждого из нас, но и ученых. Поэтому они изучают, как работает система вознаграждения мозга.

Как ученые искали центр вознаграждения

В 1954 году Джеймс Олдс и Питер Милнер случайно обнаружили у крыс центр вознаграждения. Онивживляли электрод в разные области лимбической системы мозга в надежде вызвать у грызунов реакцию страха на удар током. Однако ученые промахнулись: крысы вели себя так, словно стимуляция приносила удовольствие, а не пугала их. Когда крысам позволили самостоятельно жать на рычаг для стимуляции мозга, они могли делать это до 2000 раз за час, пока не падали от изнеможения. Больше всего эффекта давали разряды в септальную область мозга — часть лимбической системы.

Что такое лимбическая система

Лимбическая система — структура мозга, ответственная за мотивацию, эмоции, работу внутренних органов и желез. В нее входит несколько десятков ядер — скоплений клеток мозга, выполняющих общие функции — и связанных с ними извилин. Лимбическую систему часто называют «мозгом млекопитающих», потому что она наиболее развита у зверей. 

В мозге человека на лимбическую систему «наслаивается» неокортекс — более новая кора мозга, ответственная за мышление и речь.

Исследование Олдса и Милнера стало отправной точкой в поиске центра вознаграждения мозга. За последующие 75 лет выяснили, что речь идет не о центре, а о целой системе из десятков разных лимбических структур и даже коры мозга.

Пульт управления: базальные ганглии

Базальные ганглии расположены прямо в центре мозга и относятся к лимбической системе. Изначально они интересовали ученых, исследующих нарушения контроля движений — в том числе болезни Паркинсона, которая вызвана гибелью клеток в базальных ганглиях, вырабатывающих дофамин. Последние исследования доказывают, что базальные ганглии также играют ключевую роль в регуляции целенаправленного поведения и, возможно, в сознании. Они запускают программы произвольных движений или решения задач и подавляют те внешние и внутренние стимулы, которые мешают осуществлению цели. Также они вовлечены в контроль эмоций, речи, обучения двигательным навыкам и временного хранения информации.

Базальные ганглии состоят из прилежащего ядра, хвостатого ядра и еще двух ядер — скорлупы и бледного шара. Все они — часть системы вознаграждения. Точные функции каждого из ядер определить сложно, потому что чаще всего они работают совместно.

Как исследовать систему вознаграждения человека

Десятилетиями система вознаграждения изучалась на крысах и приматах, пока не появились безопасные способы проникнуть в голову человека —  например, магнитно-резонансная томография и электроэнцефалограмма, с помощью которых можно исследовать системы вознаграждения. Один из подходов — проверить, влияет ли тип награды на активацию мозга и сегодня существуют десятки исследований, посвященных изучению реакции мозга на получение вкусной еды, секса и денег. 

В 2013 году уже проводили мета-анализ этих работ, но тогда не учитывалась возможная межполушарная асимметрия (реакция одних и тех же структур на одни и те же раздражители может отличаться для разных полушарий). С тех пор выяснилось, что в работе системы вознаграждения наблюдается межполушарная асимметрия. Поэтому Ученые из НИУ ВШЭ, Сколтеха и канадского Йоркского университета решили провести еще один мета-анализ исследований системы вознаграждения, сделанных с помощью функциональной магнитно-резонансной томографии. Всего было рассмотрено 190 научных статей с данными об активности мозга 5551 испытуемого. Все были старше 18 лет, не имели психических отклонений и зависимостей.

109 исследований было посвящено деньгам. В большинстве из них испытуемым предлагалось выполнить задачу отсроченного денежного вознаграждения : нужно как можно быстрее нажать на кнопку, чтобы получить больше или потерять меньше денег. В других исследованиях испытуемые играли в экономические игры с возможностью получить или потерять деньги.

В 34 исследованиях испытуемым предлагалось смотреть на эротические изображения или видеозаписи. В это время записывалась активность их мозга, а после она сравнивалась с данными о тех испытуемых, которые смотрели нейтральные по содержанию картинки и видео.

В остальных 47 статьях участники получали пищевую награду в виде раствора сахара, сока или молочного коктейля.

Три типа наград — одна модель

В результате ученые разработали модель системы вознаграждения, которая отражает, как активность мозга зависит от типов награды. Согласно ней, во всех трех случаях, но с разной интенсивностью и в разных полушариях, активируются базальные ганглии, в том числе хвостатое ядро, скорлупа и бледный шар. Поэтому исследователи предполагают, что именно базальные ганглии — ключевая структура системы вознаграждения, но роль каждого из ядер еще предстоит уточнить.

Кроме базальных ганглиев, включались и другие структуры,но их активация уже зависела от того, какую именно награду получали испытуемые. Так, при получении пищи и просмотре эротики активировался левый таламус, а при денежном вознаграждении — правый.

Вкусная еда активировала правый островок — он объединяет информацию, получаемую от эмоций, размышлений и ощущений внутренних органов, — и ограду. Ее связывают с сознательным восприятием — когда испытуемых просили дать оценку вкусу пищи, это требовало от них анализа и размышлений о своих ощущениях.

Эротические картинки и видео заставляли работать веретенообразную извилину. Она отвечает за воображение, в первую очередь визуальное. Вероятно, эротика включает фантазию, чего не происходит при получении награды в виде еды или денег. Также эротические картинки активируют амигдалу, ответственную за присвоение эмоциональной ценности различным стимулам.

Наконец, денежные вознаграждения помимо структур лимбической системы вовлекают лобные области неокортекса — зоны, наиболее развитые у людей. В отличие от биологических наград в виде еды и секса деньги также активируют прилежащее ядро. Прилежащее ядро когда-то называлось центром удовольствия, сейчас ему присваивают функции обучения и развития зависимости.

M. Arsalidou et al. / Brain Imaging and Behavior (2020) / Springer Nature

Также ученые подтвердили, что межполушарная асимметрия для разных наград действительно существует. В ответ на пищевую награду активируются в основном ядра, расположенные в правом полушарии мозга, на эротическую — правый наружный бледный шар и левое хвостатое тело, и на денежную — все ядра базальных ганглиев в обоих полушариях, включая прилежащее ядро.

Зачем нам это знать

Модели системы вознаграждения позволяют понять, что нами движет и почему мы не всегда можем противостоять соблазнам. Подобные исследования помогают не только лучше понимать свое поведение, но и создавать искусственный интеллект с человеческой системой вознаграждения, действия которого будут определяться не только алгоритмами и командами, но и возможностью получить награду, что можно сильно повысить его эффективность. IQАвтор текста: Анастасия Лобанова