Команда под руководством исследователей из Медицинской школы Гроссмана при Нью-Йоркском университете изучала взаимосвязь между дофамином и ацетилхолином — химическим веществом в мозге, которое необходимо для обучения и памяти. Прошлые исследования показали, что эти два гормона конкурируют друг с другом: повышение уровня одного вызывает снижение уровня другого. Считалось, что поощрения способствуют обучению, одновременно вызывая повышение уровня дофамина и снижение уровня ацетилхолина. Слишком низкий или слишком высокий уровень ацетилхолина может оказывать негативное влияние на когнитивные функции.

Дисбаланс гормонов дает возможность клеткам мозга приспособиться к новым обстоятельствам и сформировать воспоминания для последующего использования. Этот процесс называется нейропластичностью и является важной особенностью обучения, а также восстановления после мозговых травм. Однако оставался вопрос, являются ли внешние вознаграждения единственными движущими силами этой системы памяти, или наш мозг способен создавать такие же условия, благоприятные для обучения, без посторонней помощи.

Авторы исследования попытались выяснить, когда и при каких обстоятельствах уровень дофамина высок, в то время как уровень ацетилхолина низок. Ученые обнаружили, что такая ситуация возникает часто, даже при отсутствии вознаграждения.

Оказывается, уровень гормонов в мозге постоянно повышается вместе с уровнем дофамина, а уровень ацетилхолина остается низким, что создает основу для непрерывного обучения.

Ученые предоставили десяткам мышей доступ к колесу, на котором они могли бегать или отдыхать по своему желанию. Иногда исследователи предлагали животным пить воду. Затем они зафиксировали активность мозга грызунов и измерили количество высвобождаемых в разные моменты дофамина и ацетилхолина. Вода как вознаграждение вызывала типичные паттерны высвобождения этих двух гормонов. Но вместе с тем, задолго до вознаграждения дофамин и ацетилхолин уже следовали циклам «приливов и отливов» примерно дважды в секунду, то есть уровни одного гормона падали, а другого повышались. Эта закономерность сохранялась независимо от того, бежали ли грызуны или стояли на месте.

Подобные мозговые волны наблюдались у людей в периоды самоанализа и отдыха. Эти результаты могут помочь объяснить, как мозг учится самостоятельно, без необходимости внешних стимулов. Возможно, эти волны заставляют нас размышлять о прошлых событиях и учиться на них.

Результаты исследования могут дать новое понимание психоневрологических состояний, связанных с неправильным уровнем дофамина, таких как шизофрения, синдром дефицита внимания с гиперактивностью (СДВГ) и депрессия. Исследовательская группа в дальнейшем планирует изучить, как ведут себя дофамин-ацетилхолиновые циклы на животных моделях психических заболеваний, а также во время сна, что важно для консолидации памяти.