Наблюдениями последних лет установлено, что у млекопитающих животных, включая человека, двигательная активность благоприятствует выполнению ряда когнитивных функций (Chang et al., 2013; Lee et al., 2013; Salmon, 2001.). Одним из наиболее хорошо доказанных эффектов двигательной активности у человека является снижение симптомов депрессии, в том числе облегчение принятия решения и выбора поведения (Whitton et al., 2015). Согласно нашей рабочей гипотезе, эти эффекты сформировались рано в эволюции и имеют консервативную нейрохимическую основу. Ранее мы нашли, что некоторые активирующие поведенческие эффекты усиленной локомоции, действительно, наблюдаются у представителей двух основных подгрупп первичноротых животных Lophotroxozoa и Ecdysozoa, сверчка и улитки, и, что, также как и у высших животных, в этих эффектах задействованы серотонинергические механизмы (Дьяконова и др., 2013). Целью настоящей работы было проверить предположение, что предшествующая двигательная нагрузка может ускорять принятие решения у беспозвоночных.

Мы исследовали поведение прудовика на стеклянной поверхности в градиенте освещения. Попадание на сушу является необычной ситуацией для данного вида, однако не исключено в природе и предполагает наличие поведенческих механизмов для возвращения в естественную среду. Ситуация содержит потенциальную угрозу выживания улитки — она может высохнуть, не найдя воды. Исходя из этого, мы рассчитывали на повышенную активацию когнитивных способностей животного для принятия решения о правильном направлении движения для возвращения в водную среду.

Поведение на стеклянной поверхности, как правило, включает две хорошо различающиеся фазы (Рис. 1): 1- медленное вращение или локомоция по кругу, соизмеримому с размером животного, со сменой направления или без; 2 – интенсивная локомоция в выбранном направлении. Подавляющее большинство улиток выбирает движение на свет, что совпадает с наличием небольшого фототаксиса у этого вида (Ваколюк, Жуков, 2000), а также, предположительно, может иметь адаптивный смысл в данной ситуации, поскольку водоем, как правило, отражает свет. Предполагается, что первая фаза соответствует поиску правильного решения в условиях, угрожающих выживанию животного, а вторая фаза является следствием уже сделанного выбора.

Улитки после двигательной нагрузки достоверно раньше контрольных “начинали действовать”, меньше вращались, быстрее двигались, быстрее доползали до условной границы. При этом преимущественный выбор направления локомоции во второй фазе у них не изменился по сравнению с пилотной серией: 75% экспериментальных и 77% контрольных животных выбрали движение в сторону большей освещенности.

Полученные результаты впервые показывают, что двигательная нагрузка может облегчать или ускорять принятие решения у беспозвоночных. Мы предполагаем, что адаптивный смысл влияния двигательной активности на скорость принятия решения исходно мог заключаться в необходимости быстрее реагировать на изменения во внешней среде при большей скорости движения, поскольку эти изменения наступают быстрее. Целесообразность сохранения следа активации когнитивных функций после завершения интенсивной локомоции может объясняться тем, что интенсивная локомоция часто приводит к попаданию в новую среду, представляющую бОльшую когнитивную нагрузку для животного, чем среда знакомая. Кроме того, остаточные эффекты активации метаболизма при движении могли обеспечить энергетическую базу для активации нервной системы. При этом мы рассматриваем механизм принятия решения в широком смысле, включающем, в качестве одной из возможных реализаций, конкуренцию за общие эффекторы между генераторами локомоторной и ориентировочной программ.

В целом, полученные данные согласуются с нашей рабочей гипотезой о том, что эффекты влияния двигательной активности на когнитивные функции, в частности на способность принимать решения, сформировались рано в эволюции, и были затем поддержаны и усилены естественным отбором. Найденная поведенческая модель будет использоваться для фармакологического и молекулярно-биологического анализа механизмов принятия решения и влияния двигательной нагрузки.

1. Ваколюк И.А., Жуков В.В. Изучение фоторецепции Lymnaea stagnalis по проявлениям фототаксиса // Журнал эволюционной биохимии и физиологии. 2000. Т. 36. №.5. С. 419-423.

2. Дъяконова В.Е., Крушинский А.Л., Щербакова Т.Д. Эволюционные и нейрохимические предпосылки влияния двигательной активности на когнитивные функции // Материалы Конференции «Когнитивная наука в Москве: новые исследования». Москва. 2013. С. 113-117.

3. Chang Y.K., Tsai C.L., Huang C.C., Wang C.C., Chu I.H. Effects of acute resistance exercise on cognition in late middle-aged adults: General or specific cognitive improvement? //J. Sci .Med. Sport. 2013. doi:pii: S1440-2440(13)00039-X. 10.1016/j.jsams.2013.02.007

4. Lee M.C., Inoue K., Okamoto M., Liu Y.F., Matsui T., Yook J.S., Soya H.Voluntary resistance running induces increased hippocampal neurogenesis in rats comparable to load-free running // Neurosci. Lett. 2013. V. 537. P. 6-10. doi: 10.1016/j.neulet.2013.01.005.

5. Salmon P. Effects of physical exercise on anxiety, depression, and sensitivity to stress: a unifying theory // Clin. Psychol. Rev. 2001. V. 21. P. 33– 61.

6. Whitton A.E., Treadway M.T., Pizzagalli D.A. Reward processing dysfunction in major depression, bipolar disorder and schizophrenia // Curr. Opin. Psychiatry. 2015. V. 28. P. 7-12. doi: 10.1097/YCO.0000000000000122.

Новость подготовили © 25.05.2017 Tatiana A. Korshunova, Dmitry D. Vorontsov, Varvara E. Dyakonova