Крихітні нейронні схеми керують потоком страху

Деякі визначають страх як емоційну реакцію на сприйняту загрозу. Ми знаємо, що страх збільшує частоту серцевих скорочень, стискає шлунок, підтягує горло і заморожує м’язи на місці.

Нові дослідження виявляють, що страх починається в мозку, і саме там, зокрема в мікросхемах мигдалеподібної структури, що називається мигдалина, він контролюється, обробляється і викликається.

Дослідницька група під керівництвом вчених з Каліфорнійського технологічного інституту (Caltech) зробила важливий крок до розуміння того, як відбувається цей старт, розпочавши розбирати нейронні схеми страху.

Їх стаття опублікована у випуску цього тижня журналу Природа.

У статті провідний дослідник Девід Дж. Андерсон, доктор філософії, описав мікросхему в мигдалині, яка контролює, або "ворота", відтік страху з цієї області мозку.

Розглянута мікросхема, пояснив Андерсон, містить два підтипи нейронів, які є антагоністичними - мають протилежні функції - і які контролюють рівень виходу страху з мигдалини, діючи як гойдалка.

"Уявіть, що один кінець гойдалки зважений і зазвичай сидить на садовому шлангу, запобігаючи течії води - за цією аналогією, імпульсу страху", - сказав Андерсон.

"Коли надходить сигнал, що викликає реакцію страху, він натискає на протилежний кінець гойдалки, піднімаючи перший кінець від шланга і дозволяючи страху, як вода, протікати". Як тільки потік страху розпочнеться, цей імпульс може передаватися в інші ділянки мозку, які контролюють страхітливу поведінку, наприклад, замерзання на місці.

"Тепер, коли ми знаємо про цей механізм" гойдалок ", - додав він, - це може колись забезпечити нову мету для розробки більш конкретних препаратів для лікування психічних захворювань на основі страху, таких як посттравматичний стресовий розлад, фобія або тривожні розлади".

Ключ до розуміння цього делікатного механізму, за словами Андерсона, полягає у виявленні "маркерів" - генів, які дозволять ідентифікувати та дозволяти вченим розрізняти різні типи нейрональних клітин мигдалини.

Група Андерсона знайшла свій маркер у гені, який кодує фермент, відомий як протеїнкіназа C-дельта (PKCδ). PKCδ експресується приблизно в половині нейронів у підрозділі центрального ядра мигдалини, тієї частини мигдалини, яка контролює вироблення страху.

Дослідникам вдалося флуоресцентно мітити нейрони, в яких експресується протеїнкіназа; це дозволило дослідникам скласти карту зв’язків цих нейронів, а також контролювати та маніпулювати їх електричною активністю.

Андерсон сказав, що дослідження показали, що нейрони PKCδ + утворюють один кінець гойдалки шляхом встановлення зв’язків з іншою популяцією нейронів центрального ядра, які не експресують фермент, який називається нейроном PKCδ−.

Вони також показали, що кіназно-позитивні нейрони пригнічують відтік з мигдалини, доводячи, що вони діють як кінець гойдалки, що лежить на садовому шлангу.

І все-таки залишилось ключове питання: що відбувається з гойдалкою під час дії сигналу, що викликає страх? Андерсон та його колеги припустили, що сигнал страху буде натискати на протилежний кінець гойдалки від того, що утворюється нейронами PKCδ +, видаляючи обтиск із садового шланга і дозволяючи сигналу страху протікати. Але як перевірити цю ідею?

Входять нейрофізіолог Андреас Люті та його студент Стефан Чіоккі з Інституту Фрідріха Мішера в Базелі, Швейцарія. У роботі, виконаній незалежно від лабораторії Андерсона, Люті та Чіоккі зуміли записати електричні сигнали з мигдалини під час дії подразників, що викликають страх.

Цікаво, що вони виявили два типи нейронів, які протилежно реагували на стимулюючий страх стимул: один тип підвищував свою активність, а інший - знижував активність. Як і Андерсон, вони почали думати, що ці нейрони утворюють гойдалку, яка контролює вихід страху з мигдалини.

І тому дві команди об’єднали зусилля, щоб визначити, чи відповідають клітини, які вивчав Люті, PKCδ + і PKCδ− клітини, які лабораторія Андерсона виділила. Результати експерименту були "відрадно чіткими", сказав Андерсон.

Клітини, які знижували свою активність перед стимулятором, що викликає страх, чітко відповідали нейронам PKCδ +, які ізолювала лабораторія Андерсона, тоді як ті, що збільшували свою активність, відповідали нейронам PKCδ−.

"Ці результати підтвердили гіпотезу про те, що нейрони PKCδ + дійсно знаходились на протилежному кінці гойдалки від того, на який сигнал страху" натискає ", що відповідає висновку, що нейрони PKCδ + обжимають" шланг страху "," сказав Андерсон .

Шлюб молекулярної біології та електрофізіології виявив властивості ланцюга страху, які не могли бути виявлені будь-яким іншим способом, сказав Андерсон.

"Функціональна географія мозку організована так, як у світі", - зазначив він. "Він розділений на континенти, країни, держави, селища і села, квартали та будинки; будинки є аналогами різних типів нейронів. Раніше розрізати мигдалину можна було лише на рівні різних міст або, в кращому випадку, районів. Тепер, використовуючи ці нові генетичні методи, ми нарешті опустилися до рівня будинків ".

І це, додає він, саме те, що дозволить нам повністю зрозуміти мережі зв'язку, що існують між нейронами в підрозділі мозку, а також між підрозділами та різними областями.

"Хоча ці дослідження проливають світло лише на невелику частину картини, вони є важливим кроком у цьому напрямку", - сказав Андерсон.

Джерело: Каліфорнійський технологічний інститут