Страх не проходит быстро, и ученые выяснили, почему он сохраняется

Фото из открытых источников

Ученые обнаружили небольшой участок мозга, который помогает мышам продолжать реагировать на опасность после появления первого предупреждающего сигнала. Результаты исследования опубликованы в журнале Neuron.

Страх не исчезает в тот момент, когда опасность замечена. Предупреждение может появиться мгновенно, но мозг может поддерживать готовность тела к замиранию, бегству или избеганию опасности гораздо дольше.

Учёным уже несколько десятилетий известно, что миндалевидное тело, небольшой участок мозга, играет важную роль в обучении распознаванию угроз.

Однако остается загадка: многие клетки миндалевидного тела реагируют на предупреждение очень кратковременно, в то время как защитное поведение может продолжаться до тех пор, пока сохраняется предупреждение.

Новые эксперименты на мышах указывают на расположенную рядом часть мозга, которая может помочь объяснить, что происходит дальше.

Эта область, называемая амигдалостриальной переходной зоной, или ASt, по-видимому, отслеживает усвоенный сигнал опасности с течением времени и помогает животному поддерживать защитную реакцию.

Мозг, который замечает опасность, но тут же забывает о ней, был бы малополезен. После того как информация усвоена как предупреждение, мозгу необходим способ поддерживать её активность, пока потенциальная угроза ещё сохраняется.

Вот почему важна своевременность реакции мозга. Новая работа предполагает, что ASt может помочь преодолеть разрыв между первоначальным распознаванием опасности и дальнейшим реагированием на неё.

Кей Тай, профессор Института биологических исследований Салка, заявила, что полученные результаты ставят под сомнение идею о том, что миндалевидное тело может объяснить весь этот процесс.

«Люди всегда считали миндалевидное тело центром страха, полностью игнорируя пространство между базолатеральной и центральной частями миндалевидного тела», — сказал Тай. «В миндалевидном теле активность нейронов начинается в самом начале возникновения опасности, но что происходит после этого? Что вызывает это затяжное чувство страха? А что, если это переходная зона миндалевидного тела?»

Астробластома (ASt) очень маленькая и расположена между областями мозга, выполняющими разные функции. Одна сторона тесно связана с миндалевидным телом, которое помогает животным научиться распознавать определенные зрительные образы, звуки или другие сигналы, предсказывающие что-то важное.

Астральный синаптический слой (АСт) также связан с частями мозга, отвечающими за выбор действий. Это позволяет ему связывать значение предупреждения с тем, что животное сделает дальше.

«Система ASt находится на стыке систем мозга, отвечающих за эмоциональные ассоциации и выбор действий, но ее функция была в значительной степени неизвестна», — объясняет Фергил Миллс из Университета Юты.

Прежде чем проверять его роль в возникновении страха, исследователям сначала нужно было убедиться, что ASt действительно отличается от окружающей его мозговой ткани.

Они изучили закономерности активности генов почти в 100 000 клеточных ядрах, взятых из области ASt и соседних регионов.

В ASt наблюдалась своя собственная генетическая картина. Кроме того, в нем было особенно много клеток головного мозга, несущих рецептор дофамина D2, белок, который позволяет клеткам реагировать на химический мессенджер дофамин.

Исследователи обучили мышей распознавать два звука. Один предсказывал легкий удар током в лапу, а другой — пищевое вознаграждение.

После того как мыши научились понимать значение каждого звука, команда исследователей записала активность отдельных клеток мозга, пока животные снова слышали эти сигналы.

Звук, предвещающий опасность, длился 20 секунд, что дало исследователям возможность выяснить, исчезла ли активность мозга быстро или продолжилась.

Некоторые нейроны ASt отреагировали примерно через одну десятую секунды после начала предупреждающего звука. Что еще более важно, многие из них оставались активными на протяжении большей части 20-секундного периода.

Это отличалось от закономерностей, наблюдаемых в соседних областях мозга.

Некоторые соседние клетки отреагировали быстро, но их активность не оставалась такой сильной, в то время как другие наращивали свою реакцию медленнее.

Команде также нужно было выяснить, реагирует ли ASt просто на звук. Другая группа мышей слышала те же звуки, испытывала те же удары током и получала те же награды, но эти события не были достоверно связаны между собой.

У этих мышей не наблюдалось столь же сильной и устойчивой реакции ASt. Это говорит о том, что клетки реагировали на то, что звук стал означать, а не просто реагировали на то, что воспроизводился шум.

Эта взаимосвязь также проявлялась в поведении животных. В экспериментах с более выраженным замиранием или быстрым бегством наблюдалась более высокая активность ASt.

Тем не менее, одной лишь этой связи было недостаточно, чтобы доказать, что клетки ASt способствовали формированию защитной реакции. Мозговая активность и поведение могут происходить одновременно, и одно не обязательно должно влиять на другое.

Другая возможность заключалась в том, что ASt просто реагировал на движение мышей, их остановку или внезапный бег. Исследователи проверили это, используя видеослежение для выявления моментов замирания и резких движений. Сигнал ASt более точно соответствовал предупреждающему звуку, чем эти отдельные движения.

Даже после того, как команда учла замирание, резкие движения и общую скорость передвижения, многие клетки ASt по-прежнему несли информацию о том, слышит ли животное сигнал опасности или сигнал вознаграждения.

Это различие важно. Оно говорит о том, что ASt не просто указывает организму, когда остановиться или бежать. Вместо этого, похоже, этот регион поддерживает активность информации о самом предупреждении, в то время как другие части мозга помогают организовать ответную реакцию.

Затем исследователи более внимательно изучили различные типы клеток внутри ASt. Нейроны, несущие домен D2, показали наиболее четкую реакцию на звук, предсказывающий поражение электрическим током.

Команда использовала светочувствительные белки для временной активации этих клеток. Когда клетки D2 активировались, мыши сильнее замирали на месте и избегали мест, где происходила стимуляция.

Другая группа клеток ASt, несущих родственный рецептор, называемый D1, не проявляла аналогичных эффектов при активации. Тесты на базовые двигательные навыки также показали, что стимуляция клеток D2 не просто лишала животных физической способности нормально двигаться.

Наиболее серьёзное испытание произошло, когда исследователи временно отключили клетки D2. Важно отметить, что мыши уже научились определять, какой звук предвещает опасность, ещё до отключения этих клеток. В ходе этих испытаний защитное поведение снизилось почти вдвое.

Как замирание, так и резкие движения уменьшились, в то время как общая двигательная активность и реакция на сигнал вознаграждения существенно не изменились. Полученные результаты позволяют предположить, что эти клетки играют важную роль в осуществлении выученной реакции на конкретное предупреждение. Однако реакция не исчезла полностью, что показывает, что ASt — лишь часть гораздо более обширной системы страха.

По-видимому, ASt работала по-другому, когда мыши научились бояться всей окружающей среды, а не конкретного звука. Когда само место было связано с потрясениями, ASt не проявлял столь явной роли.

Это позволяет предположить, что разные виды страха могут зависеть от частично разных систем головного мозга. ASt может быть особенно важен, когда конкретное зрительное, звуковое или другое сенсорное сигнальное воздействие предупреждает о приближающейся опасности.

Эксперименты пока не позволяют определить, где именно впервые формируется усвоенное значение этого сигнала. Астроцитома может самостоятельно усвоить ассоциацию, или же она может получать информацию, уже обработанную миндалевидным телом.

«Этот проект стал невероятным приключением. Когда мы начинали, мы почти ничего не знали об ASt и действительно исследовали неизведанную территорию в головном мозге», — сказал Миллс. «Теперь мы гораздо глубже понимаем эту структуру и обнаружили, что ASt — это «недостающий элемент» в цепях страха, который десятилетиями оставался на виду».

Понимание того, как мозг поддерживает активность реакции на опасность, в конечном итоге может иметь значение для состояний, при которых эти реакции становится трудно контролировать.

Такая возможность пока еще находится на очень ранней стадии, поскольку эти эксперименты проводились на самцах мышей, а не на людях.

«Система ASt и этот нейронный контур могут быть действительно полезны при разработке методов лечения панических атак или фобий», — сказал Тай. «Тревожные расстройства поражают сотни миллионов людей во всем мире. Понимание того, что происходит в мозге, когда он находится в состоянии повышенной готовности к опасности, является ключом к лечению этих расстройств».

Полученные результаты не показывают, что область ASt вызывает у людей тревогу, панику, фобии или посттравматическое стрессовое расстройство, и не доказывают, что изменение этой области мозга может помочь в лечении этих состояний.

Они позволяют получить более ясное представление о том, как мозг может поддерживать активность усвоенного предупреждения достаточно долго, чтобы направлять защитное поведение, когда опасность все еще кажется присутствующей.