Шорох в высокой траве за спиной может стать причиной того, что животное или человек остановится и замрет в ожидании возможного нападения опасного хищника. Реакция замирания – часть реакции страха на стимул в окружающей среде, позволяющей мозгу распознать, что является опасным, а что – нет.
Группа ученых из Лаборатории Колд Спринг Харбор, возглавляемая профессором Бо Ли, и профессор Джош Хуанг опубликовали последние результаты нового исследования, направленного на изучение того, как выучиваются, контролируются и запоминаются реакции страха. Ученые показали, что определенный класс нейронов в одном из отделов миндалины играет важнейшую роль в этих процессах.
Память на страх локализована в миндалине
Предыдущие исследования показали, что области в
составе миндалины – парной структуры, расположенной в глубине головного мозга и
реагирующей на страх, а также, возможно, на другие негативные эмоции, могут
быть частью распределенной сети, контролирующей и память на сигналы, вызывающие
страх. В частности, центральная часть миндалины ранее считалась пассивным
переключающим реле для сигналов, проходящих по этой сети.
Лаборатория профессора Ли заинтересовалась этим вопросом, когда ученые обнаружили, что в латеральном отделе центральной миндалины у мышей резко увеличивается активность при запоминании реакции страха.
По словам Ли, «в нейронауке давно считалось, что прочные связи между нейронами в этой области могут свидетельствовать о ее роли в процессах памяти, но до сих пор никто не мог найти тому подтверждения».
Затем команда Ли стала исследовать эту роль более подробно и задалась вопросом: если память на страх хранится в этой структуре, то каким образом организован доступ к этим сведениям и как они преобразуются в реакции страха?
Чтобы исследовать поведение мышей и их реакции страха, ученые сформировали у них условный рефлекс замирания на определенный звук. Для изучения активности и свойств нейронов, вовлеченных при таком обучении был использован целый ряд методов, включая специальные способы окраски этих нейронов и оптогенетические методы. Сначала ученым нужно было доставить в нейроны особый ген, который кодирует светочувствительный белок. Затем в мозг мыши был имплантирован тончайший оптоволоконный кабель, который обеспечивал подсветку клеток. Все изменения поведения мышей в ответ на подсветку нейронов регистрировались учеными.
Было обнаружено, что воспоминания, связанные со страхом, в центральной миндалине могут модифицировать взаимодействия между нейронами в распределенной сети и, следовательно, приводить к проявлению реакции страха в поведении.
В планы ученых входит попытка лучше понять то, как эти процессы могут трансформироваться при посттравматическом стрессовом расстройстве и других нарушениях эмоциональной сферы. В дальнейшем это может способствовать созданию более эффективных лекарств.
Другой группой ученых из Университета Айовы было показано, что за реакцию на внешние и внутренние опасные события отвечают разные участки мозга.
Когда врачи готовили пациентку к тому, чтобы она вдохнула вызывающую панику дозу диоксида углерода, она не испытывала страха. Но через несколько секунд после вдыхания смеси она стала звать на помощь с ощущением, что она задыхается.
Пациентка SM, женщина в возрасте около 40 лет, имеет крайне редкое заболевание, которое называется Болезнь Урбаха-Вите. У пациентов, миндалины которых разрушены вследствие болезни Урбаха-Вите, наблюдается полное отсутствие страха. Пациентка SM не чувствовала страха с начала развития заболевания в подростковом возрасте.
В статье, опубликованной онлайн 3 февраля в журнале Nature Neuroscience, команда ученых описывает доказательства того, что миндалины – не единственные структуры, обеспечивающие реакцию страха у человека. Другие регионы – такие, как ствол мозга, промежуточный мозг, или островная кора – могут получать сигналы от органов тела в случаях, когда жизнь человека находится под угрозой.
«Это исследование говорит о том, что паника, или сильный страх, может индуцироваться за пределами миндалевидного тела», - говорит Джон Уэмми, профессор психиатрии в Университете Айовы и основной автор статьи. – «Это может объяснять то, почему люди страдают паническими атаками».
Если выводы ученых верны, данные результаты могут способствовать разработке новых методов лечения панических атак, посттравматического стрессового расстройства и других связанных с переживанием тревоги состояний.
"Наши результаты могут пролить свет на то, как нормальная реакция может привести к нарушению, а также на поиск потенциальных механизмов лечения", - говорит Дэниел Транел, профессор неврологии и психологии и второй автор статьи.
Десятилетия исследований показали, что миндалина играет центральную роль в формировании страха в ответ на внешние угрозы. Действительно, исследователи работали в течение многих лет с SM, и отметили, отсутствие у нее страха при виде змей, пауков, просмотре фильмов ужасов и других внешних угрозах, в том числе и в случае, когда она порезалась ножом. Но ее реакции на внутренние угрозы никогда не изучались.
Ученые решили проверить реакции SM и двух других пациенток с
повреждениями миндалины на хорошо известный стимул, вызывающий страх. Они
спросили участниц вдыхать газовую смесь, содержащую 35 процентов двуокиси
углерода, а это один из наиболее часто используемых в лаборатории газов для
стимулирования краткого приступа паники, который длится от 30 секунд до минуты.
Пациентки делали один глубокий вдох газа, который сразу же приводил к
классической реакции, которая ожидается от здоровых испытуемых без повреждения
головного мозга: они хватали ртом воздух, частота сердечных сокращений резко
возросла, они стали ощущать беспокойство и попытались сорвать с себя
ингаляционные маски. Потом они описывали свои ощущения, которые для них были
совершенно новыми, охарактеризовав их как "панику".
"Они боятся за свою жизнь", говорит первый автор Джастин Файнштейн, клинический
нейропсихолог.
Уэмми ранее изучал реакцию мышей на страх и в 2009 году опубликовал статью в журнале Cell, в которой показал, что миндалина может непосредственно обнаруживать углекислый газ, что приводит к переживанию страха. Он ожидал получить подобные результаты и у человека.
"Мы были совершенно удивлены, когда пациенты испытывали панические атаки", говорит Уэмми.
Напротив, только 3 из 12 здоровых участников запаниковали – такой же процент реакций наблюдался и при отсутствии панических атак. Примечательно, что ни одна из трех больных с поражением миндалин никогда не имела панических атак. Более высокая степень паники, вызванной двуокисью углерода, показывает, что в норме миндалины способны подавлять панику.
Интересно, что у пациенток с поврежденной миндалиной не было страха в самом начале тестирования, в отличие от здоровых участников, многие из которых начали потеть и чьи частоты сердечных сокращений выросли перед вдыханием углекислого газа. Это действительно согласуется с гипотезой о том, что миндалина распознает опасность во внешней среде и физиологически подготавливает организм, чтобы противостоять угрозе.
"Информация от внешнего мира фильтруется через миндалину в целях обеспечения реакции страха", - говорит Файнштейн. - "С другой стороны, признаки опасности, связанные с ощущениями от внутренних органов, могут спровоцировать базовую форму страха даже в отсутствие нормальной работы миндалины".
Литература:
-
Haohong Li, Mario A Penzo, Hiroki Taniguchi, Charles D Kopec, Z Josh Huang, Bo Li. Experience-dependent modification of a central amygdala fear circuit. Nature Neuroscience, 2013; DOI: 10.1038/nn.3322
-
Justin S Feinstein, Colin Buzza, Rene Hurlemann, Robin L Follmer, Nader S Dahdaleh, William H Coryell, Michael J Welsh, Daniel Tranel, John A Wemmie. Fear and panic in humans with bilateral amygdala damage. Nature Neuroscience, 2013; DOI: 10.1038/nn.3323
-
Adam E. Ziemann, Jason E. Allen, Nader S. Dahdaleh, Iuliia I. Drebot, Matthew W. Coryell, Amanda M. Wunsch, Cynthia M. Lynch, Frank M. Faraci, Matthew A. Howard, Michael J. Welsh, John A. Wemmie. The Amygdala Is a Chemosensor that Detects Carbon Dioxide and Acidosis to Elicit Fear Behavior. Cell, 2009; 139 (5): 1012 DOI: 10.1016/j.cell.2009.10.029
