Micile circuite neuronale gestionează fluxul fricii

Unii definesc frica ca un răspuns emoțional la o amenințare percepută. Știm că frica crește ritmul cardiac, strânge stomacul, strânge gâtul și îngheță mușchii la locul lor.

Noi cercetări constată că frica începe în creier și este acolo - în special în microcircuitele structurii în formă de migdale numită amigdala - că este controlată, procesată și evocată.

O echipă de cercetători condusă de oamenii de știință de la Institutul de Tehnologie din California (Caltech) a făcut un pas important către înțelegerea modului în care se produce acest start, începând să disecă circuitele neuronale ale fricii.

Lucrarea lor este publicată în numărul săptămânii al revistei Natură.

În lucrare, investigatorul principal David J. Anderson, Ph.D., a descris un microcircuit în amigdala care controlează sau „porți”, scurgerea fricii din acea regiune a creierului.

Microcircuitul în cauză, a explicat Anderson, conține două subtipuri de neuroni care sunt antagonici - au funcții opuse - și care controlează nivelul de frică produs de amigdala acționând ca un balansoar.

"Imaginați-vă că un capăt al unui balansoar este ponderat și se așează în mod normal pe un furtun de grădină, împiedicând apa - în această analogie, impulsul fricii - să curgă prin el", a spus Anderson.

„Când sosește un semnal care declanșează un răspuns de frică, acesta apasă pe capătul opus al balansoarului, ridicând primul capăt de pe furtun și permițând să curgă frica, cum ar fi apa.” Odată ce fluxul de frică a început, acel impuls poate fi transmis către alte regiuni ale creierului care controlează comportamentul înfricoșător, cum ar fi înghețarea în loc.

„Acum, că știm despre acest mecanism de„ balansoar ”, a adăugat el,„ poate furniza într-o zi o nouă țintă pentru dezvoltarea unor medicamente mai specifice pentru tratarea bolilor psihiatrice bazate pe frică, cum ar fi tulburarea de stres post-traumatică, fobiile sau tulburările de anxietate ”.

Cheia înțelegerii acestui mecanism delicat, a spus Anderson, a fost descoperirea „markerilor” - genuri care să identifice și să permită oamenilor de știință să facă discriminări între diferitele tipuri de celule neuronale din amigdala.

Grupul lui Anderson și-a găsit markerul într-o genă care codifică o enzimă cunoscută sub numele de protein kinază C-delta (PKCδ). PKCδ este exprimat în aproximativ jumătate din neuroni într-o subdiviziune a nucleului central al amigdalei, partea din amigdala care controlează ieșirea fricii.

Cercetătorii au reușit să eticheteze fluorescent neuronii în care este exprimată proteina kinază; acest lucru le-a permis cercetătorilor să mapeze conexiunile acestor neuroni, precum și să monitorizeze și să manipuleze activitatea lor electrică.

Studiile, a spus Anderson, „au dezvăluit că neuronii PKCδ + formează un capăt al unui balansoar, prin realizarea de conexiuni cu o altă populație de neuroni din nucleul central care nu exprimă enzima, care sunt numiți neuroni PKCδ.”

Au arătat, de asemenea, că neuronii kinază-pozitivă inhibă scurgerea din amigdală - demonstrând că acționează ca capătul balansoarului care se sprijină pe furtunul de grădină.

Totuși, a rămas o întrebare cheie: ce se întâmplă cu balansoarul în timpul expunerii la un semnal de provocare a fricii? Anderson și colegii săi au emis ipoteza că semnalul de frică va apărea în jos pe capătul opus al balansoarului față de cel format de neuronii PKCδ +, îndepărtând sertarul din furtunul de grădină și permițând fluxul semnalului de frică. Dar cum să testezi această idee?

Intră neurofiziologul Andreas Lüthi și elevul său Stephane Ciocchi, de la Institutul Friedrich Miescher din Basel, Elveția. În munca făcută independent de cea a laboratorului Anderson, Lüthi și Ciocchi au reușit să înregistreze semnale electrice de la amigdala în timpul expunerii la stimuli care induc frica.

Interesant este că au găsit două tipuri de neuroni care au răspuns în moduri opuse stimulului care provoacă frica: un tip și-a crescut activitatea, în timp ce celălalt tip și-a scăzut activitatea. La fel ca Anderson, începuseră să creadă că acești neuroni au format un balansoar care controlează frica de ieșire din amigdala.

Și astfel cele două echipe și-au unit forțele pentru a determina dacă celulele pe care le studia Lüthi corespundeau celulelor PKCδ + și PKCδ− laboratorul pe care Anderson le izolase. Rezultatele experimentului au fost „clare în mod satisfăcător”, a spus Anderson.

Celulele care și-au scăzut activitatea în fața stimulilor inducători de frică au corespuns în mod clar neuronilor PKCδ + pe care laboratorul Anderson le izolase, în timp ce cele care și-au crescut activitatea au corespuns neuronilor PKCδ−.

„Aceste rezultate au susținut ipoteza că neuronii PKCδ + se aflau într-adevăr la capătul opus al balansoarului față de cel pe care semnalul de frică îl„ apasă ”, în concordanță cu constatarea că neuronii PKCδ + sârmă„ furtunul de frică ”, a spus Anderson. .

Căsătoria dintre biologia moleculară și electrofiziologie a dezvăluit proprietăți ale circuitului fricii care nu ar fi putut fi descoperite în alt mod, a spus Anderson.

„Geografia funcțională a creierului este organizată ca cea a lumii”, a remarcat el. „Este împărțit în continente, țări, state, orașe, cartiere și case; casele sunt similare diferitelor tipuri de neuroni. Anterior, fusese posibilă disecția amigdalei la nivelul diferitelor orașe sau, cel mult, al cartierelor. Acum, folosind aceste noi tehnici genetice, ajungem în cele din urmă la nivelul caselor. ”

Și asta, adaugă el, este ceea ce ne va face posibil să înțelegem pe deplin rețelele de comunicare care există între neuroni într-o subdiviziune a creierului, precum și între subdiviziuni și diferite zone.

„În timp ce aceste studii aruncă lumină doar pentru o mică parte a imaginii, ele reprezintă un pas important în această direcție”, a spus Anderson.

Sursa: Institutul de Tehnologie din California