Как страх сохраняется в мозгу мыши

By Дмитрий Шепелев No comments

mouse
Кредит: Pixabay/CC0 Public Domain

Большинство людей в какой-то момент своей жизни испытали внезапный неожиданный испуг. Даже после того, как темная фигура в затемненной комнате оказывается просто стулом, ваш пульс все еще высок, ваши ладони остаются потными, а ваши чувства остаются настороже для новой угрозы. Такого рода продолжительный ответ — пример постоянного внутреннего состояния. Феномен настойчивости — это то, что отличает внутреннее эмоциональное состояние от рефлекса, например, прыжков при прослушивании громкого шума.

Точно так же мыши проявляют реакцию страха на угрозы, такие как присутствие крысы, и такое поведение сохраняется даже после того, как угроза исчезла. Что происходит в мозгу мыши на клеточном уровне во время этих постоянных проявлений поведения страха? Группа нейробиологов из лаборатории Дэвида Андерсона Калифорнийского технологического института — профессор биологии Сеймура Бензера, председатель Института нейробиологии Тяньцяо и Крисси Чен, исследователь Медицинского института Говарда Хьюза и директор Института неврологии Тяньцяо и Крисси Чен — ответили на этот вопрос в новая статья появится в журнале Nature 16 сентября.

Междисциплинарная команда, возглавляемая бывшим докторантом Энн Кеннеди, бывшим научным сотрудником Калифорнийского технологического института Прабхатом Кунваром и докторантом Лин-Юнь Ли, обнаружила нейронные механизмы, лежащие в основе устойчивых реакций страха. К удивлению, команда обнаружила, что эти устойчивые реакции закодированы в центре мозга, который считался более примитивным и рефлексивным с точки зрения эволюции.

«Всеобъемлющее значение наших результатов состоит в том, что они показывают, что стойкие состояния страха возникают не только из-за стойкого повышения уровня гормонов стресса, как традиционно думают, но и из-за постоянной электрической активности мозга», — говорит Андерсон. «Удивительно обнаружить такую ​​нейронную динамику в гипоталамусе» — фундаментальной области мозга, обнаруженной у всех позвоночных, включая человека, — «поскольку этот тип постоянной активности чаще связан с когнитивными функциями, такими как рабочая память, в коре головного мозга. . «

У мышей хорошо изучен репертуар защитного поведения, например, замораживание и бегство. В ходе исследования команда сосредоточилась на конкретном аспекте реакции страха мышей на крыс: когда крыса присутствует на экспериментальной арене мыши, мышь будет прижиматься к стенам пространства вместо того, чтобы свободно бродить вокруг.

В своем исследовании исследователи специально сосредоточились на области мозга, называемой вентромедиальным гипоталамусом (VMH). В 2015 году исследователи из лаборатории Андерсона обнаружили, что VMH кодирует защитное поведение мышей.

«Гипоталамус обычно считается неврологами примитивной областью, контролирующей рефлексы роботизированным способом. Нейроны получают стимул, реагируют соответствующим образом и снова отключаются», — говорит Кеннеди, который сейчас является профессором физиологии в Северо-Западном университете. Университет. «Наша работа показывает, что это не всегда так».

В этом новом исследовании команда обнаружила, что нейроны VMH активируются при представлении угрозы — ближайшей крысы — и что они остаются активными в течение десятков секунд даже после того, как крысу уводят. Как правило, нейроны активны всего несколько миллисекунд. Команда также обнаружила, что они могут побуждать мышей к проявлению страха, искусственно стимулируя эти нейроны, и, по сути, заставлять мышей не бояться, искусственно заставляя их замолчать.

Поскольку сохраняющаяся реакция страха может быть связана с каким-то стойким запахом крыс, исследователи изучили реакцию страха у мышей, когда им предъявляли только звуки с той частотой, с которой крысы издают голос. В этом случае мыши также проявляли стойкое поведение страха, и их нейроны VMH были постоянно активными, снова в течение десятков секунд, после того, как звук прекратился.

Затем команда внимательно изучила активность отдельных нейронов в VMH, а не только общую активность области. Это было бы похоже на изучение индивидуальной деятельности каждого музыканта в оркестре, вместо того, чтобы слушать, как весь оркестр играет вместе. Измерение активности отдельных нейронов показало, что существуют две различные популяции нейронов, каждая из которых реагирует на два разных типа угроз — звук крысы или присутствие крысы.

Каким образом постоянная нейронная активность длилась десятки секунд, когда нейроны срабатывают только всплесками активности порядка миллисекунд? Это можно объяснить двумя возможными механизмами. Во-первых, нейроны могут образовывать так называемую петлю нейронной обратной связи, которая вызывает их последовательную активацию, как бегуны передают эстафету во время эстафеты; или, во-вторых, нейроны могут выделять в окружающую среду химические вещества, которые продолжают вызывать их повторную активацию. В качестве альтернативы может быть задействована комбинация обоих сценариев — петли нейронной обратной связи и выброса нейрохимических веществ.

Кеннеди разработал нейронные сети для моделирования первого сценария, второго сценария и их комбинаций, чтобы выяснить, что может точно предсказать постоянную нейронную активность после стимула, а также идентичность стимула (т. е. фактическое присутствие крысы или только звук крысы). Только комбинированные модели могут объяснить обе эти особенности.

Статья называется «Стимул-специфическое кодирование гипоталамического состояния стойкого защитного состояния». Кеннеди, Кунвар и Ли — первые авторы исследования.

Добавить комментарий