Обработка страха в мозгу

Было проведено множество экспериментов, чтобы выяснить, как мозг интерпретирует стимулы и как у животных развивается реакция страха. Эмоция страха прочно заложена почти в каждом человеке из-за его жизненно важной роли в выживании человека. Исследователи обнаружили, что страх возникает бессознательно и что миндалевидное тело участвует в обуславливании страха .

Понимая, как страх развивается у людей, можно будет лечить психические расстройства человека, такие как тревога , фобия и посттравматическое стрессовое расстройство .

Нейрональные пути страха

При обусловливании страха основными задействованными цепями являются сенсорные области, обрабатывающие условные и безусловные стимулы, определенные области миндалевидного тела, которые подвергаются пластичности (или долговременному потенцированию) во время обучения, а также области, влияющие на выражение страха. конкретных условных реакций . Эти пути сходятся в латеральной миндалевидном теле. В латеральной миндалине происходит долговременная потенциация (ДП) и синаптическая пластичность, усиливающая ответ нейронов латеральной миндалины на условный раздражитель. В результате условный раздражитель может перейти из латеральной миндалины в центральное ядро ​​миндалины. Базальные и вставочные массы миндалины прямо и опосредованно соединяют латеральную миндалину с центральным ядром миндалины. Пути от центрального ядра миндалевидного тела к нижележащим областям контролируют защитное поведение (замирание), а также вегетативные и эндокринные реакции. Недавние исследования затрагивают прелимбическую кору. также и при выражении страха, возможно, благодаря его связям с базальным, а затем с центральным ядром миндалевидного тела.

Поведенческая основа

Было замечено, что страх может способствовать изменению поведения. Один из способов изучения этого явления — на основе модели повторяющегося стресса, разработанной Кэмпом Р.М. и др. (среди других). В этом конкретном исследовании было изучено, что вклад обусловленности страхом может играть огромную роль в изменении поведения животного (крысы Фишера) в парадигме повторяющегося стресса. В результате этой модели тестирования произошли поведенческие изменения, которые обычно называют депрессивно-подобным поведением. После установления контроля и обоснованного плана эксперимента крысы Фишера ежедневно подвергались воздействию различных стрессоров в сложной среде. После четырех дней воздействия стрессора исследовательское поведение и социальное взаимодействие были протестированы на пятый день либо в той же среде, либо в новой среде. Крысы показали гораздо меньшее исследование и социальное взаимодействие при тестировании в различных контекстах по сравнению с контрольными крысами. Для дальнейшей корреляции с биохимией (как указано ниже), хроническая инфузия пропранолола (антагониста бета-адренергических рецепторов) предотвращала поведенческие изменения после повторного воздействия стрессора, тем самым останавливая долгосрочное потенцирование. Также произошли некоторые физиологические изменения, включая снижение прибавки массы тела и гипертрофию надпочечников, наблюдаемую у животных, подвергшихся стрессу. В целом, условные реакции страха могут способствовать поведенческим изменениям в парадигме повторяющегося стресса. Это можно распространить и на других животных, но с разной степенью реакции.

Молекулярная основа

Молекулярные механизмы, которые напрямую связаны с поведенческим выражением обусловленности, легче изучать в клинических условиях, в отличие от механизмов, лежащих в основе долговременной потенциации (ДП), при которой синаптическая пластичность индуцируется электрической или химической стимуляцией боковых цепей миндалевидного тела. . LTP важен для обработки страха, поскольку он укрепляет синапсы в нейронных цепях. Эти усиленные синапсы способствуют развитию долговременной памяти и развитию страха.

Хеббианская синаптическая пластичность

Синаптический вход может быть усилен, когда активность пресинаптического нейрона сочетается с деполяризацией постсинаптического нейрона . Это известно как синаптическая пластичность Хебба . Эта гипотеза особенно привлекательна как объяснение того, как может происходить простое ассоциативное обучение , например, происходящее при обуславливании страха. В этой модели обусловленности страхом сильная деполяризация латеральной миндалевидного тела, вызванная стимулом, приводит к усилению относительных во времени и пространстве входов условных стимулов (которые являются коактивными) на одни и те же нейроны. Было показано, что экспериментальные данные подтверждают идею о том, что пластичность и формирование памяти о страхе в латеральной миндалевидном теле запускаются безусловной стимул-индуцированной активацией нейронов этой области. Таким образом, безусловная деполяризация, вызванная стимулом, необходима для усиления условных стимул-вызванных нейронных реакций в этой области после условно-безусловного спаривания и спаривания условного стимула с прямой деполяризацией пирамидных нейронов боковой миндалины, поскольку безусловный раздражитель поддерживает обусловливание страха. Также ясно, что синаптическая пластичность на путях ввода условных стимулов в латеральную миндалевидное тело действительно возникает при обусловлении страха.

Ионотропные глутаматные рецепторы NMDA-типа

Считается, что хебианская пластичность связана с N-метил-d-аспартатными рецепторами (NMDAR) и расположена на постсинаптических нейронах латеральной миндалины. Известно, что NMDAR являются детекторами совпадений пресинаптической активности и постсинаптической деполяризации. Слуховые сигналы представляют собой NMDAR в боковой миндалине и используют глутамат в качестве передатчика. Кроме того, было проверено, что когда нейроны региона, получавшие слуховые сигналы, также получали входные сигналы безусловных стимулов, и антагонисты NMDAR широкого спектра действия в латеральной миндалевидном теле приводили к нарушению процесса обучения страху. Таким образом, эти рецепторы имеют решающее значение для метаболического пути обработки и формирования ощущения страха.

Моноаминовые нейромодуляторно-зависимые механизмы

Считается, что трансмиттеры моноаминов, такие как норадреналин и дофамин, которые высвобождаются в эмоциональных ситуациях, регулируют глутаматергическую передачу и пластичность Хебба. Модуляция всех типов пластичности называется гетеросинаптической пластичностью. Также распространена гомосинаптическая пластичность, состоящая исключительно из пластичности Хебба. В различных модельных системах было показано, что моноамины модулируют пластичность, лежащую в основе формирования памяти, например повышенное восприятие страха. Нейромодуляторы также способствуют обусловлению страха. Механизмы Хебба способствуют пластичности латеральной миндалевидного тела и страху обучения. Другие модуляторы, помимо механизмов Хебба, включают серотонин , ацетилхолин , эндоканнабиноиды и различные пептиды (такие как гастрин-высвобождающий пептид , NPY , опиаты и окситоцин ), но роль этих соединений до конца не изучена.

Норадреналин

Норадреналин играет важную роль в формировании памяти о страхе. Недавние исследования показали, что блокада норадреналиновых β-адренергических рецепторов (β-АР) в латеральном ядре миндалевидного тела препятствует приобретению обучения страху при применении предтренировочных стимулов, но не оказывает никакого эффекта при применении после тренировки или перед восстановлением памяти . В отличие от эффектов блокады β-AR-рецепторов на другие формы обучения, этот эффект специфичен только для приобретения, а не для посттренировочной обработки или выражения памяти о страхе. Активация β-AR в латеральной миндалине синергически регулирует процессы Хебба, запуская ассоциативную пластичность нейрона и обучение страху в латеральном ядре миндалевидного тела. Одна теория предполагает, что механизм участия β-AR в приобретении обучения страху заключается в том, что они действуют на ГАМКергические интернейроны , подавляя прямое торможение и повышая пластичность Хебба. β-AR обнаруживаются на ГАМКергических интернейронах, а также в пирамидных клетках боковой миндалины . Процесс активации β-AR начинается с связывания с сигнальными каскадами G-белка , которые затем активируют протеинкиназу А (PKA). Эта активация может вызвать фосфорилирование NMDAR, а также сайта ser845 на GluA1, что может облегчить вставку AMPAR в синапс.

Дофамин

Активация дофаминовых рецепторов ( подтипов рецепторов D1 и D2 ) в миндалевидном теле способствует приобретению обусловленности страхом. Рецепторы D1 и D2 связаны с G-белком и ингибируют аденилатциклазу (Gi-связанная) и стимулируют аденилатциклазу (Gs-связанная) соответственно. Как и β-АР, дофаминовые рецепторы могут напрямую модулировать процессы Хебба, уменьшая прямое торможение . Они также могут действовать параллельно с механизмами Хебба, реализуя синапсы в латеральной миндалевидном теле и способствуя пластичности и обучению страху через соответствующие сигнальные пути. Накопленные данные свидетельствуют о том, что дофаминергическая иннервация базолатеральной миндалины среднего мозга способствует формированию воспоминаний о страхе.

Нейромодуляция, опосредованная метаботропными рецепторами глутамата, во время

Пластичность и обучение также могут модулироваться метаботропными глутаматными рецепторами (mGluR). Белки mGluRs, вероятно, выполняют модулирующую функцию и не участвуют непосредственно в процессах Хебба. Это связано с тем, что эти рецепторы не способствуют деполяризации во время синапсов. Они также не активируются рецепторами, участвующими в процессах Хебба. Наконец, они не обнаруживают пре- и постсинаптическую нервную активность. Однако активация mGluR группы I в латеральной миндалине и базальном ядре усиливает приобретение, уменьшение и усиление обусловленности страхом, обеспечивая приток ионов кальция.

Схема страха

Признание страха

Исследования показали, что повреждение двусторонней миндалины влияет главным образом на распознавание страха. В конкретном исследовании, проведенном Эндрю Дж. Колдером и Эндрю У. Янгом, испытуемые классифицировали трансформированные изображения выражений лица в пределах от счастья до удивления, от страха до печали, от отвращения до гнева. В то время как испытуемые из контрольной группы классифицировали эти изображения по ближайшему выражению, у испытуемых с повреждением двусторонней миндалины возникли проблемы с этой задачей, особенно с распознаванием выражений лица, выражающих страх. У испытуемых с поврежденной двусторонней миндалиной не было проблем с дифференциацией счастья от печали, но они не могли отличить выражение гнева от страха.

Однако в эксперименте, проведенном Ральфом Адольфсом, был выяснен механизм нарушения распознавания страха. Адольфс обнаружил, что его главная испытуемая , у которой было редкое двустороннее повреждение миндалевидного тела, не могла различить выражения страха из-за своей неспособности смотреть на область глаз на лице. Когда испытуемого просили смотреть прямо в область глаз лиц с выражением, испытуемый мог распознавать выражения страха на лицах. Хотя миндалевидное тело действительно играет важную роль в распознавании страха, дальнейшие исследования показывают, что существуют альтернативные пути, которые способны поддерживать обучение страху в отсутствие функциональной миндалевидного тела. Исследование Казамы также показывает, что, хотя миндалевидное тело может быть повреждено, пациенты все же могут различать сигналы безопасности и страх.

Условные раздражители

Было проведено значительное количество исследований условных раздражителей , когда нейтральный раздражитель, такой как вспышка света, сочетался с электрическим током, который давался крысам. Результатом этого условного раздражителя является провоцирование безусловной реакции — страха. Некогда нейтральный стимул дают снова, чтобы увидеть, проявит ли крыса реакцию страха. Однако, поскольку реакции страха включают в себя множество моделей поведения, важно увидеть, какое поведение проявляется при предъявлении условного раздражителя.

Визуальные и слуховые стимулы

Первоначально зрительные стимулы сначала воспринимаются зрительным таламусом и передаются в миндалевидное тело в случае потенциальной опасности. Зрительный таламус также передает информацию в зрительную кору и обрабатывает ее, чтобы определить, представляют ли стимулы потенциальную угрозу. Если это так, эта информация передается в миндалевидное тело, и начинается сокращение мышц, увеличение частоты сердечных сокращений и артериального давления, тем самым активируя симпатические нейронные пути . Было показано, что предъявление нейтральных визуальных стимулов усиливает восприятие страха или ожидания, вызванное другим каналом информации, например прослушиванием. Исследования Ле Ду показывают, что звуковые стимулы не передаются напрямую от слухового таламуса к центральному ядру .

Восприятие

Восприятие страха вызывается множеством различных стимулов и включает в себя процесс, описанный выше с биохимической точки зрения. Нейронные корреляты взаимодействия между языком и визуальной информацией были изучены Роэлем Виллемсом и др . Исследование заключалось в наблюдении за тем, как визуальная и языковая информация взаимодействуют при восприятии эмоций . было заимствовано общее явление Из теории кино , согласно которому представление нейтральной визуальной сцены усиливает ощущение страха или ожидания, вызванное другим каналом информации, например языком. Этот принцип был применен таким образом, что ощущение страха присутствовало и усиливалось в присутствии нейтральных визуальных стимулов. Основная идея заключается в том, что визуальные стимулы усиливают пугающее содержание стимулов (т.е. языка), тонко подразумевая и конкретизируя то, что описано в контексте (т.е. предложении). Уровни активации в правом переднем височном полюсе избирательно увеличивались и, как полагают, служат связующей функцией эмоциональной информации в таких областях, как визуальная и языковая информация.

Воздействие различных типов эмоций и уровней возбуждения также, по-видимому, влияет на боль посредством взаимодействия, известного как взаимодействие валентности по возбуждению. Во время этой реакции отрицательные эмоции, испытываемые человеком с низким уровнем возбуждения, имеют тенденцию вызывать усиление боли, в то время как отрицательные валентные эмоции с более высоким уровнем возбуждения снижают восприятие боли. Низкие уровни возбуждения включают реактивные эмоции, такие как тревога, тогда как более высокие уровни возбуждения включают такие эмоции, как страх.