Обработка страха в мозгу - Fear processing in the brain

Было проведено множество экспериментов, чтобы выяснить, как мозг интерпретирует стимулы и то, как животные развивают реакцию страха. Эмоция, страх, был встроен почти в каждого человека из-за его жизненно важной роли в выживании человека. Исследователи обнаружили, что страх устанавливается бессознательно и что миндалина связан с условный страх.

Понимая, как страх развивается у людей, можно вылечить психические расстройства человека, такие как беспокойство, фобия, и пост-травматическое стрессовое растройство.

Нейронные пути страха

В условном рефлексе страха основными задействованными цепями являются сенсорные области, обрабатывающие условные и безусловные раздражители, определенные области миндалевидного тела, которые подвергаются воздействию. пластичность (или долгосрочное потенцирование) во время обучения, а также области, которые влияют на выражение специфических условные ответы. Эти пути сходятся в боковой миндалине. Долгосрочное потенцирование (LTP) и синаптическая пластичность, которая усиливает ответ нейронов латеральной миндалины на условный раздражитель, происходит в латеральной миндалине. В результате условный раздражитель может проходить от латеральной миндалины к центральному ядру миндалины. Базальные и интеркалированные массы миндалевидного тела прямо и косвенно соединяют латеральную миндалину с центральным ядром миндалины. Пути от центрального ядра миндалины к нижележащим участкам затем контролируют защитное поведение (замораживание) и автономный и эндокринный ответы. Недавние исследования указывают на предлимбическая кора также в выражении страха, возможно, из-за его связи с базальным, а затем и с центральным ядром миндалины.[1]

Поведенческая основа

Было замечено, что страх может способствовать изменению поведения.[2] Один из способов изучения этого явления - модель повторяющегося стресса, разработанная Кэмпом Р.М. и др. (Среди прочих). В этом конкретном исследовании было изучено, что обусловленность страха может играть огромную роль в изменении поведения животного (крысы Фишера) в парадигме повторяющегося стресса. Поведенческие изменения, которые обычно называют депрессивным поведением, явились результатом этой модели тестирования. После установки контроля и правильного дизайна эксперимента крысы Fischer ежедневно подвергались воздействию различных стрессоров в сложной среде. Через четыре дня стрессор Воздействие, исследовательское поведение и социальное взаимодействие тестировались на 5-й день либо в той же среде, либо в новой среде. Крысы показали гораздо меньшее количество исследований и социального взаимодействия при тестировании в разных контекстах по сравнению с контрольными крысами.[3] Для дальнейшей корреляции с биохимией (как указано ниже), хроническая инфузия пропранолола (антагониста бета-адренергических рецепторов) предотвращала изменения поведения после многократного воздействия стрессора, таким образом останавливая долгосрочное потенцирование. Также произошли некоторые физиологические изменения, в том числе снижение прибавки массы тела и гипертрофия надпочечников, наблюдаемые у животных, подвергшихся стрессу. В целом, условные реакции страха могут способствовать поведенческим изменениям в парадигме повторяющегося стресса. Это может быть распространено на других животных, но с разной степенью реакции.[3]

Молекулярная основа

Молекулярные механизмы, которые были напрямую связаны с поведенческим проявлением обусловливания, легче изучать в клинических условиях, чем механизмы, лежащие в основе долгосрочной потенциации (ДП), в которой синаптическая пластичность индуцируется электрической или химической стимуляцией боковых цепей миндалины. LTP важен для обработки страха, потому что он укрепляет синапсы в нейронных цепях.[4] Эти усиленные синапсы - вот как Долгосрочная память развивается и как развивается страх.[5]

Хеббийская синаптическая пластичность

Синаптический вход может быть усилен, когда активность пресинаптического нейрона сочетается с деполяризация в постсинаптический нейрон. Это известно как Хеббийская синаптическая пластичность. Эта гипотеза особенно привлекательна в качестве объяснения того, насколько просто ассоциативное обучение, например, то, что имеет место в условном рефлексе страха. В этой модели условного рефлекса страха сильная деполяризация боковой миндалины, вызванная стимулом, приводит к усилению относительных во времени и пространственных условных входных стимулов (которые коактивны) на одни и те же нейроны. Было показано, что экспериментальные данные подтверждают идею о том, что формирование пластичности и памяти о страхе в боковой миндалине запускается безусловной активацией нейронов региона, вызванной стимулом.[1] Таким образом, безусловная деполяризация, вызванная стимулом, необходима для усиления вызванных условным стимулом нейронных ответов в этой области после условно-безусловного спаривания и сопряжения условного стимула с прямой деполяризацией пирамидных нейронов боковой миндалины в качестве безусловного стимула, поддерживающего условно-кондиционирование страха. Также ясно, что синаптическая пластичность на путях ввода условных стимулов в боковую миндалину действительно возникает при условном рефлексе страха.[1]

Ионотропные глутаматные рецепторы NMDA-типа

Считается, что пластичность Хебба включает Рецепторы N-метил-d-аспартата (NMDAR) и расположены на постсинаптических нейронах в латеральной миндалине. Известно, что NMDAR являются детекторами совпадений пресинаптической активности и постсинаптической деполяризации. Слуховые входы - это NMDAR в боковой миндалине и использование глутамат как передатчик.[6] Кроме того, было проверено, что когда нейроны региона, которые получали слуховые сигналы, также получали входные сигналы безусловных стимулов и широкий спектр Антагонисты NMDAR в боковой миндалине привело к нарушению приобретения обучения страху. Следовательно, эти рецепторы имеют решающее значение для метаболический путь обработки и выявления восприятия страха.[7]

Нейромодуляторно-зависимые механизмы моноаминов

Считается, что передатчики моноаминов, такие как норэпинеферин и дофамин, которые выделяются в эмоциональных ситуациях, регулируют глутаматергический трансмиссия и пластичность Хебба. Модуляция всех различных типов пластичность называется гетеросинаптической пластичностью. Также преобладает гомосинаптическая пластичность, которая состоит исключительно из пластичности Хебба. В различных модельных системах было показано, что моноамины модулировать пластичность, лежащую в основе формирования памяти, например усиленное восприятие страха.[8] Нейромодуляторы также способствуют формированию страха.[9] Хеббовские механизмы способствуют пластичности боковой миндалины и способствуют обучению страху. Другие модуляторы, помимо механизмов Хебба, включают серотонин, ацетилхолин, эндоканнабиноиды, и различные пептиды (Такие как пептид, высвобождающий гастрин, NPY, опиаты, и окситоцин ), но роль этих соединений до конца не изучена.

Норэпинефрин

Норэпинефрин играет огромную роль в формировании памяти о страхе. Недавние исследования показали, что блокада норадреналина β-адренорецепторы (β-AR) в латеральном ядре миндалевидного тела препятствует приобретению обучения страху при наличии предтренировочных стимулов, но не оказывает никакого эффекта при применении после тренировки или до извлечение памяти. В отличие от эффектов блокада рецепторов β-AR в других формах обучения этот эффект специфичен только для приобретения, в отличие от посттренировочной обработки или выражения памяти о страхе.[10] Активация β-AR в латеральном ядре миндалины синергетически регулирует процессы Хебба, вызывая ассоциативную пластичность нейрона и боязнь обучения в латеральном ядре миндалевидного тела. Одна теория предполагает, что механизм участия β-AR в приобретении обучения страху заключается в том, что они действуют на ГАМКергический интернейроны для подавления ингибирования прямой связи и повышения пластичности Хебба. β-АР обнаруживаются на ГАМКергических интернейронах, а также в латеральной миндалине. пирамидные клетки. Процесс активации β-AR начинается с связывания с G протеин сигнальные каскады, которые затем активируют протеинкиназа А (ПКА). Эта активация может вызывать фосфорилирование NMDAR, а также сайта ser845 на GluA1, что может способствовать AMPAR вставка в синапс.

Дофамин

Дофамин активация рецепторов (оба D1 и Рецептор D2 подтипы) в миндалине способствует приобретению условного рефлекса страха. Рецепторы D1 и D2 связаны с белком G и ингибируют аденилатциклаза (Gi-связанный) и стимулирующий аденилатциклазу (Gs-связанный) соответственно. Так же, как и β-AR, дофаминовые рецепторы могут напрямую модулировать геббовские процессы, уменьшая подавление прямой связи. Они также могут действовать параллельно с механизмами Хебба, внедряя синапсы в латеральную миндалину и способствуя пластичности и боязни обучения посредством соответствующих сигнальных путей.[11]

Метаботропная нейромодуляция, опосредованная рецептором глутамата, во время

Пластичность и обучение также можно модулировать с помощью метаботропные рецепторы глутамата (mGluRs). Белки mGluR, вероятно, выполняют модулирующую функцию и не принимают непосредственного участия 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 нейронную активность. Однако активация mGluR группы I в латеральной миндалине и базальном ядре усиливает приобретение, уменьшение и усиление условного рефлекса страха, обеспечивая приток ионов кальция.

Схема страха

Признание страха

Исследования показали, что повреждение двусторонней миндалины[12] влияет в основном на распознавание страха. В конкретном исследовании, проведенном Эндрю Дж. Колдером и Эндрю У. Янгом, испытуемым предлагалось классифицировать преобразованные изображения выражения лица от счастья до удивления, от страха до печали, от отвращения до гнева. В то время как контрольные субъекты классифицировали эти изображения по ближайшему выражению лица, субъекты, у которых было повреждение двусторонней миндалины, имели проблемы с этой задачей, особенно с распознаванием выражений лица, которые показывают страх. У испытуемых с поврежденной двусторонней миндалиной не было проблем с различением счастья и печали, но они не могли отличить выражение гнева от страха.[13]

Однако в эксперименте, проведенном Ральфом Адольфом, выяснился механизм нарушения распознавания страха. Адольф обнаружил, что его основной предмет, у которой было редкое двустороннее повреждение миндалины, не могла различать выражения страха из-за ее неспособности смотреть на область глаз на лице. Когда испытуемый был проинструктирован смотреть прямо в область глаз лиц с выражением, он мог распознавать выражение страха на лицах.[14] 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 миндалины.[15] Исследование Казамы также показывает, что, хотя миндалевидное тело может быть повреждено, пациенты по-прежнему могут различать сигналы безопасности и страх.[16]

Условные раздражители

Был проведен значительный объем исследований условные раздражители, где крысе дают нейтральный стимул, такой как вспышка света, и шок. Результатом действия этого условного раздражителя является безусловная реакция - страх. Когда-то нейтральный стимул дается снова, чтобы увидеть, покажет ли крыса реакцию страха. Однако, поскольку реакции страха включают в себя множество форм поведения, важно увидеть, какое поведение проявляется при подаче условного стимула.[2]

Визуальные и слуховые раздражители

Первоначально зрительные стимулы сначала воспринимаются зрительным таламус и передается в миндалину о 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 мышечное сокращение, начинается учащение пульса и артериальное давление, таким образом активируя симпатический нейрональный путь. Было показано, что представление нейтральных визуальных стимулов усиливает восприятие страха или ожидания, вызванное другим каналом информации, например прослушиванием.[17][18] Исследования Ле Ду показывают, что звуковые стимулы не передаются напрямую от слухового таламуса к телу. центральное ядро.[12]

Восприятие

Восприятие страха вызывается множеством различных стимулов и включает в себя процесс, описанный выше в биохимических терминах. Нейронные корреляты взаимодействия языка и визуальной информации были изучены Роэлем Виллемсом. и другие.[19] Исследование заключалось в наблюдении за тем, как визуальная и лингвистическая информация взаимодействуют при восприятии эмоция. Распространенное явление от теория кино был заимствован, в котором говорится, что представление нейтральной визуальной сцены усиливает восприятие страха или ожидания, вызванное другим каналом информации, например языком. Этот принцип применялся таким образом, что ощущение страха усиливалось в присутствии нейтральных визуальных стимулов. Основная идея заключается в том, что визуальные стимулы усиливают пугающее содержание стимулов (то есть язык), тонко подразумевая и конкретизируя то, что описано в контексте (то есть предложение). Уровни активации в правом переднем отделе височный полюс были выборочно увеличены и, как полагают, служат связующей функцией эмоциональной информации в таких областях, как визуальная и лингвистическая информация.[20]

Подверженность различным типам эмоций и уровням возбуждение также оказывает влияние на боль посредством взаимодействия, известного как взаимодействие валентности за счет возбуждения. Во время этой реакции отрицательные эмоции, испытываемые человеком с низким уровнем возбуждения, как правило, вызывают усиление боли, в то время как отрицательные эмоции. валентный наблюдалось, что эмоции с более высоким уровнем возбуждения уменьшают восприятие боли. Низкие уровни возбуждения включают в себя реактивные эмоции, такие как тревога, в то время как более высокие уровни возбуждения включают такие эмоции, как страх.[21]

Рекомендации

  1. ^ а б c Леду, Джозеф (2003). «Эмоциональный мозг, страх и миндалевидное тело». Клеточная и молекулярная нейробиология. 23 (4/5): 727–38. Дои:10.1023 / А: 1025048802629. PMID  14514027.
  2. ^ а б Дэвис, М. (1992). «Роль миндалины в страхе и тревоге». Ежегодный обзор нейробиологии. 15: 353–75. Дои:10.1146 / annurev.ne.15.030192.002033. PMID  1575447.
  3. ^ а б Кэмп, Роберт М .; Ремус, Дженнифер Л .; Kalburgi, Sahana N .; Портерфилд, Вероника М .; Джонсон, Джон Д. (2012). «Условие страха может способствовать поведенческим изменениям, наблюдаемым в модели повторяющегося стресса». Поведенческие исследования мозга. 233 (2): 536–44. Дои:10.1016 / j.bbr.2012.05.040. PMID  22664265.
  4. ^ Деандрейд, Марк П .; Чжан, Ли; Дородчи, Атбин; Ёкои, Фумиаки; Cheetham, Chad C .; Чен Хуань-Синь; Ропер, Стивен Н .; Свитт, Дж. Дэвид; Ли, Юцин (2012). Ди Кунто, Фердинандо (ред.). «Улучшенная долговременная потенция гиппокампа и память о страхе у мышей-мутантов Btbd9». PLoS ONE. 7 (4): e35518. Bibcode:2012PLoSO ... 7E5518D. Дои:10.1371 / journal.pone.0035518. ЧВК  3334925. PMID  22536397.
  5. ^ Роган, Майкл Т .; Stäubli, Ursula V .; Леду, Джозеф Э. (1997). «Обуздание страха вызывает долгосрочное ассоциативное усиление миндалевидного тела». Природа. 390 (6660): 604–7. Bibcode:1997Натура.390..604р. Дои:10.1038/37601. PMID  9403688.
  6. ^ Доби, Алиса; Сартори, Симона Б.; Бусти, Даниэла; Ван дер Путтен, Герман; Сингевальд, Николас; Шигемото, Рюичи; Феррагути, Франческо (2012). «Нервные субстраты для различных эффектов метаботропных глутаматных рецепторов пресинаптической группы III на устранение контекстуальной обусловленности страха у мышей». Нейрофармакология. 66: 274–89. Дои:10.1016 / j.neuropharm.2012.05.025. ЧВК  3557389. PMID  22643400.
  7. ^ Falls, William A .; Miserendino, Mindy J.D .; Дэвис, Майкл (1992). «Исчезновение страха, вызванного испугом: блокада путем введения антагониста NMDA в миндалевидное тело». Журнал неврологии. 12 (3): 854–63. Дои:10.1523 / JNEUROSCI.12-03-00854.1992. ЧВК  6576037. PMID  1347562.
  8. ^ Flavell, C.R .; Ли, Дж. Л. С. (2012). «Односторонние поражения миндалины после тренировки выборочно ухудшают контекстные воспоминания о страхе». Обучение и память. 19 (6): 256–63. Дои:10.1101 / мкм. 025403.111. PMID  22615481.
  9. ^ Сигурдссон, Торфи; Дойер, Валери; Каин, Кристофер К .; Леду, Джозеф Э. (2007). «Долгосрочное потенцирование в миндалине: клеточный механизм обучения и памяти страха». Нейрофармакология. 52 (1): 215–27. Дои:10.1016 / j.neuropharm.2006.06.022. PMID  16919687.
  10. ^ Надер, Карим; Schafe, Glenn E .; Ле Ду, Джозеф Э. (2000). «Воспоминания о страхе требуют синтеза белка в миндалине для повторного уплотнения после извлечения». Природа. 406 (6797): 722–6. Bibcode:2000Натура.406..722Н. Дои:10.1038/35021052. PMID  10963596.
  11. ^ Liddell, Belinda J .; Браун, Керри Дж .; Кемп, Эндрю Х .; Бартон, Мэтью Дж .; Дас, Прита; Педуто, Энтони; Гордон, Эвиан; Уильямс, Линн М. (2005). «Прямая« сигнальная »система ствола мозга, миндалины и коры для подсознательных сигналов страха». NeuroImage. 24 (1): 235–43. Дои:10.1016 / j.neuroimage.2004.08.016. PMID  15588615.
  12. ^ а б Ledoux, Joseph E .; Чиккетти, Пьера; Ксагорарис, Эндрю; Романски, Лизавет М. (1990). "Боковой миндалины в ядре кондиционирования страха: сенсорный интерфейс Миндалевидное тело в кондиционировании страха". Журнал неврологии. 10 (4): 1062–9. Дои:10.1523 / JNEUROSCI.10-04-01062.1990. ЧВК  6570227. PMID  2329367.
  13. ^ Колдер, Эндрю Дж. (1996). «Распознавание лицевых эмоций после двустороннего повреждения миндалины: дифференциально серьезное нарушение страха». Когнитивная нейропсихология. 13 (5): 699–745. Дои:10.1080/026432996381890.
  14. ^ Адольфс, Ральф; Госселин, Фредерик; Бьюкенен, Тони У .; Транель, Дэниел; Шинс, Филипп; Дамасио, Антонио Р. (2005). «Механизм распознавания ослабленного страха после повреждения миндалины». Природа. 433 (7021): 68–72. Bibcode:2005Натура 433 ... 68А. Дои:10.1038 / природа03086. PMID  15635411.
  15. ^ Morris, J. S .; Оман, А; Долан, Р.Дж. (1999). «Подкорковый путь к правой миндалине, опосредующий« невидимый »страх». Труды Национальной академии наук. 96 (4): 1680–5. Bibcode:1999ПНАС ... 96.1680М. Дои:10.1073 / пнас.96.4.1680. JSTOR  47262. ЧВК  15559. PMID  9990084.
  16. ^ Казама, Энди М .; Хойер, Эрик; Дэвис, Майкл; Бачевалье, Джослин (2012). «Влияние неонатальных поражений миндалины на обучение страху, условное торможение и исчезновение у взрослых макак». Поведенческая неврология. 126 (3): 392–403. Дои:10.1037 / a0028241. ЧВК  3740331. PMID  22642884.
  17. ^ Скотт, Софи К.; Янг, Эндрю В .; Колдер, Эндрю Дж .; Hellawell, Дебора Дж .; Aggleton, John P .; Джонсонс, Майкл (1997). «Нарушение слухового распознавания страха и гнева после двустороннего поражения миндалины». Природа. 385 (6613): 254–7. Bibcode:1997Натура.385..254С. Дои:10.1038 / 385254a0. PMID  9000073.
  18. ^ Phillips, M. L .; Янг, A. W .; Скотт, С.К.; Calder, A.J .; Андрей, Ц .; Giampietro, V .; Williams, S.C .; Bullmore, E.T .; Браммер, М. (1998). «Нейронные реакции на выражение страха и отвращения на лице и голос». Труды Королевского общества B. 265 (1408): 1809–1817. Дои:10.1098 / rspb.1998.0506. ISSN  0962-8452. ЧВК  1689379. PMID  9802236.
  19. ^ Лаборатория Виллемса
  20. ^ Willems, R.M .; Clevis, K .; Хагоорт, П. (2010). «Добавьте картинку для неизвестности: нейронные корреляты взаимодействия языка и визуальной информации в восприятии страха». Социальная когнитивная и аффективная нейробиология. 6 (4): 404–16. Дои:10.1093 / сканирование / nsq050. ЧВК  3150851. PMID  20530540.
  21. ^ Руди, JL. Уильямс, AE. «Гендерные различия в боли: играют ли эмоции роль?» Гендерная медицина, 2005. с. 208-226.