Исследователи из Мюнхена и Бордо обнаружили скоординированные колебания активности нейронных сетей в двух различных областях мозга, которые характерны для определенной реакции страха.
Реакция страха, вызванная травмирующими или угрожающими ситуациями, помогает нам избежать опасности или избежать ее. Более того, этой жизненно важной реакции необходимо научиться, формируя ассоциацию между стимулом или ситуацией и наличием стрессора (e.грамм. физическая опасность). Эта ассоциация очень сильна и оставляет след в памяти, который сохраняется в течение многих лет после первоначального опыта, вызывая глубокие структурные и функциональные изменения в мозге, которые потенциально могут перерасти в посттравматический стресс и другие расстройства, связанные с тревогой. Исследователи LMU в сотрудничестве с коллегами из Бордо описали сигнальный механизм – в виде коллективных колебаний электрической активности в двух отдельных областях мозга, которые отражают ритмическое срабатывание сетей в этих областях и связаны с регулирование определенного поведения страха. Результаты опубликованы в ведущем журнале Nature Neuroscience.
Для формирования ассоциации требуется только один опыт обучения страху, и каждое последующее воздействие условного стимула приводит к восстановлению памяти. И обучение, и восстановление памяти о страхе характеризуются поведенческим состоянием боязни боя или бегства, которое связано с рядом уникальных физиологических коррелятов, таких как потоотделение, тремор и учащенное сердцебиение. В начале нового исследования авторы поставили следующий вопрос: может ли это очень характерное физиологическое состояние представлять собой нечто большее, чем просто реакцию на стрессор или условный раздражитель?? Может быть, состояние, связанное со страхом, на самом деле отражает характерное состояние активации мозга, которое облегчает обучение и восстановление памяти?
Десятилетия исследований выявили несколько областей мозга, которые участвуют в ассоциативном обучении страху, в том числе дорсальную медиальную префронтальную кору (dmPFC) и базолатеральную миндалину (BLA), обе из которых превратились в структуры, которые имеют решающее значение для обучения и выражения страха. Префронтальная кора, как известно, регулирует когнитивные функции в социальном поведении, а миндалевидное тело участвует в контроле эмоциональных состояний и аффективного поведения. Однако до сих пор не было ясно, как эти две области взаимодействуют друг с другом, какие нейронные механизмы ответственны за запуск реакций, связанных со страхом, таких как замирание, и какое функциональное состояние мозга коррелирует с таким поведением.
"Самостоятельная симфония"
В экспериментах, о которых сообщалось в новых исследовательских группах под руководством Антона Сироты и Николаоса Каралиса (LMU) и Сирила Херри (Neurocentre Magendie, Бордо), впервые на животной модели удалось показать, что явное замораживание действительно имеет место. коррелирует с определенной конфигурацией нейронной активности в головном мозге. Сначала исследователи кондиционировали мышей, подвергая их звуковому сигналу, за которым сразу же следовала умеренно отталкивающая стимуляция. Мыши научились связывать акустический сигнал со стрессором и демонстрировали характерную реакцию, связанную со страхом, всякий раз, когда они впоследствии слышали тон: они внезапно замерзали и оставались неподвижными в течение длительного периода времени, что указывает на то, что воспоминания о неприятном опыте были реактивированы. Параллельно исследователи записали, что происходило в мозгу мыши. Было обнаружено, что явная реакция страха коррелирует с появлением в префронтальной коре колеблющейся волны электрической активности с частотой ровно четыре цикла в секунду, или 4 Гц. Почти сразу же аналогичная волна активности возникла в миндалине. Другими словами, устойчивые коллективные колебания объединяют и синхронизируют нейронную активность в двух областях мозга, удаленных друг от друга. "Мы обнаружили то, что можно было бы назвать самопроизвольной симфонией в мозгу," говорит Антон Сирота, профессор LMU в Центре вычислительной нейробиологии и синергии Бернштейна. "Мозг подобен оркестру, которому не нужен дирижер. Он производит тональные последовательности и самостоятельно находит ритмы, соответствующие каждому поведению."
Колебания стали важным механизмом организации коллективной нейронной активности и участвуют как в физиологическом, так и в патологическом функционировании мозга. Исследовательское состояние связано с отчетливой внутренней динамикой, известной как колебания тета (~ 8 Гц), в то время как состояние глубокого сна характеризуется медленными (~ 1 Гц) колебаниями. Новое внутренне генерируемое состояние мозга, описанное в новом исследовании, характеризующееся колебаниями частоты 4 Гц и связанное с выражением страха, обеспечивает новую основу для изучения нейронных механизмов, участвующих в формировании, извлечении и выражении памяти о страхе. Более того, при определении физиологической сигнатуры памяти о страхе в нейронных сетях в префронтальной коре и базальной области миндалины, результаты показывают, что блокирование колебаний в этом контуре может представлять собой потенциальную терапевтическую стратегию для патологических состояний, таких как тревожные расстройства.