Как мозг улавливает сигналы угрозы и превращает их в страх

Как мозг улавливает сигналы угрозы и превращает их в страх

Выводы могут привести к лечению расстройств, связанных со страхом

ЛА-ХОЛЬЯ — Солкские ученые обнаружили молекулярный путь, который объединяет угрожающие образы, звуки и запахи в одно сообщение: «Бойтесь». Молекула под названием CGRP позволяет нейронам в двух отдельных областях мозга объединять угрожающие сенсорные сигналы в единый сигнал, помечать его как негативный и передавать в миндалевидное тело, которое переводит сигнал в страх.

Исследование, опубликованное в Cell Reports 16 августа 2022 г., может привести к появлению новых методов лечения расстройств, связанных со страхом, таких как посттравматическое стрессовое расстройство (ПТСР) или расстройства гиперчувствительности, такие как аутизм, мигрень и фибромиалгия.

«Обнаруженный нами мозговой путь работает как центральная система сигнализации», — говорит старший автор. Сун Хан, доцент лаборатории Клейтона Фонда Солка по биологии пептидов. «Мы были рады обнаружить, что нейроны CGRP активируются негативными сенсорными сигналами от всех пяти органов чувств — зрения, звука, вкуса, обоняния и осязания. Выявление новых путей передачи угроз дает представление о лечении расстройств, связанных со страхом».

Большинство внешних угроз связаны с мультисенсорными сигналами, такими как жар, дым и запах лесного пожара. Предыдущие исследования показали, что различные пути независимо передают звуковые, визуальные и сенсорные сигналы угрозы в несколько областей мозга. Единственный путь, объединяющий все эти сигналы, был бы полезен для выживания, но никто так и не нашел такой путь.

Предыдущие исследования также показали, что миндалевидное тело, которое инициирует поведенческие реакции и формирует воспоминания о страхе в ответ на внешние и эмоциональные стимулы, получает интенсивную информацию от областей мозга, нагруженных химическим веществом, связанным с отвращением, нейропептидом CGRP (пептид, связанный с геном кальцитонина).

«Основываясь на этих двух исследованиях, мы предположили, что нейроны CGRP, обнаруженные особенно в субрегионах таламуса и ствола мозга, передают мультисенсорную информацию об угрозе в миндалевидное тело», — говорит соавтор Шицзя Лю, аспирант лаборатории Хань. . «Эти схемы могут как генерировать соответствующие поведенческие реакции, так и способствовать формированию неприятных воспоминаний об угрозах».

Команда провела несколько экспериментов, чтобы проверить свои гипотезы. Они записали активность нейронов CGRP, используя визуализацию одноклеточного кальция, одновременно предъявляя мышам мультисенсорные сигналы угрозы, что позволило исследователям точно определить, какая сенсорная модальность задействована, какие наборы нейронов. Они определили путь, по которому проходят сигналы после выхода из таламуса и ствола мозга, используя различные цветные флуоресцентные белки. И они провели поведенческие тесты, чтобы оценить память и страх.

Взятые вместе, их результаты показывают, что две разные популяции нейронов CGRP — одна в таламусе, другая в стволе мозга — проецируются на неперекрывающиеся области миндалевидного тела, образуя две отдельные цепи. Обе популяции кодируют угрожающие образы, звуки, запахи, вкусы и прикосновения, общаясь с локальными сетями мозга. Наконец, они обнаружили, что оба контура необходимы для формирования неприятных воспоминаний — таких, которые говорят вам: «Держись подальше».

«Хотя в этом исследовании использовались мыши, те же самые области мозга также в изобилии экспрессируют CGRP у людей», — говорит Хан, владелец кафедры развития Pioneer Fund. «Это говорит о том, что схемы, о которых здесь сообщается, также могут быть связаны с психическими расстройствами, связанными с восприятием угрозы».

Авторы надеются изучить, как передача сигналов CGRP в этих цепях опосредует расстройства, связанные с аномалиями обработки мультисенсорных стимулов, такими как мигрень, посттравматическое стрессовое расстройство и расстройство аутистического спектра.

«Мы еще не проверяли это, но мигрень также может активировать эти нейроны CGRP в таламусе и стволе мозга», — говорит соавтор Сукдже Джошуа Канг, научный сотрудник лаборатории Хана. «Препараты, которые блокируют CGRP, использовались для лечения мигрени, поэтому я надеюсь, что наше исследование может стать отправной точкой для использования этого вида лекарств для облегчения воспоминаний об угрозах при посттравматическом стрессовом расстройстве или сенсорной гиперчувствительности при аутизме».

Среди других авторов были Мао Е, Донг-Ил Ким, Джеральд М. Пао и Куо-Фен Ли из Солка; Брайан А. Копитс из Вашингтонского университета в Сент-Луисе; Бенджамин З. Робертс из Калифорнийского университета в Сан-Диего; и Майкл Р. Бручас из Вашингтонского университета.

Работа была частично поддержана Национальным институтом психического здоровья (1R01MH116203; 1R01MH111520; R01MH112355), Инициативой по исследованию аутизма Фонда Саймонса (награда SFARI «Мост к независимости» № 388708), специальной премией Солка «Женщины и наука», Фондом Мэри К. Чепмен и Фонд Джесси и Кэрил Филипс.

DOI: 10.1016 / j.celrep.2022.111222