Исследователи из Медицинской школы Стэнфордского университета определили два соседних кластера нервных клеток в мозгу мышей, уровни активации которых при обнаружении визуальной угрозы определяют разницу между робкой и смелой или даже яростной реакцией.
Эти кластеры или ядра, расположенные прямо в центре мозга, отправляют сигналы в разные области мозга, вызывая противоположное поведение перед лицом визуальной угрозы. Выборочно изменяя уровни активации двух ядер, исследователи могли заставить мышей замерзнуть или нырнуть в укрытие, или агрессивно стоять на своем, когда к нему приближается симулированный хищник.
«Человеческий мозг, вероятно, обладает эквивалентной схемой», – сказал Эндрю Хуберман, доктор философии, доцент нейробиологии и офтальмологии. Таким образом, поиск способов неинвазивного изменения баланса между сигнальной силой двух ядер до или в середине ситуаций, которые люди воспринимают как угрожающие, может помочь людям с чрезмерной тревогой, фобиями или посттравматическим стрессовым расстройством вести себя более нормально. жизни.
"Это открывает дверь для будущей работы над тем, как вывести нас от паралича и страха к способности противостоять вызовам способами, которые сделают нашу жизнь лучше," сказал Хуберман, старший автор статьи, описывающей экспериментальные результаты. Он будет опубликован в Интернете 2 мая в журнале Nature. Аспирант Линдси Салай – ведущий автор.
Опасная жизнь мыши
В мире мыши существует множество реальных угроз, и грызуны эволюционировали, чтобы бороться с этими угрозами как можно лучше. Например, они от природы боятся воздушных хищников, например, нападающих на них ястреба или совы. Когда мышь в открытом поле замечает хищника над головой, она должна за доли секунды принять решение либо замерзнуть, что затрудняет обнаружение хищником; нырнуть в укрытие, если оно есть; или бежать за свою жизнь.
Чтобы узнать, как меняется активность мозга перед лицом такой визуальной угрозы, Салай смоделировал приближение надвигающегося хищника, используя сценарий, разработанный несколько лет назад нейробиологом Мелисом Йилмазом Балбаном, доктором философии, ныне докторантом в лаборатории Хубермана. Он включает в себя камеру размером с аквариум на 20 галлонов, с видеоэкраном, закрывающим большую часть его потолка. На этом верхнем экране может отображаться расширяющийся черный диск, имитирующий воздушное приближение хищной птицы.
Поиск областей мозга, которые были более активными у мышей, подвергшихся этому "надвигающийся хищник" чем у мышей, не подвергавшихся воздействию, Салай обнаружил структуру, называемую вентральным таламусом средней линии, или vMT.
Салай сопоставил входы и выходы vMT и обнаружил, что он получает сенсорные сигналы и входы от областей мозга, которые регистрируют внутренние состояния мозга, такие как уровни возбуждения. Но в отличие от широких входных данных, которые получает vMT, его конечные точки вывода были в высшей степени избирательными. Ученые проследили эти результаты до двух основных направлений: базолатеральной миндалины и медиальной префронтальной коры. Предыдущая работа связала миндалевидное тело с обработкой обнаружения угрозы и страха, а медиальная префронтальная кора головного мозга связана с исполнительными функциями высокого уровня и тревогой.
Дальнейшее исследование показало, что нервный тракт, ведущий к базолатеральной миндалине, исходит из кластера нервных клеток в vMT, называемого мечевидным ядром. Исследователи выяснили, что тракт, ведущий к медиальной префронтальной коре, происходит из кластера, называемого ядром reuniens, которое плотно охватывает мечевидное ядро.
Затем исследователи выборочно модифицировали определенные наборы нервных клеток в мозгу мышей, чтобы они могли стимулировать или ингибировать передачу сигналов в этих двух нервных путях. Исключительно стимулирующая мечевидная активность заметно увеличивала склонность мышей к замиранию на месте в присутствии предполагаемого воздушного хищника. Исключительное усиление активности в тракте, идущем от ядра reuniens к медиальной префронтальной коре у мышей, подвергшихся воздействию стимула надвигающегося хищника, радикально усилило реакцию, редко наблюдаемую в подобных условиях в дикой природе или в предыдущих экспериментах в открытом поле: мыши стояли на своем прямо в открытую, и тряслись хвостами, действие, обычно связанное с агрессией у видов.
Этот "смелый" поведение было безошибочным и громким, сказал Хуберман. "Вы могли слышать, как их хвосты ударяются о стенку камеры. Это то же самое, что хлопать и бить себя в грудь со словами: “ Хорошо, давай сражаться ”!’" Мыши, у которых стимулировалось ядро reuniens, также больше бегали по открытому пространству камеры, а не просто бегали в укромные места. Но это было не потому, что стимуляция ядра reuniens засунула муравьев в штаны; в отсутствие смоделированного надвигающегося хищника те же самые мыши просто расслабились.
В другом эксперименте исследователи показали, что стимуляция ядра мыши воссоединяется в течение 30 секунд перед отображением "надвигающийся хищник" вызывали такое же усиление хрипов хвостом и бега в незащищенной части камеры, как и стимуляция vMT, выполняемая одновременно с дисплеем. Это говорит о том, сказал Хуберман, что стимуляция нервных клеток, ведущих от воссоединения ядер к префронтальной коре, вызывает сдвиг во внутреннем состоянии мозга, заставляя мышей действовать более смело.
Другой эксперимент выявил вероятную природу этого сдвига внутреннего состояния: возбуждение вегетативной нервной системы, которая запускает борьбу, бегство или реакцию остановки. Стимуляция либо vMT в целом, либо только воссоединения ядра увеличивала диаметр зрачка у мышей – хороший показатель вегетативного возбуждения.
При многократном знакомстве с макетом надвигающегося хищника мыши привыкли. Их спонтанное срабатывание vMT уменьшилось, как и их поведенческие реакции. Это коррелирует с пониженным уровнем вегетативного возбуждения.
По словам Хубермана, человеческий мозг имеет структуру, эквивалентную vMT. Он предположил, что у людей с фобиями, постоянным беспокойством или посттравматическим стрессовым расстройством неисправная электрическая схема или травматические эпизоды могут препятствовать прекращению передачи сигналов vMT при повторном воздействии ситуации, вызывающей стресс. В других экспериментах его группа сейчас изучает эффективность техник, таких как глубокое дыхание и расслабление визуальной фиксации, в регулировании состояния возбуждения людей, страдающих этими проблемами. Считается, что уменьшение передачи сигналов vMT у таких людей или изменение баланса силы сигналов от их человеческих эквивалентов мечевидного ядра и ядра воссоединения может повысить их гибкость в борьбе со стрессом.