Un comutator neuronal pentru frica Understand article

Tradus de Nanus Alexandru-Mihai, Patrascu Radu, Ciubancan Damian, Gabriela Badea; Colegiul National Ion Luca Caragiale-Bucuresti. Cand ceva ne sperie, ar trebui sa inghetam de frica, sau sa investigam? Sarah Stanley descrie cum oamenii de stiinta din Laboratorul European de Biologie Moleculara…

Pentru imagine, multumim
EMBL photolab

Fuga, bataie sau panica? Pentru un animal care se lupta cu frica, aceasta este intrebarea esentiala. Raspunsul de obicei depinde de amigdala cerebrala – un important centru de reactie la emotie amplasat adânc în creier. Atat la oameni cat si la soareci, acest lucru influenteaza comportamentul la anumite tipuri de frica, si ajuta la formarea de amintiri de lunga durata si experiente legate de frica. Cu toate acestea, se stie foarte putin despre modul in care celulele din amigdala cerebrala comunica cu celelalte celule din creier pentru a produce comportamente

Un studiu recent promite sa micsoreze lipsurile in cunostintele din acest domeniu datorita muncii inovatoare a oamenilor de stiinta din Laboratorul European de Biologie Molecularaw1 (EMBL) din Monterotondo, Italia, si GlaxoSmithKlinew2 din Verona, Italia. Oamenii de stiinta se concentreaza asupra unuia dintre diferitele tipuri de frica produse de amigdala. Ei au folosit tehnici noi pentru a intelege interactiunile dintre zonele creierului implicate in reactiile specifice acelui tip de frica. In cadrul activitatii lor, ei au identificat un intrerupator care comuta intre doua tipuri diferite de reactii la fuga: inghetarea si, in mod surprinzator ca o alternativa la fuga, bataia si incremenirea, optiuni cunoscute ca evaluare activa a riscului. Acest raspuns activ implica comportamente precum cultivarea plantelor, sapatul si explorarea.

Soarecii obisnuiti sa asocieze un ton cu un soc incomod de obicei ingheata de frica auzind sunetul, chiar daca nu este acompaniat de disconfort. Neuronii numiti celule de tipul 1, care se afla in amigdala cerebrala, sunt responsabili pentru raspunsul la inghetare. Cand celulele de tipul 1 sunt impiedicate sa trimita semnale catre alte celule, soarecii nu mai ingheata de frica. Dar se pare ca neuronii de tipul 1sunt mai mult decat un buton de pornire/oprire.

Într-o abordare inovatoare care utilizează atât farmacologia cat si genetica, oamenii de stiinta din Laboratorul European de Biologie Moleculara fac experimente pe soareci astfel incat celulele de tipul 1 pot fi inactivate fara perturbarea celorlalte celule. Soarecii au fost facuti sa produca proteine sensibile la anumite medicamente/droguri (receptori) , exclusiv în celulele lor de tipul 1. Cand soarecii au fost injectati cu acea substanta, aceasta a obligat receptorii sa opreasca reactiile chimice care au oprit la randul lor incarcarea electrica a celulelor. Astfel, acesti neuroni nu mai pot trimite semnale electrice catre regiunile periferice ale creierului.

Cornelius Gross
Pentru imagine, multumim
EMBL Photolab

Înainte de tratamentul cu acest medicament, soarecii au fost condiţionaţi să se teama de un anumit ton. Dupa ce celulele lor de tipul 1 au fost blocate, s-a observat si analizat comportamentul lor la tonul respectiv.

“Cand am inhibat acesti neuroni, nu am fost surprins sa vad ca soarecii s-au oprit din incremenire pentru ca incremenirea este ceea ce amigdala cerebrala trebuia sa faca (sa controleze). Dar am fost foarte surprinsi cand acestia au facut in schimb o multime de alte lucruri, cum ar fi intoarcerea spatelui şi alte reactii de evaluare a riscului, ” spune Cornelius Gross, cel care a condus cercetarea la EMBL. „Se pare ca noi nu blocam frica, ci doar schimbam raspunsul lor de la unul pasiv la unul activ. Aceasta nu este de loc ceea ce credeam ca trebuia sa faca acea parte din amigdala.”

Pentru imagine, multumim
EMBL Photolab

Pentru a înţelege mai bine conexiunile dintre celulele creierului – circuitele neuronale – implicate în trecerea de la reactia pasiva la cea activa privitoare la frica, oamenii de stiinta au observat activitatea din diferite regiuni ale creierului folosind un tip de scanare a creierului numita imagistica prin rezonanta magnetica functionala (fMRI). La animale mici ca soarecii, fMRI masoara volumul local de sange, ca un indicator al activitatii creierului: cu cat este mai mult sange intr-o anumita arie a creierului, cu atat mai activi sunti acei neuroni.Acest studiu marcheaza prima utilizare a fMRI pentru a vedea circuitele neuronale la soareci, utilizand o noua tehnica dezvoltata de omul de stiinta Angelo Bifone si echipa sa de la GlaxoSmithKline.

Scanarea creierului a aratat un alt rezultat neaşteptat. Oamenii de stiinta crezusera anterior ca amigdala cerebrala gestiona comportamentele de frica pur şi simplu prin retransmiterea de informaţii la trunchiul cerebral, care leaga creierul de maduva spinarii. Dar Cornelius, Angelo şi colegii lor au descoperit ca la soarecii cu celulele de tipul 1 blocate, stratul exterior al creierului – cortexul – a fost extrem de activ, indicând că acesta joacă de asemenea un rol important in determinarea reactiei soarecilor la frica. A fost observata de asemenea activitate cerebrala într-o regiune a creierului numita forebrain colinergic bazal, despre care se stie ca influenţeaza activitatea cortexului.

Ca la toate scanarile creierului, fMRI necesita ca subiectul sa ramana nemiscat, astfel incat testul a putut fi efectuat numai pe soarecii care au fost anesteziati. Dar oamenii de stiinta au vrut să confirme asocierea dintre comportamentele cortexului şi teama la şoarecii conştienti. Deoarece nu au putut observa activitatea creierului in timp ce soarecii erau treji si prin urmare capabili sa arate un comportament de teama, oamenii de stiinta au avut o abordare diferita. Ei au folosit o substanta numita atropina pentru a bloca activitatea în celulele de tip 1 ale soarecilor, şi au constatat că animalele nu mai manifesta nici o reactie de evaluare a pericolului.

Drept urmare, oamenii de stiinta au dedus ca amigdala cerebrala inhiba in mod normal zona forebrain bazal colinergic, în timp ce trimite semnale trunchiului cerebral pentru a controla răspunsul fricii pasive: panica (vezi imaginea de mai jos, A). Cu toate aceste, cand neuronii de tipul 1 sunt blocati, amigdala mentine presiunea pe „forebrain bazal colinergic’’ , ceea ce conduce la activitatea cortexului si la o reactie activa la frica: aceea de evaluare a riscului (vezi imaginea de mai jos, B).

Cand soarecii aud un sunet pe care au fost antrenati sa il asocieze cu un soc incomod, amigdalacerebrala este activata si trimite informatii catre trunchiul cerebral facand animalul sa inghete (panica) (A)
Pentru imagine, multumim Nicola Graf, Cornelius Gross si Marlene Rau

Cu toate acestea, la soarecii la care neuronii de tipul 1au fost dezactivati, acesti neuroni nu mai suprima activitatea celulelor inconjuratoare de tip II din amigdala. Tipul 2 de neuroni activeaza acum cortexul prin intermediul forebrainului bazal colinergic, blocand inghetul(panica) si producand mai degraba o evaluare a pericolului ( B)
Pentru imagine, multumim Nicola Graf, Cornelius Gross si Marlene Rau

“Aceasta este o demonstratie concludenta a capacitatii circuitelor functionale ale creierului implicate in MRI de a rezolva sarcini complete, cum ar fi procesarea de emotii si de control al raspunsurilor comportamentale’’ , spune Angelo, aflat acum la Institutul Italian de Tehnologie (Italian Institute of Technologyw3) din Pisa.

Luate impreuna, rezultatele din gama de tehnici utilizate pentru a explora raspunsul de incremenire al soarecilor datorat fricii indica faptul ca amigdala joaca un rol mult mai complex in reactia la teama decat se credea anterior. Amigdala nu doar prelucreaza informatiile despre amenintarile externe, ci ia si decizii privitoare la modul de reactie.

Este important sa subliniem ca tipul de frica explorat in acest studiu – teama conditionata de un soc dureros – este foarte specific. Rezultatele nu pot fi aplicate la reactiile la alte tipuri de frica la soareci.

“Exista circuite multiple de teama, paralele care se ocupa de diferite tipuri de frica. De exemplu, o parte a creierului este adesea folosita pentru a procesa teama de un pradator, cum ar fi o pisica, in timp ce o alta parte, de obicei, raspunde la un comportament agresiv al altui soarece” , spune Cornelius. “Ne-am gandit ca exista un circuit simplu de conectare-deconectare la teama, care este fie activ, fie inactiv, dar se pare ca nu este chiar asa.”

De asemenea, oamenii de stiinta nu sunt siguri inca ce folosesc soarecii salbatici in comportamentele de evaluare a riscurilor ca raspunsul la stimulii de pericol. Blocarea celulor de tipul 1 a fost efectuata artificial in acest studiu si probabil ca vor fi sau nu situatii cand neuronii vor fi inhibati natural, conducand soarecele sa se angajeze in comportamente de investigare pentru a invata mai multe despre o amenintare perceputa.

Daca raspunsul activ este gasit la soareci in mod natural, ce tipuri de senzori externi sunt necesari pentru a-l activa? Studiile anterioare au aratat ca animalele situate mai departe de un anumit pericol, cel mai probabil vor inceremeni de frica mai degraba decat sa fuga sau sa se bata. Dar oamenii de stiinta nu pot inca sa spuna daca evaluarea activa a pericolului este in functie de distanta. Cornelius a scos in evidenta faptul ca este important sa nu se considere ca evaluarea pericolului va fi folosita in locul fricii intr-o situatie perceputa ca fiind mai putin amenintatoare.

Cu toate acestea, studiul are implicatii semnificative. Tehnicile de farmacogenetica si MRI utilizate de catre oamenii de stiinta se vor dovedi probabil nepretuite in multe alte studii de circuite neuronale la soareci. Intr-adevar, Cornelius si echipa sa au folosit deja o abordare farmacogenetica pentru a depista celulele care actioneaza ca un declasator pentru o alta regiune a creierului, hipocampusul, transmitand informatii care permit soarecelui evaluarea nivelului adecvat de anxietate intr-o circumstanta neplacuta.

Mai mult, noi oamenii, aratam , de asemenea incremenire si raspunsul de evaluare a pericolului . Avem o regiune in amigdala cerebrala care este analog cu carcasa comutatorului de activ / pasiv de la soareci. Pacientii care au suferit leziuni la acetei regiuni nu sunt in masura sa dezvolte raspunsuri conditionate de frica, desi au reactii normale de teama in alte situatii. Astfel, este probabil ca rezultatele acestui studiu sa se poata aplica direct la om, spune Cornelius.

Desi mai raman multe de descoperit despre modul in care oamenii proceseaza frica in situatii diferite, studiul aduce oamenii de stiinta mai aproape de dezvoltarea mai multor tratamente eficiente pentru boli bazate pe frica, cum ar fi tulburarile de anxietate si tulburarile de stress post – traumatic. Dupa cum s-a exprimat chimista Marie Curie, de doua ori laureata a Premiului Nobel,,Acum este momentul pentru a intelege mai mult, astfel incat sa ne putem teme mai putin. ”

Download

Download this article as a PDF

References

Web References

  • w1 – Pentru a afla mai multe despre Laboratorul European de Biologie Moleculara (EMBL), a se vedea : www.embl.org
  • w2 – Pentru informatii despre GlaxoSmithKline in Verona, Italia, a se vedea: www.gsk.it
  • w3 – Pentru a afla mai multe despre Institutul Italian de Tehnologie, vizitati: www.iit.it

Resources

Institution

EMBL

Author(s)

Sarah Stanley a absolvit biologia la Universitatea din California, Santa Barbara, Statele Unite ale Americii. In momentul scrierii acestui articol, ea era o scriitoare de stiinta stagiara la Laboratorul European de Biologie Moleculara. In prezent, ea este intern stagiar la Discover Magazine.


Review

În acest articol, se realizeaza mai multe experimente cu şoareci ( în care le sunt analizate atât comportamentul cat şi activitatea creierului ) pentru a înţelege detaliile la răspunsul lor la teamă. O astfel de cercetare este foarte importanta pentru a ne imbunatati in totalitate cunostiintele noastre despre modul în care funcţionează creierul uman.

Acest articol poate fi extrem de folositor pentru a oferi studentilor o introducere in modul în care cercetarea se face în laboratoarele ştiinţifice. Profesorii pot sa le spuna elevilor sa citeasca acest articol si apoi sa se gandeasca cum raspund ei la frica, poate chiar sa proiecteze şi sa efectueze un experiment. In plus, elevii se pot gandi la beneficiile legate de evolutie ale acestor reactii pentru stramosii nostri, si cat de folositoare sunt ele in viata moderna. Mai mult, studentii pot incerca sa afle mai multe despre animale cu diferite raspunsuri la frica si sa lege comportamentul acestora de mediul inconjurator.

Utilizarea de tehnici de cercetare noi precum farmacogenetică şi imagistica prin rezonanta magnetica functionala (fMRI) , este, de asemenea, relatata în acest articol. Elevii cu vârsta de 16 ani sau mai mult pot încerca să găsească mai multe informaţii despre modul în care aceste tehnici de lucru functioneaza si importanta lor in cercetari.

În cele din urmă, acest articol ar putea fi, de asemenea, utilizat ca un punct de plecare pentru discutarea cercetarii pe animale. Elevii pot gândi despre modul în care rezultatele obţinute de la animale pot fi aplicate la oameni, şi ei pot discuta, de asemenea, alternativele la testarea pe animale.


Mireia Guell Serra, Spania




License

CC-BY-NC-ND