У мозга нашли кнопку страха

Учёные обнаружили в мозге ранее почти не изученную область, которая помогает поддерживать страх после первоначального сигнала опасности. Исследование опубликовано в журнале Neuron. Речь идёт об амигдалостриарной переходной зоне, или ASt, расположенной между миндалевидным телом — центром обработки эмоций — и стриатумом, участвующим в управлении движениями.

Проблема, которую изучала команда, выглядит почти издевательски простой: мозг должен мгновенно распознать угрозу, но защитное поведение длится гораздо дольше. Исследования 1995 года показали, что нейроны миндалевидного тела реагируют на пугающий звук коротким импульсом продолжительностью всего несколько миллисекунд. В 2002 году учёные выяснили, что сигнал быстро передаётся из миндалевидного тела в соседнюю область ASt. А работа 2009 года подчеркнула парадокс: активность миндалевидного тела почти сразу затухает, тогда как оборонительное поведение животных может продолжаться десятки секунд.

Фергил Миллс, ныне доцент Университета Юты, проводил исследование во время работы в лаборатории Кей М. Тай в Институте биологических исследований Солка. Учёные предположили, что именно ASt может служить своеобразным непрерывным сигналом тревоги.

Сначала исследователи изучили генетические особенности 97 434 отдельных ядер клеток из мозга мышей. Анализ показал, что ASt обладает самостоятельной генетической характеристикой. Около 71% её нейронов оказались Drd2-положительными — они несут рецептор дофамина. Для сравнения, в родственной группе Drd1a-положительных нейронов таких клеток было около 26%.

Затем учёные зарегистрировали электрическую активность нейронов у 15 живых мышей. Животных обучили: один 20-секундный звук предсказывал лёгкий удар током по лапе, другой звук такой же длительности — сладкую жидкость. Нейроны ASt резко реагировали на сигнал, связанный с угрозой, и продолжали работать все 20 секунд. Чем сильнее мышь замирала или проявляла другое защитное поведение, тем выше была активность ASt: в наиболее выраженных случаях она превышала показатели слабой реакции более чем втрое.

Чтобы проверить причинную роль области, исследователи применили оптогенетику — метод, позволяющий включать и выключать определённые нейроны с помощью света. У 18 генетически модифицированных мышей активация ASt синим лазером немедленно вызывала оцепенение. Когда лазер был связан с одной стороной вольера, животные начинали избегать этой части.

Отдельно проверили два типа клеток на 35 дополнительных мышах. Включение Drd2-положительных нейронов вызывало замирание и избегание, а стимуляция Drd1a-положительных клеток заметного эффекта не давала. Тест с вращающимся стержнем показал, что животные не теряли способность двигаться: они именно демонстрировали защитную реакцию.

Миниатюрные микроскопы, закреплённые на головах 15 мышей, подтвердили: Drd2-положительные нейроны сохраняли высокую активность на протяжении всего угрожающего звука. Когда эти клетки, напротив, подавляли у 21 мыши, защитное поведение — замирание и резкие броски — сокращалось почти на 50%. Реакции на сладкую награду и обычная двигательная активность при этом не менялись.

Таким образом, ASt не просто сопровождает страх, а заметно участвует в его формировании. При этом область реагировала на конкретный предупреждающий звук, но не активировалась в месте, которое мыши связывали с неприятным опытом. Это может означать, что ASt отвечает прежде всего за страх, вызванный сенсорным сигналом, а не за более общий страх перед обстановкой.

Учёные подчёркивают: результаты не отменяют роль миндалевидного тела. Вероятнее всего, обе структуры работают в одной цепи: миндалевидное тело быстро распознаёт угрозу, а ASt поддерживает оборонительное состояние. Однако эксперименты проводились только на мышах, с одним видом угрозы и одной наградой, поэтому переносить выводы непосредственно на людей пока нельзя.

Следующий этап — выяснить, как ASt взаимодействует с миндалевидным телом у человека и связана ли эта цепь с тревожными расстройствами и посттравматическим стрессовым расстройством. При таких состояниях страх может становиться чрезмерно длительным, распространяться на безопасные ситуации или возникать без явной причины. Авторы исследования считают, что понимание механизма поддержания страха может помочь в поиске новых способов лечения. Работа получила название «Нейроны амигдалостриарной переходной зоны кодируют устойчивые реакции на сигналы и направляют защитное поведение».