В течение жизни люди и другие животные обычно учатся избегать ситуаций и стимулов, которые опасны или воспринимаются как угрожающие. Прошлые исследования нейронауки собрали доказательства, предполагающие, что медиальная префронтальная кора (mPFC), область мозга, которая играет ключевую роль в обучении и принятии решений, также вносит вклад в эти усвоенные реакции на угрозу.
Учёные из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе (UCLA) недавно провели исследование, направленное на лучшее понимание того, как постепенное укрепление нейронных связей в процессе развития мозга влияет на изменения в реакциях на угрозу у мышей.
Результаты их исследований, опубликованные в журнале Nature Neuroscience , показали, что в процессе развития мозга происходят критические переходы , которые изменяют взаимодействие mPFC с прилежащим ядром (NAc) и базолатеральной миндалевидной железой (BLA) — двумя областями мозга, участвующими в обучении, связанном с угрозами и эмоциями.
«Наше исследование началось, когда мы заметили ключевой пробел в нашем понимании того, как развиваются нейронные цепи в лимбической системе — эмоциональных центрах мозга», — рассказала Medical Xpress Лора ДеНардо, старший автор статьи. «Дисфункция в этих системах способствует возникновению тревожности, расстройств настроения и расстройств, связанных с употреблением психоактивных веществ , которые часто возникают в подростковом возрасте».
Прошлые психологические исследования последовательно показывали, что неблагоприятный опыт в детстве, такой как хронический стресс или травматические события, может увеличить риск развития различных расстройств психического здоровья, включая употребление наркотиков, тревожность и расстройства настроения. Однако большинство исследований, изучающих вклад невзгод раннего периода жизни в эти расстройства, проводились на взрослых популяциях.
«Связи между ранними невзгодами и плохим психическим здоровьем в подростковом и взрослом возрасте, таким образом, не очень хорошо изучены, особенно на уровне синапсов, клеток и цепей», — сказал ДеНардо. «Чтобы понять, как факторы риска, такие как стресс в раннем возрасте, влияют на психическое здоровье, нам необходимо базовое понимание последовательностей развития, которые формируют созревание лимбической системы.
«Эти знания дадут основу для понимания того, как различные формы невзгод раннего периода жизни — различающиеся по природе, тяжести и времени — изменяют траектории развития лимбической системы , что может привести к различным расстройствам психического здоровья».
В рамках своего недавнего исследования ДеНардо и её коллеги приступили к изучению развивающегося мозга мышей, используя различные экспериментальные методы. Во-первых, они создали новый поведенческий анализ (т. е. задачу), который предназначен для моделирования поведения повышенного риска у мышей-подростков.
«В этом тесте мыши научились избегать сигнализированной угрозы, заходя на безопасную платформу», — объяснил ДеНардо. «Мы обнаружили, что как молодые, так и юные мыши демонстрировали более низкие уровни избегания угрозы по сравнению со взрослыми особями, что соответствует тому, что наблюдалось у людей».
Затем исследователи доставили молекулы в мозг мышей, используя методы вирусной экспрессии. Эти молекулы позволили им отслеживать и манипулировать нейронной активностью животных, когда они выполняли поведенческую задачу.
Они использовали технику, называемую волоконной фотометрией, которая позволяет нейробиологам отслеживать активность нейронов в мозге живых животных. С помощью этой техники они специально измерили активность в трёх основных областях мозга, которые, как известно, связаны с эмоциональной регуляцией и обучением на основе страха: PFC, NAc и BLA.
«Мы обнаружили, что в mPFC сигналы, которые предсказывали надвигающуюся угрозу, а также безопасные места, были сильнее закодированы у взрослых», — сказал ДеНардо. «Напротив, связанные с поведением паттерны активности в NAc и BLA были более схожи между возрастными группами, что предполагает, что эти регионы развиваются быстрее. Затем мы использовали оптогенетику для точной манипуляции активностью в нисходящих путях mPFC во время предъявления сигналов, предсказывающих угрозу».
Настраивая активность нейронов в этих путях mPFC вверх или вниз с помощью оптогенетических инструментов, исследователи наблюдали отличительные связи между активностью в определенных путях и избегающим поведением животных в разных возрастных группах. Кроме того, они пытались лучше понять, как пути mPFC взаимодействуют с определенными типами клеток в NAc и BLA на каждой стадии развития, сочетая оптогенетические инструменты с немедленным ранним окрашиванием генов (т. е. методом маркировки нейронов, которые недавно были активны).
«Популярные модели развития мозга у подростков предполагают, что слабый префронтальный контроль NAc и BLA способствует более рискованному поведению у молодых людей», — сказал ДеНардо. «Затем постепенное усиление контроля сверху вниз в конечном итоге позволяет появиться поведенческим репертуарам взрослых».
«Изучая развитие нисходящих путей mPFC с синаптической и клеточной точностью, а также напрямую сравнивая сроки развития путей mPFC-NAc и mPFC-BLA, мы обнаружили, что, хотя синаптическое усиление происходит в процессе развития, некоторые изменения носят прерывистый, а не постепенный характер».
Результаты, собранные ДеНардо и её коллегами, показывают, что даже если синапсы постепенно становятся сильнее по мере развития мышей, они также могут претерпевать внезапные сдвиги. Например, они обнаружили, что в то время как синапсы mPFC-NAc постепенно увеличиваются в силе, сила синапсов mPFC-BLA остается стабильной, и этот путь, по-видимому, претерпевает изменения только во взрослом возрасте.
«Более того, пути mPFC преимущественно соединяются с различными поведенчески значимыми типами клеток в NAc и BLA на ювенильной, подростковой и взрослой стадиях», — сказал ДеНардо. «В результате пути mPFC имеют различные поведенческие функции в каждой возрастной группе. Таким образом, мы обнаружили, что гетерогенные временные линии в синаптическом созревании двух путей формируют поведенческие репертуары, позволяя людям оптимально адаптироваться к возрастным проблемам».
Это недавнее исследование проливает новый свет на сложные нейронные процессы, лежащие в основе обучения избегающему поведению на протяжении развития. В будущем они могут проложить путь для дальнейших исследований, изучающих адаптацию нейронных путей, связанных с эмоциональным обучением в ответ на неблагоприятный жизненный опыт.
«В настоящее время мы работаем над новым исследованием, изучающим, как стресс в раннем возрасте влияет на развитие пути mPFC-BLA и на поведение избегания угроз в подростковом возрасте», — добавил Денардо.
Контакты, администрация и авторы
