Психолог в интернете Новости наук о человеке и психологическая помощь. Сайт психолога Андрея Гаврилова.
Новое исследование показало, как синхронизируются различные области мозга, связывая воспоминание о пугающем событии с вызванной им физической реакцией. Открытие подчеркивает механизм взаимодействия между двумя сторонами гиппокампа во время обучения страху, когда группы нервных клеток координируют свои импульсные реакции. Результаты исследования опубликованы в журнале Труды национальной академии наук (PNAS).
Исследования исторически делили гиппокамп на две функциональные половины. Верхняя половина, известная как дорсальная область, обычно ассоциировалась с отображением физического пространства и запоминанием контекста. Считалось, что нижняя половина, называемая вентральной областью, отвечает за эмоциональную обработку и тревожные состояния.
Эти две разные роли необходимы, когда животное учится бояться определенной угрозы. Мозг должен кодировать эмоциональную значимость опасности, одновременно запоминая обстановку, в которой она возникла.
Исследователи только недавно начали задаваться вопросом, как эти две разные половины взаимодействуют, чтобы сформировать целостную память о страхе.
Марко Н. Помпили, нейробиолог из Университета Экс-Марсель, руководил исследованием вместе с коллегами Ноэ Хаму и Сидни И. Винером из Коллеж де Франс. Команда поставила перед собой задачу напрямую сравнить электрическую активность в обеих половинах гиппокампа крысы. Они хотели выяснить, могут ли эти две области объединять свои специфические способности в моменты стресса и если да, то как именно.
Для исследования этого явления ученые непрерывно наблюдали за отдельными нервными клетками у четырех самцов крыс. На животных было надето специальное устройство, состоящее из десятков микроскопических скрученных проводов. Эти провода были достаточно тонкими, чтобы улавливать слабые электрические импульсы от отдельных нейронов, не повреждая окружающие ткани мозга.
До начала каких-либо негативных событий крысы провели два дня, исследуя вольеры для тестирования. Они слышали звуковые сигналы без каких-либо негативных последствий. На этом этапе привыкания были определены базовые показатели как их физических движений, так и стандартной мозговой активности.
На этом раннем этапе животные время от времени останавливались и отдыхали. Исследователи отметили, что такое состояние покоя физически напоминало замирание от испуга. Регистрируя базовую нейронную активность во время настоящего отдыха, исследователи смогли отличить ее от активности мозга, возникающей при неподдельном страхе.
Фактическая фаза обучения проходила в специально отведенном квадратном ящике. Исследователи включали для крыс предупреждающий звуковой сигнал, за которым сразу же следовал легкий удар электрическим током. Животные быстро связали звук с неприятным ощущением.
В ответ на эту связь крысы начали демонстрировать защитное поведение, называемое замиранием.
Замирание – это эволюционная реакция, при которой животное остается полностью неподвижным, что служит биологическим индикатором выражения страха.
Во время эксперимента команде пришлось учитывать влияние базовых движений на сигналы мозга. Известно, что дорсальный гиппокамп меняет частоту своих импульсов в зависимости от скорости передвижения животного. Чтобы убедиться в точности полученных результатов, исследовательская группа использовала математические формулы для вычитания любых изменений в активности нервных клеток, вызванных просто колебаниями скорости ходьбы..
После того, как были отфильтрованы эффекты обычного движения, проявились уникальные реакции на формирование условного рефлекса страха. По мере того как крысы учились предвидеть удар током, активность их мозга смещалась по всему гиппокампу. В вентральной области нервные клетки начинали быстро возбуждаться в ответ на предупреждающий сигнал.
Повышенная активность подтвердила традиционные представления о нижней части гиппокампа. Вентральная область обрабатывает эмоциональную составляющую усвоенной угрозы, активно реагируя на сигнал, предвещающий боль.
Однако дорсальная область гиппокампа дала неожиданный результат. Нервные клетки в этой верхней области сильно изменяли свою активность в те моменты, когда крысы замирали от страха. Нейроны значительно снижали частоту своих импульсов во время этого физического проявления ужаса, выступая в качестве прямого зеркала поведенческого состояния.
Это открытие бросает вызов старым моделям функционирования мозга, поскольку показывает, что дорсальный гиппокамп – это не просто пространственная карта. Он активно отражает физическое состояние, связанное с выражением страха, непосредственно реагируя на поведенческую реальность животного. Таким образом, он дает более полное представление о состоянии животного, чем считалось ранее.
Самое поразительное открытие произошло, когда исследователи изучили, как эти две области взаимодействуют друг с другом.
Они выявили плотные группы нейронов, которые синхронно активировались как в верхней, так и в нижней части гиппокампа. Такие синхронные группы нейронов называются клеточными ансамблями.
Для обнаружения этих клеточных скоплений команда использовала сложные математические алгоритмы, аналогичные инструментам, предназначенным для выделения отдельных голосов в переполненной комнате. Это позволило им обнаружить слабые паттерны синхронной активности, скрытые в шуме сотен активных клеток мозга. Алгоритмы успешно отобрали группы нейронов, которые постоянно активизировались в унисон.
Эти смешанные нейронные ансамбли служили кратковременными мостиками между двумя различными областями мозга. Они содержали вентральные нервные клетки, реагирующие на предупреждающий сигнал, наряду с дорсальными нервными клетками, реагирующими на замирание. Срабатывая одновременно в одну и ту же миллисекунду, эти отдельные клетки создавали единую нейронную сеть мозга.
Такая смешанный ансамбль теоретически может связать эмоциональную память об угрозе с требуемой ею физической реакцией. Исследователи предполагают, что этот связующий механизм позволяет мозгу создавать многогранную запись о пугающем опыте. Мозг может координировать то, что произошло, эмоциональную значимость события и то, что сделало тело, чтобы выжить.
Мозг должен быстро связать распознавание угрозы с физическим состоянием, необходимым для защиты. Скоординированная активность этих смешанных клеточных ансамблей обеспечивает биологический путь для такой быстрой связи.
Это указывает на то, что гиппокамп функционирует как единое целое, а не как два изолированных отдела.
Исследование проводилось исключительно с самцами крыс, что является существенным ограничением. Биологические различия между полами могут влиять на мозговую активность и процессы обучения. Авторы отмечают, что в будущих исследованиях необходимо включить самок грызунов, чтобы подтвердить универсальность этих паттернов синхронизации работы мозга.
Кроме того, наблюдение за синхронизацией этих клеточных ансамблей не доказывает, что они напрямую заставляют животное замирать. Исследователи предполагают, что в будущих экспериментах можно будет искусственно активировать эти синхронизированные клеточные ансамбли с помощью оптогенетики или других инструментов точной стимуляции. Это позволит выяснить, просто ли эти ансамбли регистрируют переживание страха или активно управляют физическим поведением животного.
в Telegram, ВКонтакте или в MAX
Помощь психолога
