Ученые разобрались в работе «тревожных» нейронов

Американские исследователи изучили, как нейроны миндалевидного тела, экспрессирующие гормон соматостатин, влияют на появление тревожного расстройства у мышей. Для этого они удалили ген, отвечающий за экспрессию этих нейронов, и обнаружили, что ранее ингбирующие нейроны повысили активность нейронов периферических отделов при помощи опиоидного пептида денорфина, тем самым вызывая повышенную тревожность. Статья опубликована в The Journal of Neuroscience.

Воздействие угрожающих стимулов может вызвать два состояния: страх и тревожность. И если страх зачастую — кратковременное эмоциональное состояние, возникающее из-за реальной угрозы, то тревожность — куда более комплексное психическое состояние, проявляющееся и в отсутствии каких-либо заметных внешних причин. Несмотря на свои различия, страх и тревожность зачастую появляются (и действуют), дополняя друг друга: постоянное воздействие устрашающих стимулов вызывает тревожность, а тревожные состояния могут усилить отрицательную реакцию на эти и другие стимулы.

Главным отделом головного мозга, отвечающим за реакцию на отрицательные эмоциональные стимулы, считается миндалевидное тело — небольшой билатеральный участок белого вещества височных долей. Нейроны разных частей миндалевидного тела, тем не менее, отвечают за разные составляющие такой реакции, в том числе — за обучение избегания отрицательных стимулов и поведение в тревожном состоянии. 

Несмотря на участие в разных механизмах обработки устрашающих стимулов, эти участки связаны функционально, в частности — проекцией нейронов, экспрессирующих гормон гипоталамуса соматостатин (SOM⁺-нейронов), играющий большую роль в реакции на воздействие устрашающих стимулов. Именно его роль в регуляции тревожности решили проверить ученые из частной Лаборатории в Колд-Спринг-Харбор (США), возглавляемые Сандрой Аренс (Sandra Ahrens). Они вывели мышей с  удаленным геном Erbb4, который кодирует мембранный белок ErbB-4, отвечающий за экспрессию SOM⁺-нейронов и связанный с появлением таких психических заболеваний, как биполярное расстройство и шизофрения.

Чтобы проверить уровень тревожности ГМ-мышей по сравнению с их сородичами, ученые провели два классических эксперимента с использованием открытого поля и приподнятого плюсовидного лабиринта. В первом эксперименте мышей выводят на площадку и дают им ее исследовать в течение определенного времени; экспериментатор следит за поведением мыши: как много времени она проводит в неподвижном состоянии, сидит ли она в углу и сколько времени исследует лабиринт. Мыши с тревожностью предпочитают сидеть в углу лабиринта и не выходить на разведку. Во втором эксперименте используется перекрестный лабиринт с двумя типами рукавов: открытыми и закрытыми. Мышь выпускают в середину лабиринта, при этом стенд приподнимают над поверхностью и следят за поведением подопытных. Беспокойные мыши предпочитают оставаться в закрытых рукавах (считается, что из страха упасть), в то время как нормальные грызуны исследуют все пространство. С помощью экспериментов ученым удалось показать повышенную тревожность ГМ-мышей: в плюсовидном лабиринте, например, они проводили в четыре раза меньше времени в открытых рукавах, чем их сородичи.

Далее в область экспрессии SOM⁺-нейронов в мозге здоровых мышей встроили каналродопсины — специальные светорегулируемые опсины, внедряемые в мембрану клетки и активирующие ее под воздействием света с определенной длиной волны (в случае каналродопсина — 470 мн, что примерно соответствует синему). Мыши с активированными SOM⁺-нейронами также показывали повышенную тревожность при выполнении заданий в лабиринте и открытом поле.

Механизм подобной регуляции тревожности, по мнению ученых, заключается в следующем. В нормальном состоянии активация SOM⁺-нейронов в средней части миндалевидного тела приводит к ингибированию прилежащих отделов при помощи активирования ГАМК-ергических нейронов. Повышенная активация в ГМ-мышах и мышах, работа нейронов которых была настроена при помощи света, привела к повышению экспрессии опиоидного пептида денорфина, который снизил ингибирование и вызвал повышенную тревожность. Результаты, таким образом, указывают на важную роль, которую играют SOM⁺-нейроны в регуляции тревожности и связанных с ними паттернов поведения.

На модельных организмах биологи изучают не только механизм возникновения страха и тревожности, но и способы избавления от них. Например, два года назад команда китайских биологов помогла мышам быстрее избавиться от страха с помощью пересадки в их мозг эмбриональных нейронов, а ученые из Орегонского университета избавили грызунов от тревожности, заставив их мозг «медитировать» с помощью стимуляции.

Елизавета Ивтушок