Как происходит калибровка страха в мозгу

В Иерусалиме между знаменитым храмом Гроба Господня и одной из башен городской цитадели, что у западных Яффских ворот, находится Амигдалон, название которого можно перевести как «миндальный». В мозге тоже есть своя миндалина – Amygdala, клетки ее контролируют эмоции, одной из которых является страх.

Страх является одним из самых мощных инстинктов, то есть мозговой реакцией, заложенной в геноме. Непреодолимый страх перед ночными кошмарами привел к Фрейду и его учителю Брейеру девушку, которая не могла забыть отцовского надругательства. Идея витала в воздухе и, подхваченная русским физиологом, академиком Иваном Павловым, легла в основу примененного им метода «кондиционированных» рефлексов.

Чуть более 10 лет назад ученые из Стэнфордского университета предложили «подсветить» нервные клетки с помощью бактериальных протеинов, реагирующих на свет лазера открытием ионных помп-каналов. В полном соответствии с законами клеточной биологии изменение ионной проводимости приводит к повышению нейронной активности, что, в свою очередь, ведет к смене поведения генетически модифицированных животных.

Оптогенетика несколько раз применялась к «калибровке» страха, благодаря чему эта эмоция легко оцифровывается. Исследователи при этом опирались на изучение реакции клеток миндалины и предлобной коры (PFC – Pre-Frontal Cortex). Первая лежит у внутренней поверхности височной доли в соседстве с извилиной морского конька – гиппокампом, клетки которого необходимы для формирования оперативной памяти. Если информация оказывается важной и полезной, то во сне происходит ее консолидация и перевод в разряд долговременной (в старости формирование и консолидация нарушаются, поэтому пожилые люди легко вспоминают свои детские и юношеские впечатления). Сейчас уже научились с помощью флюоресцентных белков выявлять связь миндалины с PFC.

Слежение за процессом сменилось возможностью управления эмоцией, активируя и подавляя память о неприятном опыте. Последний откладывается в клетках энграммы благодаря возбуждающей глютаминовой аминокислоте, улавливаемой белковым рецептором в мембране-оболочке нейрона. Выработкой двигательной памяти (навыков) «заведует» допамин, при нехватке которого возникает болезнь Паркинсона. Сотрудники Университета Дьюка в г. Дарем подсадили на поверхность нервных клеток, регулирующих мышечные сокращения, бактериальный протеин, улавливающий лекарство, которое подавляет активность рецепторов глютаминовой кислоты. В результате было достигнуто увеличение концентрации лекарственных молекул в 100 раз, что соответствует возможности уменьшить дозу в то же количество раз.

Но это возможно у мышей. У человека же можно применять генетически модифицированные нейроны, полученные из нервных стволовых клеток (НСК). Проблема, однако, в том, что НСК локализуются в глубине мозга, поэтому единственный выход – репрограммировать клетки кожи. Но при этом некоторые из полученных клеток трансформируются, что приводит к их неудержимому делению. Поэтому в Университете Айовы предложили для управления специализации клеток использовать… графен, хорошо проводящий тепло и электричество. Электрические схемы на нем формировали с помощью обычного струйного принтера.

Увеличение электропроводности в 1000 раз способствовало не только росту клеток в отсутствие дорогостоящих нервных ростовых протеинов-факторов, но и их специализации. Последнюю можно контролировать, меняя силу тока, который при напряжении в 100 милливольт давал объемный рост шванновских клеток, образующих миелиновую оболочку, которая необходима для быстрой нервной проводимости (разрушение миелина ведет к рассеянному склерозу).

В Университете Вашингтона задались вопросом молекулярного контроля эмбрионального развития миндалины, для клеток которой достаточно всего двух белков, включающих считывание генов. Один из них отвечает за инстинкты и спаривание, защиту территории и реакцию на хищника. Второй – за развитие речи. В Вашингтоне выяснили, что два белка клеток миндалины по-разному проявляют себя у самцов и самок мышей, реагирующих на вторжение в их жилища других животных. В ходе опытов ученые подсаживали других самцов в клетки самцов и самок с мышатами, а также без детенышей.

Интересно, что гены двух белков по-разному включались у самок и самцов также во время спаривания. Из этого был сделан вывод, что пара белков является своеобразным переключателем агрессии и размножения. Авторы рассчитывают, что вскоре им удастся получить генетически модифицированных мышей со встроенными в нейроны их миндалин светочувствительными белками (фоторецепторами). А с помощью лазера можно будет менять поведение лабораторных животных. При этом будет интересно выявить и другие поведенческие гены в клетках миндалин, регулирующие их развитие.

Нейробиологи давно подозревают некоторые гены, поскольку их мутации ведут к аутизму у детей и широкому спектру сходных расстройств. Авторы указывают на то, что в связи с половой специфичностью реакции миндалины девочки скрывают проявления аутизма успешнее, чем мальчики.