Quando la paura colpisce: Studio getta nuova luce sul meccanismo del cervello

Quando siamo esposti a stimoli che percepiamo come minacciosi, viene attivato un certo meccanismo neurale che ci permette di imparare la paura. L’amigdala è stata a lungo considerata la chiave di questo processo, ma quale parte di questa regione del cervello è al centro dell’apprendimento della paura?

L’apprendimento della paura è il processo con cui registriamo certi stimoli o situazioni come potenzialmente pericolosi, permettendoci di adattarci ai contesti in cui ci troviamo e preservare la nostra sicurezza se il cervello percepisce una minaccia.

L’aspetto negativo di questo meccanismo è che a volte si ritorce contro, provocando reazioni di lotta, fuga o congelamento a minacce che non esistono nel momento presente. Un disturbo caratterizzato da questo effetto indesiderato è disturbo post-traumatico da stress (PTSD), in cui i ricordi di un evento traumatico riemergono inaspettatamente e innescano una controproducente risposta di lotta, fuga o congelamento.

Una nuova ricerca del Cold Spring Harbor Laboratory di Laurel Hollow, NY, dà uno sguardo più da vicino al meccanismo cerebrale responsabile dell’apprendimento della paura e riconsidera il ruolo dell’amigdala in questo processo.

Il ricercatore principale prof. Bo Li e il suo team hanno condotto una serie di esperimenti sui topi e hanno notato che, sebbene l’amigdala laterale sia sempre stata ritenuta la regione chiave in cui si formano le associazioni di paura, in realtà potrebbe essere l’amigdala centrale ad essere responsabile.

I ricercatori risultati sono stati pubblicati all’inizio di questa settimana nella rivista Natura Neuroscienze.

L’amigdala centrale controlla l’apprendimento della paura

L’amigdala è una parte del cervello tipicamente descritta come la forma di mandorle “gemelle”. Questa regione del cervello è implicata nel comportamento emotivo ed è stata ampiamente studiata in relazione a paura.

Gli scienziati usano spesso apprendimento aversivo – cioè un condizionamento per evitare stimoli sgradevoli, come una lieve scossa elettrica – per studiare il circuito cerebrale responsabile per l’acquisizione di memorie di paura e antipatia.

Finora, la ricerca ha suggerito che il amigdala laterale – che è la regione dell’amigdala che “fiancheggia” il nucleo centrale – è responsabile per stabilire connessioni tra alcuni stimoli e la percezione di un potenziale pericolo.

Nel nuovo studio, il prof. Li e i suoi colleghi hanno condotto esperimenti su topi esposti a stimoli sgradevoli per verificare in quale parte della loro amigdala si formano le associazioni di paura.

Il primo esperimento consisteva nell’infliggere lievi scosse elettriche ai piedi dei topi, dopo di che i ricercatori hanno fotografato sia l’amigdala centrale che quella laterale del cervello degli animali.

Contrariamente a quanto si crede attualmente, le scansioni hanno indicato che il legame tra gli stimoli e la percezione della minaccia è stato stabilito nel nucleo centrale dell’amigdala, piuttosto che nell’amigdala laterale, anche se quest’ultima ha ancora un ruolo nell’apprendimento aversivo.

In questo esperimento, l’amigdala laterale ha svolto un ruolo secondario, funzionando come un canale di uscita per le informazioni stabilite nell’amigdala centrale.

I ricercatori hanno anche bloccato Cellule neuronali PKC-delta, che sono un tipo di neurone che si trova nell’amigdala centrale così chiamato dopo l’enzima proteina chinasi C-delta che esprimono.

Si è notato che i topi le cui cellule neuronali PKC-delta erano state bloccate mostravano un’attività smorzata nell’amigdala laterale, suggerendo che l’apprendimento della paura non aveva origine lì, ma nel nucleo centrale.

Le cellule neurali nell’amigdala centrale possono essere la chiave

In ulteriori esperimenti, il prof. Li e il suo team L’optogenetica – una tecnica che utilizza impulsi di luce per controllare l’attività neurale – per indurre alcuni ricordi avversivi nei topi.

Qui, hanno usato impulsi di luce laser colorata per attivare i neuroni PKC-delta nell’amigdala centrale. “Questo non provoca dolore ai topi, ma a loro non piace – li fa sentire a disagio, proprio come ricevere una lieve scossa li mette a disagio. È il tipo di stimolazione che porta a una memoria avversativa, il tipo da cui si impara”, spiega il Prof. Li.

I topi esposti allo stimolo optogenetico hanno associato il disagio di questa esperienza con la camera della gabbia in cui erano stati sottoposti a questo esperimento. Di conseguenza, gli animali hanno poi evitato di tornare in questa camera; l’hanno collegata a un senso di disagio.

Come il prof. Li spiega che l’esposizione agli impulsi di luce non era effettivamente dolorosa, ma creava l’illusione del dolore a livello neurale.

Questo suggerisce che l’attivazione delle cellule neuronali PKC-delta potrebbe giocare un ruolo centrale nell’apprendimento aversivo.

Se questi risultati saranno confermati da ulteriori ricerche, il prof. Li e i suoi colleghi sperano di poter fornire nuovi percorsi per trattare ansia disturbi come il PTSD.
Lo stress del tuo partner può cambiare il tuo cervello

La maggior parte di noi sa per esperienza che lo stress sembra contagioso; essere intorno a persone stressate spesso ci fa sentire allo stesso modo. Ma anche i nostri cervelli sono colpiti? Se così, come? La nuova ricerca indaga.

È un fatto che stress possono lasciare segni duraturi sul cervello. Per esempio, studi hanno dimostrato che quelli con disturbo post-traumatico da stress (PTSD) perdono volume nel loro ippocampo, o l’area del cervello responsabile dell’apprendimento e della creazione di nuovi ricordi.

Inoltre, sappiamo da prove aneddotiche e dall’esperienza personale che lo stress può essere “trasferito.”

Per esempio, i partner e i parenti dei soldati traumatizzati ha riferito sperimentano anche sintomi di PTSD, nonostante non siano mai stati su un campo di battaglia.

Inoltre, un studio che Notizie mediche oggi ha dimostrato che la semplice osservazione della paura negli altri può ricablare il cervello.

Quindi, il semplice fatto di essere intorno a persone stressate fa sì che anche il nostro cervello cambi? I ricercatori dell’Università di Calgary in Alberta, Canada, hanno deciso di indagare.

Il team è stato guidato dall’autore senior Jaideep Bains, Ph.D., e i risultati sono stati pubblicati sulla rivista Natura Neuroscienze.

Cambiamenti cerebrali ‘identici’ tra partner

Bains e colleghi hanno esaminato gli effetti dello stress sul cervello di topi maschi e femmine, che sono stati accoppiati insieme. I ricercatori hanno preso un topo da ogni coppia, li hanno sottoposti a un lieve livello di stress e poi li hanno restituiti al loro partner.

Poi, hanno esaminato il comportamento di un certo gruppo di neuroni nell’ippocampo. La ricerca ha mostrato che i circuiti neuronali di entrambi i topi che erano stati stressati e quelli che avevano appena osservato lo stress nel loro partner sono cambiati allo stesso modo.

“I neuroni che controllano la risposta del cervello allo stress hanno mostrato cambiamenti nei partner non stressati che erano identici a quelli che abbiamo misurato nei topi stressati”, dice il primo autore dello studio Toni-Lee Sterley.

Inoltre, i ricercatori hanno scoperto che l’attivazione di questo gruppo di neuroni ha indotto gli animali a rilasciare una sostanza chimica che hanno definito “feromone di allarme”.” Gli autori dello studio ipotizzano che lo scopo di tale segnale potrebbe essere che una volta allertato, il partner può anche avvisare gli altri membri del loro gruppo.

“Lo studio dimostra anche che i tratti che pensiamo come unicamente umani sono tratti biologici evolutivamente conservati”, dice Bains.

Sterley anche chimes in, dicendo, “C’è stata altra letteratura che mostra lo stress può essere trasferito – e il nostro studio è in realtà mostrando il cervello è cambiato da quello stress trasferito.”

L’interazione sociale può cancellare gli effetti

Infine, l’ultima notevole scoperta dello studio è stata che i topi femmina che erano stati stressati dal contagio erano in grado di avere i loro cambiamenti cerebrali invertiti semplicemente passando più tempo con un partner non stressato.

Tuttavia, i maschi non hanno beneficiato di essere intorno a un partner femminile non stressato.

“Se alcuni degli effetti dello stress sono cancellati attraverso le interazioni sociali, ma questo beneficio è limitato alle femmine, questo può fornire intuizioni su come progettiamo approcci personalizzati per il trattamento dei disturbi da stress nelle persone.”

Jaideep Bains, Ph.D.

“Quello che possiamo iniziare a pensare è se le esperienze di altre persone o gli stress possono cambiarci in un modo che non capiamo completamente”, aggiunge.
Lo stress altera fisicamente la comunicazione nel cervello

Gli astrociti, che sono cellule del cervello che regolano la comunicazione neuronale, mostrano una degradazione a lungo termine dallo stress.

“L’esperienza di eventi traumatici può portare a disturbi neuropsichiatrici, tra cui ansia, depressione e tossicodipendenza”, dice il dott. Si-Qiong June Liu della LSU Health New Orleans School of Medicine.

Dr. Liu è l’autore principale di un nuovo studio sui topi che rivela almeno un modo in cui lo stress cambia fisiologicamente il modo in cui opera un cervello.

La rivista di neuroscienze JNeurosci ha pubblicato lo studio.

Nella ricerca con i topi, lo studio di Liu trova che anche un singolo evento stressante può rapidamente causare cambiamenti di lunga durata a un astrocita.

Quando si verifica lo stress, gli astrociti si ritirano dalle sinapsi con conseguente interruzione della comunicazione neurale. Le sinapsi sono strutture che permettono alle informazioni di passare da una cellula all’altra attraverso i neurotrasmettitori.

I ricercatori dovranno effettuare ulteriori studi per vedere se l’effetto dello stress sui topi è lo stesso di quello sugli esseri umani. Liu nota, tuttavia, che c’è una buona probabilità che i percorsi molecolari coinvolti nella sua ricerca esistano anche negli esseri umani.

“Lo stress altera le funzioni cerebrali e produce cambiamenti duraturi nel comportamento e nella fisiologia umana. Lo studio della neurobiologia dello stress può rivelare come lo stress influenzi le connessioni neuronali e quindi la funzione del cervello. Questa conoscenza è necessaria per sviluppare strategie per prevenire o trattare questi comuni disturbi neurologici legati allo stress.”

– Si-Qiong June Liu

Astrociti, neuroni, sinapsi tripartite

Non tutte le cellule del cervello sono neuroni. Tra 33% e 66 di loro, sono cellule gliali. Il nome deriva dalla parola greca “glía,” che significa “colla.” Gli scienziati hanno dato loro questo nome perché inizialmente credevano che le cellule gliali tenessero semplicemente insieme i neuroni del cervello.

La ricerca successiva suggerisce che fanno molto di più. Gli scienziati hanno identificato quattro tipi principali di cellule gliali: microglia, oligodendrociti, NG2-glia e astrociti.

Gli astrociti sono il tipo più abbondante di cellula gliale e sono fondamentali per la formazione e il mantenimento delle connessioni sinaptiche. Queste cellule a forma di stella hanno arti, o “processi sottili”, che si estendono verso l’esterno dal centro della cellula.

I neuroni di un cervello formano connessioni, o “sinapsi”, attraverso le quali scambiano chimicamente informazioni. Il neurone a monte, o “presinaptico”, rilascia neurotrasmettitori che si legano a recettori su un secondo neurone a valle, o “postsinaptico”.

Tuttavia, gli astrociti sono il terzo partner nel processo. La ricerca mostra che quando gli astrociti non sono disponibili ai neuroni, i neuroni si degradano e alla fine muoiono.

Il coinvolgimento degli astrociti nella comunicazione tra due neuroni è così importante che gli scienziati descrivono la connessione come un “sinapsi tripartita.”

Gli scienziati stanno ancora studiando il ruolo completo degli astrociti nelle connessioni sinaptiche, anche se sono consapevoli di alcuni dei loro contributi.

Quando gli astrociti estendono i loro processi sottili verso l’esterno per toccare i loro partner neuronali sinaptici, regolano la trasmissione sinaptica interagendo con le sostanze chimiche eccitatorie e inibitorie dei neuroni.

Essi hanno anche eliminare l’accumulo di neurotrasmettitori non più necessari dopo aver consegnato il loro messaggio.

Gli astrociti forniscono anche nutrienti ai neuroni e li aiutano a mantenere la plasticità, oltre ad aiutare a mantenere la barriera emato-encefalica.

Topi stressati

Il team di Liu ha visto che quando hanno esposto i topi all’odore di un predatore anche una sola volta, lo stress ha prodotto un cambiamento duraturo ai loro astrociti.

In risposta allo stress, i topi hanno secreto l’ormone dello stress norepinefrina, che, a sua volta, ha soppresso un percorso molecolare che produce una proteina chiamata GluA1. GluA1 controlla il modellamento e la plasticità degli astrociti. In particolare, controlla l’estensione del processo fine dell’astrocita.

Il team di Liu ha osservato che i processi sottili degli astrociti si sono ritratti in risposta allo stress e si sono allontanati dal contatto e dalla comunicazione con i neuroni e le sinapsi. Questo ha reso le connessioni sinaptiche più difficili o impossibili.

Il significato dello studio

“Lo stress colpisce la struttura e la funzione sia dei neuroni che degli astrociti”, dice Liu.

“Poiché gli astrociti possono modulare direttamente la trasmissione sinaptica e sono criticamente coinvolti nel comportamento legato allo stress, prevenire o invertire il cambiamento indotto dallo stress negli astrociti è un modo potenziale per trattare i disturbi neurologici legati allo stress. Abbiamo identificato un percorso molecolare che controlla la sintesi di GluA1 e quindi il rimodellamento degli astrociti durante lo stress.”

Liu è fiducioso che l’identificazione del suo team dell’interazione tra stress, norepinefrina e GluA1 può fornire una nuova strada terapeutica da esplorare, dicendo: “Questo suggerisce nuovi obiettivi farmacologici per la possibile prevenzione o inversione dei cambiamenti indotti dallo stress”.”

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