Кіріспе
Организдер аверсивті оқиғаларды болжауға үйренетін мінез-құлық парадигмасы – Павловтың қорқыныш жағдайы. Бұл организмдердің аверсивті оқиғаларды болжауға үйренуін қамтамасыз ететін мінез-құлық парадигмасы. Оқудың осы түрінде аверсивті стимул (мысалы, электр тогының соққысы) белгілі бір бейтарап ортамен (мысалы, бөлме) немесе бейтарап стимулмен (мысалы, дыбыс) байланыстырылады, нәтижесінде бастапқыда бейтарап стимулға немесе ортаға қорқыныш реакциялары туындайды. Бұл бейтарап стимулды аверсивті стимулмен (мысалы, электр тогы, қатты дауыс немесе жағымсыз иіс) жұптастыру арқылы жүзеге асырылады. Соңында, бейтарап стимул ғана қорқыныш күйін тудыруы мүмкін. Классикалық шарттану терминологиясында бейтарап стимул немесе орта – «шартты стимул» (CS), аверсивті стимул – «шартсыз стимул» (US), ал қорқыныш – «шартты жауап» (CR). Қорқыныш жағдайының қалыптасуы көптеген түрлерде, бақалардан бастап адамдарға дейін зерттелді. Адамдарда шартты қорқыныш көбінесе ауызша баяндама және терінің гальваникалық реакциясы арқылы өлшенеді. Басқа жануарларда шартты қорқыныш көбінесе тоңу (көзге көрінетін қозғалмау кезеңі) немесе қорқыныш күшейтілген сілкініс (қорқыныш стимулымен сілкініс рефлексінің күшеюі) арқылы өлшенеді. Жүрек соғуының, тыныс алудың және бұлшық жауаптарының электромиография арқылы өлшенетін өзгерістері де шартты қорқынышты өлшеу үшін қолданылуы мүмкін. Көптеген теоретиктер шартты қорқыныш клиникалық алаңдаушылықтың функционалдық және нейрондық механизмдерімен маңызды дәрежеде сәйкес келеді деп санайды. Шартты қорқыныштың қалыптасуы, консолидациясы және жойылуы туралы зерттеулер диссоциация, фобия және посттравматикалық стресс бұзылысы сияқты патологиялық жағдайларды емдеуге арналған жаңа дәрілік және психотерапевтік емдеулерді әзірлеуге көмектеседі. Ғалымдар мидағы байланыстардың жиынтығын анықтады, олар қорқыныш жадтарының қалай сақталып, қайта шақырылатынын анықтайды. Мысықтардың қорқыныш жадтарын зерттеу кезінде зерттеушілер жаңа анықталған ми тізбегінің қатысқанын анықтады. Алғашқыда есте сақтау процесінде прелимбикалық префронталды қабық (PL) және базальды миндалина (BLA) анықталды. Бір аптадан кейін есте сақтау кезінде орталық миндалина (CeA) және таламустың паравентрикулярлық ядросы (PVT) анықталды, олар қорқыныш жадтарын сақтау үшін жауапты. Бұл зерттеу қорқыныш жадтарын қысқа мерзімді және ұзақ мерзімді есте сақтау арасында алмасатын тізбектердің қалай болатынын көрсетеді. Мінез-құлық немесе жауап өзгермейді, тек естелік қайдан алынғаны ғана өзгереді. Амигдаладан басқа, гиппокамп пен алдыңғы цингулятты қабық қорқыныш жағдайында маңызды рөл атқарады. Тышқанда қорқыныш жағдайы алғашқыда гиппокампта сақталады, оқиғадан кейін 1 сағат және 24 сағаттан кейін гиппокамп гендерінің экспрессиясында өзгерістер байқалады. Тышқанда қорқыныш әсерінен кейін 1 сағаттан және 24 сағаттан кейін гиппокампта гендердің өзгерген экспрессиясы байқалады. Бұл өзгерістер гиппокамп нейрондарында уақытша болып табылады және төрт аптадан кейін гиппокампта олардың көбісі байқалмайды. Оқиғадан кейін 4 апта өткен соң қорқыныш жағдайының естелігі алдыңғы цингулятты қабықта тұрақтырақ сақталады.
Pavlovian fear conditioning is a behavioral paradigm in which organisms learn to predict aversive events. It is a form of learning in which an aversive stimulus (e. g. an electrical shock) is associated with a particular neutral context (e. g., a room) or neutral stimulus (e. g., a tone), resulting in the expression of fear responses to the originally neutral stimulus or context. This can be done by pairing the neutral stimulus with an aversive stimulus (e. g., an electric shock, loud noise, or unpleasant odor). Eventually, the neutral stimulus alone can elicit the state of fear. In the vocabulary of classical conditioning, the neutral stimulus or context is the "conditional stimulus" (CS), the aversive stimulus is the "unconditional stimulus" (US), and the fear is the "conditional response" (CR). Fear conditioning has been studied in numerous species, from snails to humans. In humans, conditioned fear is often measured with verbal report and galvanic skin response. In other animals, conditioned fear is often measured with freezing (a period of watchful immobility) or fear potentiated startle (the augmentation of the startle reflex by a fearful stimulus). Changes in heart rate, breathing, and muscle responses via electromyography can also be used to measure conditioned fear. A number of theorists have argued that conditioned fear coincides substantially with the mechanisms, both functional and neural, of clinical anxiety disorders. Research into the acquisition, consolidation and extinction of conditioned fear promises to inform new drug based and psychotherapeutic treatments for an array of pathological conditions such as dissociation, phobias and post traumatic stress disorder. Scientists have discovered that there is a set of brain connections that determine how fear memories are stored and recalled. While studying rats' ability to recall fear memories, researchers found a newly identified brain circuit is involved. Initially, the pre limbic prefrontal cortex (PL) and the basolateral amygdala (BLA) were identified in memory recall. A week later, the central amygdala (CeA) and the paraventricular nucleus of the thalamus (PVT) were identified in memory recall, which are responsible for maintaining fear memories. This study shows how there are shifting circuits between short term recall and long term recall of fear memories. There is no change in behavior or response, only change in where the memory was recalled from. In addition to the amygdala, the hippocampus and the anterior cingulate cortex are important in fear conditioning. Fear conditioning in the rat is stored at early times in the hippocampus, with alterations in hippocampal gene expression observed at 1 hour and 24 hours after the event. In the mouse, changed gene expression is also seen in the hippocampus at one hour and 24 hours after fear conditioning. These changes are transient in the hippocampal neurons, and almost none are present in the hippocampus after four weeks. By 4 weeks after the event, the memory of the fear conditioning event is more permanently stored in the anterior cingulate cortex.
Нейрондық ген экспрессиясы
Кеміргіштердің миында көрсетілгендей, нейрондық гендік экспрессия қорқынышқа үйренуге жауап ретінде динамикалық түрде өзгереді. Атап айтқанда, Egr1, c Fos және Arc сияқты дереу ерте гендердің (IEG) экспрессиясы, оқу және есте сақтау қалыптасуымен байланысты мидың белгілі бір аймақтарындағы нейрондардың іріктеліп алынған топтарында тез және жоғары реттеледі. 2022 жылғы шолу, қорқынышқа үйрену кезінде гиппокамптағы нейрондарда IEG-ті жоғары реттеудің бірнеше қадамдарын сипаттайды. IEG-тер қорқынышқа үйрену кезінде миндальша безде де ұқсас жоғары реттеледі. IEG-ті жоғары реттеудің көптеген қадамдары хроматин циклдарының қалыптасуын, хроматин циклдарындағы күшейткіштер мен промоторлардың өзара әрекеттесуін және топоизомераза II бетаның ДНК-ның уақытша екі тізбекті үзілуін бастауын қамтиды. Қорқынышқа үйрену арқылы жоғары реттелген кем дегенде екі IEG, Egr1 және Dnmt3A2 (Oliveira және авторлар бұрын IEG екенін көрсеткен) көптеген гендердің ДНК метилирленуіне, демек экспрессиясына әсер етеді. Жоғары реттелген EGR1 ақуыздары бұрыннан бар ядролық TET1 ақуыздарымен байланысады, ал EGR1 ақуыздары TET1 ақуыздарын жүздеген гендерге жеткізеді, бұл TET1-ге осы гендердің ДНК-сын деметилдендіруді бастауға мүмкіндік береді. DNMT3A2 ақуызы – де ново ДНК метилтрансферазасы, ол ДНК-дағы цитозиндерге метилирлеуді қосады. Гиппокамп нейрондарының мәдениетіндегі DNMT3A2 ақуыздарының экспрессиясы, 200-ден астам синаптық пластикалық процестерге қатысатын гендерге жаңа метилирлеуді қосуға бағытталған. IEG экспрессиясы қорқынышқа үйренуге жауап ретінде нейрондық гендік экспрессиядағы динамикалық өзгерістердің көзі болып табылады.
Миндальді
Қорқыныш шартталуы мидың миндаль тәрізді деп аталатын аймағына байланысты деп есептеледі. Миндаль тәрізді аймақ шартталған қорқыныш жадының қалыптасуына, сақталуына және көрінісіне қатысады. Миндаль тәрізді аймақтан алынған электрофизиологиялық жазбалар, бұл аймақтағы жасушалардың ұзақ мерзімді потенциациядан (LTP) өтетінін көрсетті, бұл оқудың негізі саналатын синаптық пластикалық өзгеріс түрі. Фармакологиялық зерттеулер, синаптық зерттеулер және адамдарға жасалған зерттеулер де миндаль тәрізді аймақты қорқынышпен оқу және есте сақтау үшін жауапкершіліктің басты бөлігі деп көрсетеді. Бұл миндаль тәрізді аймақтың дұрыс жұмыс істеуі қорқыныш шартталуы үшін қажетті және қорқыныш мінез-құлқына ықпал ету үшін жеткілікті екенін көрсетеді. Миндаль тәрізді аймақ тек қорқыныш орталығы ғана емес, сонымен қатар түрлі қоршаған ортаның тітіркендіргіштеріне жауап беретін аймақ. Көптеген зерттеулер көрсеткендей, болжамсыз бейтарап тітіркендіргіштерге тап болғанда миндаль тәрізді аймақтың белсенділігі артады. Сондықтан, тіпті қауіп төнгісіз жағдайларда да, миндаль тәрізді аймақ басқа ми аймақтарын ескертіп, қауіпсіздік және тіршілік сақтау реакцияларын ынталандырады. 1950 жылдардың ортасында Лоренс Вейскранц миндаль тәрізді аймағы зақымдалған маймылдардың жағымсыз соққыдан қашуға құлықсыз екенін, ал қалыпты маймылдар одан қашуға үйренгенін көрсетті. Ол миндаль тәрізді аймақтың негізгі қызметі сыртқы тітіркендіргіштерді жағымсыз салдармен байланыстыру екенін тұжырымдады. Вейскранцтің ашқан жағдайларынан кейін көптеген зерттеушілер қорқыныштың нейрондық механизмдерін зерттеу үшін қашу шарттарын пайдаланды. Джозеф Э. Ледукс миндаль тәрізді аймақтың қорқыныш шартталуындағы рөлін анықтауда маңызды рөл атқарды. Ол миндаль тәрізді аймақтың қорқыныш шартталған кезде ұзақ мерзімді потенциацияға ұшырайтынын және миндаль тәрізді аймақтың жасушаларын жою оқуды да, қорқыныштың көрінісін де бұзатынын көрсеткен алғашқылардың бірі болды.
Гиппокамп
Қорқыныш шарттауының кейбір түрлері (мысалы, контексттік және із) гиппокампты қамтиды, бұл мидың аймағы миндальша безден эмоционалдық импульстарды қабылдайды деп есептеледі және осы импульстарды бұрыннан бар ақпаратпен біріктіріп, оны мағыналы етеді. Травмалық тәжірибелерге қатысты кейбір теориялық тұжырымдар амигдалаға негізделген қорқыныштың қатты стресс кезінде гиппокампты айналып өтіп, соматикалық немесе физикалық белгілер немесе танымдық мағынасы жоқ қайта оралатын көріністер түрінде сақталуы мүмкін екенін көрсетеді. Гиппокамп – мидың контексттік қайта шарттаудан кейін гендік экспрессияда маңызды өзгерістерге ұшырайтын аймақтарының бірі. Егешқұйрықтарға қолданылған қорқыныш шарттауы шамамен 500 геннің жоғары реттелуіне (мүмкін, CpG сайттарындағы ДНК деметилденуіне байланысты) және 1000-ға жуық геннің төмен реттелуіне (промоторлық аймақтардағы CpG сайттарындағы ДНК метилденуімен байланысты екені байқалды) әкеледі (оқу және есте сақтаудағы транскрипцияның реттелуіне қараңыз). Бұл, контексттік қорқыныш шарттаудан кейін бір сағаттан және 24 сағаттан кейін өлшенген гиппокамптағы нейрондық ДНК-ның ДНК метилденуі мен деметилденуінен бұрын болады (жоғарыда гиппокамп бөлімінде сипатталған). Нейрондық ДНК-ның қос тізбекті үзілуі нейрондар белсендірілгеннен кейін есте сақтаумен байланысты жақын арада пайда болатын гендерде (басқа гендермен қатар) пайда болады. EGR 1, TET1-мен бірге, есте сақтау қалыптасу кезінде және ұзақ мерзімді нейрондық пластикалық процестер кезінде ми ДНК-сында ДНК деметилдену орындарының таралуын бағдарламалау үшін қолданылады. Егер DNMT3A2 жас ересек егешқұйрықтардың гиппокамбында жоғары экспрессияланса, ол әлсіз оқу тәжірибесін ұзақ мерзімді естелікке айналдырады және қорқыныш естелігін қалыптастыруды күшейтеді.
Мидальді қабықтың ішкі жүйесі
Базолатеральды миндальдағы нейрондар шартты қорқыныш жадының қалыптасуына жауапты. Бұл нейрондар орталық миндальдағы нейрондарға проекция жасайды, соның нәтижесінде шартты қорқыныш реакциясы пайда болады. Миндальдың осы аймақтарына зақым келтіру шартты қорқыныш реакциясын білдіруді бұзады. Базолатеральды миндальға зақым келген жағдайда шартты қорқыныш реакциясын білдіруде айқын кемшіліктер байқалады. Орталық миндальға зақым келген жағдайда шартты қорқыныш реакциясын білдіруде шамалы кемшіліктер байқалады. Амигдаладағы NMDA рецепторларының (NMDAR) қорқыныш жадын қалыптастыру үшін қажеттігі болжамдалған, себебі NMDAR функциясының бұзылуы кеміргіштерде қорқыныш реакцияларының дамуын тоқтатады.
Эпигенетика
Шартты қорқыныш ұрпақтан-ұрпаққа мұрагерлікпен берілуі мүмкін. Бір тәжірибеде тышқандар ацетофенон иісіне қорқуға үйретілді, содан кейін келесі буынды өсіруге дайындалды. Келесі буын тышқандар да ацетофенонға мінез-құлық сезімталдығын көрсетті, бұл ата-аналарының гаметаларынан мұрагерлікпен алған деп саналатын нейроанатомиялық және эпигенетикалық өзгерістермен бірге жүрді.
Даму бойынша
Шартты қорқынышпен байланысты оқу және оның негізгі нейробиологиясы нәресте кезеңінен бастап балалық шақ, жасөспірімдік, ересек жасқа және қарттыққа дейін күрт өзгеріп отырады. Атап айтқанда, нәресте жануарлар қорқыныш байланыстарын қалыптастыра алмайды, ал олардың ересек өкілдерінде қорқыныш жады тез дамиды. Алдыңғы зерттеулер көрсеткендей, жасөспірімдер балалар мен ересектерге қарағанда қорқыныштан арылу оқуында қиындықтарды көрсетеді. Бұл жағдай клиникалық маңызға ие болуы мүмкін, себебі қорқыныштан сақтану ауруларын емдеуде қолданылатын ең көп таралған әдістердің бірі – қорқыныштан арылу принциптеріне негізделген әсерге салу терапиясы. Қорқыныштан арылу оқуындағы даму арасындағы нақты механизмдер әлі анықталған жоқ, бірақ миндальша без және медиалды префронталды қабық арасындағы байланыстағы жасқа байланысты өзгерістер қорқыныштан арылу оқуындағы даму өзгерісіне жауап беретін биологиялық механизмдердің бірі болуы мүмкін деп саналады.
Стресспен байланысты алдыңғы тәжірибе
Травматикалық оқиғаға дейін болған стресс факторларының тарихы кеміргіштерде қорқыныш шартталу әсерін күшейтеді. Бұл құбылыс, Стресс күшейтілген қорқыныш оқыту (SEFL) деп аталады, және ол жас (мысалы, Poulos және басқалар, 2014) және ересек (мысалы, Rau және басқалар, 2009) кеміргіштерде көрсетілген. SEFL-дің негізгі биологиялық механизмдері әлі толыққанды анықталған жоқ, бірақ бұл бастапқы стресс факторынан кейін стресс гормоны кортикостерон деңгейінің жоғарылауымен байланысты.