Введение

Парадигма поведения, в которой организмы учатся предсказывать аверсивные события. Условное формирование страха – это поведенческая парадигма, в которой организмы учатся предсказывать аверсивные события. Это форма обучения, при которой аверсивный стимул (например, электрический шок) ассоциируется с конкретным нейтральным контекстом (например, комнатой) или нейтральным стимулом (например, тоном), что приводит к проявлению реакций страха на изначально нейтральный стимул или контекст. Это достигается путем сочетания нейтрального стимула с аверсивным стимулом (например, электрическим током, громким шумом или неприятным запахом). В конечном итоге, один нейтральный стимул может вызывать состояние страха. В терминологии классического обусловливания, нейтральный стимул или контекст является "условным стимулом" (CS), аверсивный стимул – "безусловным стимулом" (US), а страх – "условным ответом" (CR). Условное формирование страха изучалось на многочисленных видах, от улиток до человека. У людей обусловленный страх часто измеряется с помощью вербального отчета и кожно-гальванической реакции. У других животных обусловленный страх часто измеряется с помощью замирания (периода настороженного обездвиживания) или усиленного стартового рефлекса (усиления рефлекса испуга при предъявлении стимула, вызывающего страх). Изменения частоты сердечных сокращений, дыхания и мышечных реакций с помощью электромиографии также могут использоваться для измерения обусловленного страха. Ряд теоретиков утверждают, что обусловленный страх в значительной степени совпадает с механизмами, как функциональными, так и нейронными, клинических тревожных расстройств. Исследования приобретения, консолидации и угасания обусловленного страха обещают предоставить информацию для разработки новых лекарственных и психотерапевтических методов лечения ряда патологических состояний, таких как диссоциация, фобии и посттравматическое стрессовое расстройство. Ученые обнаружили, что существует набор связей в мозге, которые определяют, как хранятся и воспроизводятся воспоминания о страхе. Изучая способность крыс воспроизводить воспоминания о страхе, исследователи обнаружили, что в этом участвует недавно идентифицированная мозговая схема. Первоначально прелимбическая префронтальная кора (ПЛ) и базалатеральная миндалина (БЛА) были идентифицированы в процессе воспроизведения памяти. Через неделю центральная миндалина (ЦА) и паравентрикулярное ядро таламуса (ПВТ) были идентифицированы в процессе воспроизведения памяти, которые отвечают за поддержание воспоминаний о страхе. Это исследование показывает, как меняются схемы между кратковременным и долговременным воспроизведением воспоминаний о страхе. Изменений в поведении или реакции не происходит, меняется лишь то, откуда воспроизводится память. Помимо миндалины, гиппокамп и передняя поясная кора играют важную роль в формировании страха. У крыс формирование страха сохраняется в ранние сроки в гиппокампе, с изменениями в экспрессии генов гиппокампа, наблюдаемыми через 1 час и 24 часа после события. У мыши также наблюдаются изменения в экспрессии генов в гиппокампе через 1 час и 24 часа после формирования страха. Эти изменения являются временными в нейронах гиппокампа и почти отсутствуют в гиппокампе через четыре недели. Через 4 недели после события память о событии, вызвавшем страх, более прочно сохраняется в передней поясной коре.

Экспрессия нейронных генов

Как показано на мозге грызунов, экспрессия нейронных генов динамически изменяется в ответ на выработку страха. В частности, экспрессия немедленных ранних генов (IEG), таких как Egr1, c-Fos и Arc, быстро и избирательно повышается в подмножествах нейронов в специфических областях мозга, связанных с обучением и формированием памяти. Обзор 2022 года описывает несколько этапов повышения экспрессии IEG в нейронах гиппокампа во время выработки страха. IEG аналогичным образом повышаются в миндалине во время выработки страха. Эти этапы включают формирование хроматиновых петель, взаимодействие энхансеров с промоторами в хроматиновых петлях и временные разрывы двойных нитей ДНК, инициируемые топоизомеразой II бета. По крайней мере два IEG, экспрессия которых повышается при выработке страха, Egr1 и Dnmt3A2 (подтверждено как IEG Oliveira et al.), влияют на метилирование ДНК и, следовательно, на экспрессию многих генов. Белки EGR1 с повышенной экспрессией ассоциируются с уже существующими ядерными белками TET1 и доставляют белки TET1 к сотням генов, позволяя TET1 инициировать деметилирование ДНК этих генов. Белок DNMT3A2 является de novo ДНК-метилтрансферазой, добавляющей метильные группы к цитозинам в ДНК. Экспрессия белков DNMT3A2 в нейронах гиппокампа в культуре преимущественно направлена на добавление новых метильных групп к более чем 200 генам, участвующим в синаптической пластичности. Экспрессия IEG является источником динамических изменений в последующей экспрессии нейронных генов в ответ на выработку страха.

Миндалевидный мозг

Считается, что обусловленность страхом зависит от области мозга, называемой миндалиной. Миндалина участвует в приобретении, хранении и проявлении условных воспоминаний о страхе. Электрофизиологические записи из миндалины показали, что клетки в этой области подвергаются долговременной потенциации (LTP), форме синаптической пластичности, которая, как считается, лежит в основе обучения. Фармакологические исследования, синаптические исследования и исследования на людях также указывают на то, что миндалина в основном отвечает за обучение страху и память. Это свидетельствует о том, что нормальное функционирование миндалины необходимо для обусловленности страхом и достаточно для проявления поведения, связанного со страхом. Миндалина – это не исключительно центр страха, но и область, реагирующая на различные стимулы окружающей среды. Ряд исследований показали, что при столкновении с непредсказуемыми нейтральными стимулами активность миндалины возрастает. Следовательно, даже в ситуациях неопределенности и не обязательно страха, миндалина играет роль в оповещении других областей мозга, которые стимулируют реакции, направленные на обеспечение безопасности и выживания. В середине 1950-х годов Лоуренс Вейскранц продемонстрировал, что обезьяны с поражениями миндалины не смогли избежать неприятного удара током, в то время как здоровые обезьяны научились его избегать. Он заключил, что ключевая функция миндалины заключается в установлении связи между внешними стимулами и неблагоприятными последствиями. После открытия Вейскранца многие исследователи использовали обусловленное избегание для изучения нейронных механизмов страха. Джозеф Э. Ледукс сыграл важную роль в выяснении роли миндалины в обусловленности страхом. Он одним из первых показал, что миндалина подвергается долговременной потенциации во время обусловленности страхом, и что удаление клеток миндалины нарушает как обучение, так и проявление страха.

Гиппокамп

Некоторые типы обусловленности страхом (например, контекстная и следовая) также вовлекают гиппокамп – область мозга, которая, как считается, получает аффективные импульсы от миндалины и интегрирует их с ранее имеющейся информацией, придавая ей смысл. Некоторые теоретические модели травматического опыта предполагают, что страх, опосредованный миндалиной, обходит гиппокамп в условиях сильного стресса и может сохраняться соматически или в виде образов, которые возвращаются в форме физических симптомов или флешбэков, лишенных когнитивного значения. Гиппокамп – одна из областей мозга, в которой происходят значительные изменения в экспрессии генов после контекстуального обусловливания страхом. Контекстуальное обусловливание страха у крыс вызывает повышение активности примерно 500 генов (возможно, из-за деметилирования CpG-сайтов) и снижение активности около 1000 генов (наблюдается корреляция с метилированием ДНК в CpG-сайтах промоторных областей) (см. Регуляция транскрипции в обучении и памяти). Это происходит раньше, чем метилирование и деметилирование ДНК нейронов в гиппокампе, которые были измерены через один и 24 часа после контекстуального обусловливания страхом (описанного выше в разделе «Гиппокамп»). Разрывы двойной спирали ДНК возникают в известных генах, связанных с памятью, в том числе в генах ранней экспрессии, в нейронах после их активации. EGR 1, совместно с TET1, используется для программирования распределения сайтов деметилирования ДНК в ДНК мозга во время формирования памяти и долгосрочной нейронной пластичности. Если DNMT3A2 сверхэкспрессируется в гиппокампе молодых взрослых мышей, это превращает слабый опыт обучения в долговременную память и усиливает формирование памяти страха.

Внутримигдальная схема

Нейроны базалатеральной миндалины отвечают за формирование условного страха как воспоминания. Эти нейроны проецируются на нейроны центральной миндалины для проявления условной реакции страха. Повреждение этих областей миндалины привело бы к нарушению проявления условных реакций страха. Лезии базалатеральной миндалины показали значительные дефициты в проявлении условных реакций страха. Лезии центральной миндалины показали умеренные дефициты в проявлении условных реакций страха. Предполагается, что NMDA-рецепторы (NMDAR) в миндалине необходимы для приобретения памяти о страхе, поскольку нарушение функции NMDAR нарушает развитие реакций страха у грызунов.

Эпигенетика

Условный страх может передаваться по наследству трансгенерационно. В одном эксперименте мышей обучили бояться запаха ацетофенона, после чего их использовали для разведения последующих поколений. Эти последующие поколения мышей также продемонстрировали поведенческую чувствительность к ацетофенону, которая сопровождалась нейроанатомическими и эпигенетическими изменениями, предположительно унаследованными от гамет родителей.

Развитие

Обучение, связанное с выученным страхом, и лежащая в его основе нейробиология претерпевают значительные изменения от младенчества через детство и подростковый возраст к взрослому состоянию и старости. В частности, младенцы животных не способны формировать ассоциации, связанные со страхом, в то время как взрослые особи гораздо легче формируют воспоминания о страхе. Предыдущие исследования показали, что у подростков способность к погашению страха снижена по сравнению с детьми и взрослыми. Этот факт может иметь клиническое значение, поскольку одним из наиболее распространенных методов лечения тревожных расстройств является экспозиционная терапия, основанная на принципах погашения страха. Точные механизмы, лежащие в основе возрастных различий в обучении погашению страха, пока не установлены, однако предполагается, что возрастные изменения в связности между амигдалой и медиальной префронтальной корой могут быть одним из биологических механизмов, определяющих развитие изменений в обучении погашению страха.

Предыдущий опыт стресса

История предшествующих стрессовых воздействий перед травматическим событием усиливает эффект страхового обусловливания у грызунов. Это явление, известное как усиленное страховое обучение при стрессе (SEFL), было продемонстрировано как у молодых (например, Poulos et al. 2014), так и у взрослых (например, Rau et al. 2009) грызунов. Биологические механизмы, лежащие в основе SEFL, пока не установлены, однако наблюдалась их связь с повышением уровня кортикостерона, гормона стресса, после первоначального стрессового воздействия.