Ένας νευρικός διακόπτης για το φόβο Understand article
Μετάφραση από: Μαρίνα-Σαββίνα Τσατσαλίδη (Marina-Savvina Tsatsalidi) – Φοιτήτρια Φαρμακευτικής, ΕΚΠΑ και Παναγιώτη Κ. Στασινάκη (Panagiotis K. Stasinakis) - Εκπαιδευτικός, Βιολόγος, MEd, PhD,…
χορηγία του εργαστηρίου
φωτογραφίας του ΕΜBL
Να το βάλω στα πόδια, να παλέψω ή να παγώσω; Για ένα ζώο κυριευμένο από φόβο, αυτή είναι θεμελιώδης ερώτηση. Η απάντηση συχνά εξαρτάται από την αμυγδαλή – ένα μείζον κέντρο για την επεξεργασία των συναισθημάτων που βρίσκεται βαθιά μέσα στον εγκέφαλο. Τόσο σε ποντίκια όσο και σε ανθρώπους, επηρεάζει το πώς συμπεριφερόμαστε ως αντίδραση σε ορισμένους τύπους φόβου, και βοηθά να σχηματίσουμε μακροπρόθεσμες μνήμες από τρομακτικές εμπειρίες. Παρόλα αυτά, πολύ λίγα είναι γνωστά για το πώς τα κύτταρα της αμυγδαλής επικοινωνούν με άλλα εγκεφαλικά κύτταρα, ώστε να προκληθούν οι συγκεκριμένες συμπεριφορές που επιφέρει ο φόβος.
Μια πρόσφατη μελέτη μειώνει το χάσμα των γνώσεών μας, χάρις στην καινοτόμο εργασία των επιστημόνων στο Ευρωπαϊκό Εργαστήριο Μοριακής Βιολογίαςw1 (EMBL) στο Monterotondo της Ιταλίας και στην GlaxoSmithKlinew2 στη Verona της Ιταλίας. Οι επιστήμονες επικεντρώθηκαν σε έναν, από τους πολλούς διαφορετικούς τύπους φόβου που επεξεργάζεται η αμυγδαλή. Χρησιμοποίησαν νέες τεχνικές για να κατανοήσουν τις αλληλεπιδράσεις μεταξύ των περιοχών του εγκεφάλου που εμπλέκονται στις αντιδράσεις μας, σε αυτόν τον τύπο φόβου. Στην πορεία της ερευνητικής τους δουλειάς, ταυτοποίησαν έναν διακόπτη που εναλλάσσεται ανάμεσα σε δύο διαφορετικές αντιδράσεις στο φόβο: η μια είναι τo πάγωμα, ενώ η άλλη, προς μεγάλη τους έκπληξη, είναι μια εναλλακτική αντίδραση των επιλογών του να το βάλεις στα πόδια, να παλέψεις ή να παγώσεις, η οποία είναι γνωστή ως εκτίμηση ενεργού ρίσκου. Αυτή η ενεργός αντίδραση περιλαμβάνει συμπεριφορές όπως η οπισθοχώρηση, το σκάψιμο και η εξερεύνηση.
Ποντίκια που επηρεάστηκαν ώστε να συσχετίζουν έναν ήχο με μια άβολη κατάσταση σοκ, συνήθως παγώνουν από το φόβο τους στο άκουσμα του ήχου, ακόμα κι αν το άκουσμα αυτό δεν συνοδεύεται από δυσφορία. Νευρώνες που ονομάζονται κύτταρα τύπου 1, βρίσκονται στην αμυγδαλή και ελέγχουν αυτήν την αντίδραση, δηλαδή το πάγωμα. Όταν τα κύτταρα τύπου 1 εμποδιστούν και δεν στείλουν σήματα σε άλλα κύτταρα, τότε τα ποντίκια πλέον δεν παγώνουν από φόβο. Παρόλα αυτά, φαίνεται πως οι τύπου 1 νευρώνες είναι κάτι παραπάνω από ένας διακόπτης ανοίγω/κλείνω.
Σε μια πρωτοποριακή προσέγγιση που χρησιμοποιεί φαρμακολογία και γενετική, οι επιστήμονες του EMBL τροποποίησαν γενετικά τα ποντίκια ώστε τα τύπου 1 κύτταρά τους να απενεργοποιούνται χωρίς να διαταράσσουν άλλα κύτταρα. Τα ποντίκια κατασκευάστηκαν ώστε να παράγουν συγκεκριμένες φαρμακο-ευαίσθητες πρωτεΐνες (αισθητήρες), αποκλειστικά στα τύπου 1 κύτταρά τους. Όταν έγινε ένεση με το φάρμακο αυτό στα ποντίκια, το φάρμακο συνδέθηκε σ’ αυτούς τους αισθητήρες, απενεργοποιώντας μια σειρά αντιδράσεων που διατάραξαν το ηλεκτρικό φορτίο των κυττάρων. Με τον τρόπο αυτό, αυτοί οι νευρώνες δεν μπορούσαν πλέον να στείλουν ηλεκτρικά σήματα στις γύρω περιοχές του εγκεφάλου.
Η εικόνα είναι μια ευγενική
χορηγία του εργαστηρίου
φωτογραφίας του ΕΜBL
Πριν τους χορηγηθεί το φάρμακο, τα ποντίκια είχαν επηρεαστεί, έτσι ώστε να φοβούνται έναν συγκεκριμένο ήχο. Μετά την αδρανοποίηση των τύπου 1 κυττάρων τους, τα ποντίκια υποβλήθηκαν στον συγκεκριμένο ήχο και οι αντιδράσεις τους παρακολουθήθηκαν και αναλύθηκαν.
«Όταν καταστείλαμε αυτούς τους νευρώνες, δεν μου έκανε μεγάλη έκπληξη το γεγονός ότι τα ποντίκια σταμάτησαν να παγώνουν όταν υποβλήθηκαν στον ήχο, καθώς αυτό [το πάγωμα] θεωρείται πως είναι η λειτουργία που ελέγχει η αμυγδαλή. Ήμασταν όμως έκπληκτοι καθώς εμφάνισαν διάφορες άλλες συμπεριφορές, όπως το να οπισθοχωρήσουν και άλλες συμπεριφορές ενεργού ρίκου», αναφέρει ο Cornelius Gross, επικεφαλής της έρευνας στο EMBL. «Από τα αποτελέσματα είναι φανερό ότι δεν μπλοκάραμε το φόβο, απλώς αλλάξαμε τις αντιδράσεις τους, τα οποία ανέπτυξαν μία στρατηγική ενεργητικής και όχι παθητικής απόκρισης στο φόβο. Αυτό δεν ήταν σε καμία περίπτωση αυτό που πιστεύαμε ότι έκανε αυτό το τμήμα της αμυγδαλής».
Για να κατανοήσουν καλύτερα τις συνδέσεις μεταξύ των εγκεφαλικών κυττάρων – του νευρωνικού δικτύου – που συμμετείχαν στην αλλαγή από παθητική σε ενεργητική συμπεριφορά στο φόβο, οι επιστήμονες μελέτησαν τη δραστηριότητα σε διαφορετικές περιοχές του εγκεφάλου χρησιμοποιώντας ένα είδος εγκεφαλικής σάρωσης, τη λειτουργική μαγνητική απεικόνιση συντονισμού-μαγνητική τομογραφία (fMRI). Σε μικρά ζώα, όπως τα ποντίκια, η fMRI μετράει τον τοπικό όγκο αίματος ως δείκτη της εγκεφαλικής δραστηριότητας: όσο περισσότερο αίμα υπάρχει σε μια συγκεκριμένη περιοχή του εγκεφάλου, τόσο πιο ενεργοί είναι αυτοί οι νευρώνες. Αυτή η μελέτη σηματοδοτεί την πρώτη χρήση της fMRI για τη χαρτογράφηση νευρωνικών κυκλωμάτων σε ποντίκια, χρησιμοποιώντας μια νέα τεχνική που αναπτύχθηκε από τον Angelo Bifone, επιστήμονα της GlaxoSmithKline, και την ομάδα του.
χορηγία του εργαστηρίου
φωτογραφίας του ΕΜBL
Η εγκεφαλική τομογραφία έδωσε ακόμα ένα απροσδόκητο αποτέλεσμα. Οι επιστήμονες προηγουμένως πίστευαν ότι η αμυγδαλή έλεγχε τις αντιδράσεις στο φόβο, απλά προωθώντας πληροφορίες στο στέλεχος του εγκεφάλου που συνδέει τον εγκέφαλο με τη σπονδυλική στήλη. Όμως ο Cornelius, o Angelo και οι συνεργάτες τους βρήκαν ότι σε ποντίκια με αδρανοποιημένα τα τύπου 1 κύτταρα, το εξωτερικό στρώμα του εγκεφάλου -ο φλοιός- ήταν ιδιαίτερα δραστήριο, υποδεικνύοντας πως κι αυτό παίζει ρόλο στο πώς τα ποντίκια αντιδρούν στο φόβο. Δραστηριότητα, επίσης, παρατηρήθηκε σε μια περιοχή του εγκεφάλου που ονομάζεται βασικό χολινεργικό πρόσθιο τμήμα του εγκεφάλου, το οποίο είναι γνωστό ότι επηρεάζει τη δραστηριότητα του φλοιού.
Όπως όλες οι τομογραφίες εγκεφάλου, η fMRI, απαιτεί το υπό εξέταση υποκείμενο να παραμείνει εντελώς ακίνητο, με αποτέλεσμα να μπορεί να πραγματοποιηθεί μόνο σε ποντίκια που έχουν ναρκωθεί. Όμως οι επιστήμονες ήθελαν να επιβεβαιώσουν την σχέση μεταξύ του φλοιού και των αντιδράσεων στο φόβο, σε ποντίκια που είχαν τις αισθήσεις τους. Αφού, όσο τα ποντίκια ήταν ξύπνια και μπορούσαν να αντιδράσουν στο φόβο, δεν μπορούσαν να παρατηρήσουν την εγκεφαλική δραστηριότητα, οι επιστήμονες προσέγγισαν το θέμα με διαφορετικό τρόπο. Χρησιμοποίησαν το φάρμακο ατροπίνη, για να εμποδίσουν την δραστηριότητα του φλοιού σε ποντίκια με αδρανοποιημένα τα τύπου 1 κύτταρα και παρατήρησαν ότι τα ποντίκια δεν εμφάνιζαν πλέον καμία συμπεριφορά εκτίμησης του ρίσκου.
Με αυτόν τον τρόπο, οι επιστήμονες συμπέραναν ότι η αμυγδαλή φυσιολογικά αναστέλει το βασικό χολινεργικό πρόσθιο μέρος του εγκεφάλου, ενώ παράλληλα στέλνει σήμα στο στέλεχος του εγκεφάλου, ώστε να ελέγξει την παθητική αντίδραση στο φόβο: την άμεση ακινητοποίηση, το πάγωμα (βλέπε εικόνα παρακάτω, Α). Παρόλα αυτά, όταν οι τύπου 1 νευρώνες μπλοκάρονται, η αμυγδαλή δεν ελέγχει με κανέναν τρόπο το βασικό χολινεργικό πρόσθιο τμήμα του εγκεφάλου, οδηγώντας σε δραστηριότητα του φλοιού και κατ’ επέκταση σε ενεργητική αντίδραση στο φόβο: εκτίμηση ρίσκου (βλέπε εικόνα παρακάτω, Β).
Η εικόνα είναι μια ευγενική χορηγία των Nicola Graf, Cornelius Gross και Marlene Rau
Η εικόνα είναι μια ευγενική χορηγία των Nicola Graf, Cornelius Gross και Marlene Rau
«Αυτή είναι μια ισχυρή επίδειξη του τι μπορεί να κάνει μια λειτουργική MRI για να αναλύσει εγκεφαλικά κυκλώματα που συμμετέχουν σε πολύπλοκες διεργασίες, όπως η επεξεργασία συναισθημάτων και ο έλεγχος των συμπεριφορικών αντιδράσεων», αναφέρει ο Angelo, που τώρα βρίσκεται στο Ιταλικό Ινστιτούτο Τεχνολογίαςw3 (Italian Institute of Technology), στην Pisa.
Συνολικά, τα αποτελέσματα της σειράς από τεχνικές που χρησιμοποιήθηκαν για την εξέταση της ακινητοποίησης σαν αντίδραση στο φόβο, υποδεικνύουν ότι η αμυγδαλή παίζει πιο περίπλοκο ρόλο στην επεξεργασία του φόβου απ’ ότι πίστευαν οι επιστήμονες προηγουμένως. Αντί απλώς να μεταδίδει πληροφορίες για εξωτερικές απειλές, η αμυγδαλή λαμβάνει και αποφάσεις για το πώς θα ανταποκριθεί ο οργανισμός σ’ αυτές τις απειλές.
Είναι σημαντικό να σημειωθεί ότι ο τύπος του φόβου που διερευνήθηκε σ’ αυτήν τη μελέτη -επαγόμενη οδυνηρή κατάσταση ενός σοκ που προκαλεί φόβο- είναι πολύ συγκεκριμένος. Τα αποτελέσματα δεν μπορούν απαραίτητα να γενικευτούν για αντιδράσεις ποντικιών σε άλλους τύπου φόβου.
«Υπάρχουν πολλαπλά, παράλληλα κυκλώματα φόβου που χειρίζονται διαφορετικούς τύπους πληροφοριών φόβου. Για παράδειγμα, ένα μέρος του εγκεφάλου [του ποντικού] συχνά χρησιμοποιείται για να επεξεργαστεί το φόβο ενός αρπακτικού, όπως μια γάτα, ενώ ένα άλλο μέρος συνήθως αποκρίνεται σε επιθετική συμπεριφορά από άλλο ποντίκι», αναφέρει ο Cornelius. «Θεωρούσαμε ότι υπήρχε ένα απλουστευμένο κύκλωμα για το φόβο που είτε ήταν ανοιχτό είτε κλειστό, αλλά αυτό απ’ ότι φαίνεται δεν είναι αλήθεια».
Επιπλέον, οι επιστήμονες δεν είναι ακόμα σίγουροι αν τα ελεύθερα ποντίκια χρησιμοποιούν ποτέ συμπεριφορές εκτίμησης του ρίσκου για να αντιδράσουν σε απειλητικά ερεθίσματα. Το μπλοκάρισμα των κυττάρων τύπου 1 έγινε τεχνητά σε αυτή τη μελέτη, αλλά στην πραγματικότητα μπορεί είτε να υπάρχουν είτε να μην υπάρχουν καταστάσεις στις οποίες οι νευρώνες να μπλοκάρονται με φυσικό τρόπο, ωθώντας το ποντίκι να εμπλακεί σε ερευνητικές συμπεριφορές, ώστε να μάθει περισσότερα για μια επικείμενη απειλή.
Αν η ενεργός αντίδραση υπάρχει φυσιολογικά στα ποντίκια, τι είδους εξωτερικό αισθητήριο σήμα είναι απαραίτητο για την ενεργοποίησή της; Παλαιότερες μελέτες είχαν δείξει ότι ζώα που βρίσκονται πιο μακριά από μια αντιληπτή απειλή, είναι πιο πιθανό να παγώσουν από το φόβο τους, παρά να τρέξουν ή να αμυνθούν. Παρόλα αυτά, οι επιστήμονες δεν μπορούν ακόμα να πουν αν η αντίδραση της εκτίμησης ενεργητικού ρίσκου είναι μια λειτουργία που σχετίζεται με την απόσταση. Ο Cornelius τονίζει ότι είναι σημαντικό να μην υποτεθεί ότι η εκτίμηση ρίσκου θα μπορούσε να αντικαταστήσει την ακινητοποίηση σαν αντίδραση σε μια κατάσταση που έγινε αντιληπτή ως λιγότερο απειλητική.
Εντούτοις, η μελέτη αυτή έχει σημαντικές εφαρμογές. Οι τεχνικές της φαρμακογενετικής και της fMRI που χρησιμοποίησαν οι επιστήμονες, πιθανότατα θα αποδειχθούν ανεκτίμητης αξίας σε πολλές ακόμα μελέτες νευρωνικών κυκλωμάτων σε ποντίκια. Όντως, ο Cornelius και η ομάδα του ήδη έχουν χρησιμοποιήσει μια φαρμακογενετική προσέγγιση για να αποκαλύψουν κύτταρα που ενεργούν ως συνεισφορά για μια άλλη περιοχή του εγκεφάλου, τον ιππόκαμπο, προωθώντας πληροφορίες που καθιστά το ποντίκι ικανό να εκτιμήσει το κατάλληλο επίπεδο άγχους σε μια άβολη περίσταση.
Επιπλέον, και οι άνθρωποι έχουμε αντιδράσεις στο φόβο όπως το πάγωμα και η εκτίμηση του ρίσκου. Διαθέτουμε μια περιοχή της αμυγδαλής που είναι ανάλογη εκείνης που περιέχει τον διακόπτη ενεργητικού/παθητικού στα ποντίκια. Ασθενείς που έχουν υποστεί βλάβες σ’ αυτήν την περιοχή, δεν μπορούν να αναπτύξουν αντιδράσεις φόβου για κάποια κατάσταση, ενώ έχουν φυσιολογικές αντιδράσεις στον φόβο σε άλλες καταστάσεις. Συνεπώς, είναι πολύ πιθανό τα αποτελέσματα αυτής της μελέτης να ισχύουν απευθείας και στους ανθρώπους, αναφέρει ο Cornelius.
Παρόλο που πολλά πρέπει να ερευνηθούν ακόμα για το πώς οι άνθρωποι διαχειρίζονται το φόβο σε διαφορετικές καταστάσεις, η μελέτη του φόβου φέρνει τους επιστήμονες ένα βήμα πιο κοντά στην ανάπτυξη πιο αποτελεσματικών θεραπειών για ασθένειες του φόβου, όπως αγχώδεις διαταραχές και το σύνδρομο μετατραυματικού στρες. Παραθέτοντας τα λόγια της δύο φορές τιμημένης με Νόμπελ χημικού, Marie Curie, «Τώρα είναι η καιρός να κατανοήσουμε περισσότερα, ώστε να μπορούμε να φοβόμαστε λιγότερο».
References
- Gozzi et al. (2010) A neural switch for active and passive fear. Neuron 67(4): 656-66. doi: 10.1016/j.neuron.2010.07.008
Web References
- w1 – Περισσότερες πληροφορίες για το Ευρωπαϊκό Εργαστήριο Μοριακής Βιολογίας (Molecular Biology Laboratory -EMBL), δείτε: www.embl.org
- w2 – Περισσότερες πληροφορίες για την GlaxoSmithKline στηVerona της Ιταλίας, δείτε: www.gsk.it
- w3 – Περισσότερες πληροφορίες για το Ιταλικό Ινστιτούτο Τεχνολογίας (Italian Institute of Technology), δείτε: www.iit.it
Resources
- Για μια εισαγωγή στο άρθρο του 2010 από τον Gozzi κ.ά., δείτε:
- Pape HC (2010) Petrified or aroused with fear: the central amygdala takes the lead. Neuron 67(4): 527-529. doi: 10.1016/j.neuron.2010.08.009
- Ως μέρος της έκθεσης (Ανατριχίλα! Η επιστήμη του φόβου), το Μουσείο της Επιστήμης στη Βοστώνη των Ηνωμένων Πολιτειών της Αμερικής (Boston, USA), ανέπτυξε κάποιες τρομακτικές δραστηριότητες για την τάξη. Δείτε την ιστοσελίδα του μουσείου (www.mos.org) ή χρησιμοποιήστε τον απευθείας σύνδεσμο: http://tinyurl.com/65savzz
- Για ένα άλλο παράδειγμα έρευνας με χρήση της fMRI, δείτε:
- Hayes E (2010) Η επιστήμη του χιούμορ από τον Allan Reiss. Science in School 17: 8-10.
Institutions
Review
Σ’ αυτό το άρθρο, διάφορα πειράματα έγιναν σε ποντίκια (στα οποία αναλύθηκαν η συμπεριφορά και η δραστηριότητα του εγκεφάλου), για να γίνουν κατανοητές οι λεπτομέρειες της αντίδρασής τους στο φόβο. Τέτοιες μελέτες είναι πολύ σημαντικές για να βελτιώσουμε ουσιαστικά τις γνώσεις μας για το πώς λειτουργεί ο ανθρώπινος εγκέφαλος.
Αυτό το άρθρο είναι πολύ χρήσιμο για να δώσει στους μαθητές μια ιδέα για το πώς γίνεται η έρευνα στα επιστημονικά εργαστήρια. Οι καθηγητές μπορούν να προτρέψουν τους μαθητές να διαβάσουν το άρθρο και στη συνέχεια να σκεφτούν πώς οι ίδιοι αντιδρούν στο φόβο, ίσως ακόμα και να εκτελέσουν κάποιο πείραμα. Επιπλέον, οι μαθητές μπορούν να συλλογιστούν τα εξελικτικά οφέλη αυτών των αντιδράσεων για τους προγόνους μας και πόσο χρήσιμα είναι στη σύγχρονη ζωή. Ακόμη, οι μαθητές μπορούν να προσπαθήσουν να βρουν αρκετές διαφορετικές αντιδράσεις διαφορετικών ζώων στο φόβο και να τις συσχετίσουν με το περιβάλλον τους.
Η χρήση νέων τεχνικών έρευνας, όπως η φαρμακογενετική και η λειτουργική μαγνητική τομογραφία (fMRI), επίσης αναφέρονται σ’ αυτό το άρθρο. Μαθητές ηλικίας 16 ετών και άνω μπορούν να βρουν περισσότερες πληροφορίες και για το πώς λειτουργούν αυτές οι τεχνικές και για την σημασία τους στην έρευνα.
Τέλος, το άρθρο αυτό θα μπορούσε επίσης να αποτελέσει έναυσμα για συζήτηση με θέμα την έρευνα που γίνεται πάνω σε ζώα. Οι μαθητές έχουν τη δυνατότητα να σκεφτούν πώς τα αποτελέσματα των ερευνών που γίνονται σε ζώα μπορούν να εφαρμοστούν στους ανθρώπους, και μπορούν επίσης να συζητήσουν και εναλλακτικές που μπορούν να χρησιμοποιηθούν αντί για τις δοκιμές σε ζώα.
Mireia Guell Serra, Ισπανία