Grupa naukowców z instytutów biologii w Warszawie po raz pierwszy wykazała eksperymentalnie, że za strach i mechanizmy go tłumiące odpowiadają inne obwody neuronalne w mózgu. Badania sfinansowano z grantów Fundacji na rzecz Nauki Polskiej, Narodowego Centrum Nauki, 7 Programu Ramowego Komisji Europejskiej i programu ERA-NET NEURON współfinansowanego przez Narodowe Centrum Badań i Rozwoju.
Wygaszanie reakcji strachu nie polega na wymazywaniu pamięci o wywołujących go bodźcach, ale na tworzeniu nowych, konkurencyjnych śladów pamięciowych. Już od pewnego czasu podejrzewano, że obwody neuronalne w mózgu odpowiedzialne za wygaszanie strachu są inne niż obwody zaangażowane w przywracanie reakcji strachu. Przypuszczenie udało się obecnie potwierdzić doświadczalnie. Nowatorskie eksperymenty, opisane w prestiżowym czasopiśmie Amerykańskiej Akademii Nauk PNAS, przeprowadzili naukowcy z Instytutu Biologii Doświadczalnej PAN im. M. Nenckiego oraz Międzynarodowego Instytutu Biologii Molekularnej i Komórkowej (MIBMiK) w Warszawie, kierowani przez dr Ewelinę Knapską, dr. hab. Jacka Jaworskiego oraz prof. Leszka Kaczmarka.
- Badania wykonaliśmy na specjalnie opracowanej, zmodyfikowanej genetycznie odmianie szczurów, otrzymanej w Instytucie im. Nenckiego. W efekcie byliśmy w stanie obserwować połączenia między komórkami nerwowymi aktywującymi się w mózgu zwierząt przeżywających strach - wyjaśnia dr Ewelina Knapska, kierownik Pracowni Neurobiologii Emocji w Instytucie Nenckiego.
Strach, będący silną, odruchową reakcją organizmu na określony bodziec, pełni istotną rolę ewolucyjną. Zwierzę, które go odczuwa, ma większe szanse na przeżycie w nieprzyjaznym środowisku. Przesadny strach prowadzi jednak do zaburzeń lękowych, które mogą w istotny sposób utrudniać funkcjonowanie organizmu.
Zaburzenia strachu u ludzi i zwierząt można leczyć za pomocą terapii behawioralnej. Polega ona na prezentowaniu w bezpiecznej sytuacji bodźca lub bodźców wywołujących strach. Wielokrotne eksponowanie na takie bodźce powoduje, że osobnik w odpowiedzi przestaje z czasem się bać.
Praktyka pokazuje, że wygaszanie strachu nie jest ani trwałe, ani kompletne. Chory człowiek może przestać reagować na bodziec w gabinecie terapeutycznym, ale zmiana otoczenia, np. wyjście na ulicę, może doprowadzić do nawrotu strachu. Aż u 70-80% chorych lęk powraca po kilku latach od zakończenia terapii.
- Wcześniejsze badania sugerowały, że ślad pamięciowy strachu powstaje w strukturach ciała migdałowatego, którymi sterują kora przedczołowa i hipokamp - mówi dr Knapska.
Struktury mózgowe odpowiedzialne za odczuwanie i wygaszanie strachu wykształciły się ewolucyjnie wcześnie, dlatego można je badać doświadczalnie u zwierząt, np. szczurów. Aby eksperymenty były w ogóle możliwe, należało opracować metodę śledzenia reakcji pojedynczych komórek nerwowych na bodziec strachu lub jego brak. W tym celu zmieniono genom szczura. Pomysłodawcami odpowiedniej modyfikacji genetycznej byli dr Jacek Jaworski z Międzynarodowego Instytutu Biologii Molekularnej i Komórkowej oraz dr Morgan Sheng z Massachusetts Institute of Technology (MIT).
- W mózgach zmodyfikowanych przez nas szczurów, w zakończeniach synaptycznych aktywnych komórek nerwowych, gromadzi się pewne białko fluorescencyjne - wyjaśnia dr Jaworski. Wiadomo, że zgromadzone białko utrzymuje się w pobudzonych komórkach przez kilkadziesiąt godzin. Dlatego komórki, które zareagowały na dany bodziec stresowy, łatwo potem zidentyfikować w preparatach mikroskopowych. Oświetlone światłem odpowiedniej długości, świecą na zielono.
Zmodyfikowane genetycznie szczury, które wykazywały odpowiednią reakcję na bodziec stresowy, wystawiano na sytuacje zapewniające wysoki lub niski poziom strachu. Procedurę przygotowano w sposób gwarantujący, że znacznik fluorescencyjny zgromadzi się wyłącznie w komórkach reagujących na bodziec wywołujący strach. Analiza obrazów mikroskopowych tkanki mózgowej zwierząt pozwoliła stwierdzić, że w jądrze bocznym ciała migdałowatego są dwie subpopulacje komórek nerwowych, częściowo przestrzennie przemieszane, lecz niezależne funkcjonalnie.
- Badaliśmy połączenia nerwowe z kory przedczołowej i hipokampa do ciała migdałowatego. Dwie pierwsze struktury mózgu podpowiadają zwierzęciu, gdzie i kiedy wcześniej spotkało się ono z aktualną sytuacją, zaś ciało migdałowate zajmuje się przetwarzaniem emocji. Okazało się, że połączenia aktywowane przy ponownym wystąpieniu reakcji strachu są inne niż te uruchamiane w sytuacji, w której reakcja strachu pozostaje wygaszona - opisuje dr Knapska.
Opracowane przez warszawskich naukowców metody badawcze pozwolą w przyszłości podjąć poszukiwania środków farmakologicznych, które oddziaływałyby precyzyjnie na poszczególne sieci neuronalne odpowiedzialne za strach i jego tłumienie. Byłby to istotny postęp w leczeniu fobii. Substancje znane dotychczas wpływają bowiem nie na pojedyncze obwody neuronów, a na całe struktury mózgu. Oznacza to, że ich stosowanie mogłoby prowadzić do niekontrolowanego wymazywania śladów pamięciowych.
- Nasza metoda znakowania aktywnych neuronów jest elastyczna. W przyszłości zamierzamy dzięki niej zdobyć wiedzę także o połączeniach neuronalnych charakterystycznych dla innych niż strach kontekstów behawioralnych - podkreśla dr Knapska.
