Wie das Gehirn Emotionen verarbeitet: Neurowissenschaftler identifizieren Schaltkreise, die bei psychischen Erkrankungen, einschließlich Depressionen, eine Rolle spielen können | 2020

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Anonim

Eine neue Studie des MIT zeigt, wie zwei Populationen von Neuronen im Gehirn zu diesem Prozess beitragen. Die Forscher fanden heraus, dass diese Neuronen in einer mandelgroßen Region, der Amygdala, parallele Kanäle bilden, die Informationen über angenehme oder unangenehme Ereignisse transportieren.

Wenn Sie mehr darüber erfahren, wie diese Informationen weitergeleitet und fehlgeleitet werden, können psychische Erkrankungen wie Depressionen, Sucht, Angstzustände und posttraumatische Belastungsstörungen beleuchtet werden, sagt Kay Tye, Professor für Gehirn- und Kognitionswissenschaften und Mitglied des Picower-Instituts des MIT für Lernen und Gedächtnis.

"Ich denke, dieses Projekt schneidet wirklich über spezifische Kategorien von Krankheiten hinweg und kann auf fast jede psychische Erkrankung angewendet werden", sagt Tye, der leitende Autor der Studie, die in der Online-Ausgabe vom 31. März veröffentlicht wird Neuron .

Die Hauptautoren der Arbeit sind Postdoc Anna Beyeler und Doktorandin Praneeth Namburi.

Emotionale Schaltkreise

In einer früheren Studie identifizierte das Tye-Labor zwei Populationen von Neuronen, die an der Verarbeitung positiver und negativer Emotionen beteiligt sind. Eine dieser Populationen leitet Informationen an den Nucleus accumbens weiter, der eine Rolle beim Lernen spielt, lohnende Erfahrungen zu sammeln, während die andere Population Eingaben an die zentromediale Amygdala sendet.

In der neuen Studie wollten die Forscher herausfinden, was diese Neuronen als Tier tatsächlich tun, wenn sie auf einen beängstigenden oder lustvollen Reiz reagieren. Zu diesem Zweck markierten sie zunächst jede Population mit einem lichtempfindlichen Protein namens Channelrhodopsin. In drei Gruppen von Mäusen markierten sie Zellen, die in den Nucleus accumbens, die centromediale Amygdala und eine dritte Population, die mit dem ventralen Hippocampus in Verbindung steht, hineinragen. Tye's Labor hat zuvor gezeigt, dass die Verbindung zum ventralen Hippocampus mit Angst verbunden ist.

Das Markieren der Neuronen ist notwendig, da die Populationen, die auf verschiedene Ziele projizieren, ansonsten nicht zu unterscheiden sind. "Soweit wir sehen können, sind sie stark vermischt", sagt Tye. "Im Gegensatz zu einigen anderen Regionen des Gehirns gibt es keine topografische Trennung nach ihrem Aufenthaltsort."

Nach dem Markieren jeder Zellpopulation trainierten die Forscher die Mäuse, um zwischen zwei verschiedenen Geräuschen zu unterscheiden, von denen eines mit einer Belohnung (Zuckerwasser) und das andere mit einem bitteren Geschmack (Chinin) assoziiert ist. Sie zeichneten dann die elektrische Aktivität von jeder Gruppe von Neuronen auf, während die Mäuse auf die beiden Reize stießen. Mit dieser Technik können Wissenschaftler die Anatomie des Gehirns (welche Neuronen miteinander verbunden sind) und seine Physiologie (wie diese Neuronen auf Umwelteinflüsse reagieren) vergleichen.

Die Forscher waren überrascht, dass die Neuronen in jeder Subpopulation nicht alle gleich reagierten. Einige antworteten auf ein Stichwort und einige antworteten auf das andere, und einige antworteten auf beide. Einige Neuronen waren durch das Signal erregt, während andere gehemmt waren.

"Die Neuronen in jeder Projektion sind sehr heterogen. Sie machen nicht alle dasselbe", sagt Tye.

Trotz dieser Unterschiede fanden die Forscher Gesamtmuster für jede Population. Unter den Neuronen, die zum Nucleus accumbens projizieren, waren die meisten von dem lohnenden Reiz erregt und reagierten nicht auf den aversiven. Unter den Neuronen, die in die zentrale Amygdala projizieren, waren die meisten vom aversiven, aber nicht vom lohnenden Hinweis angetan. Unter den Neuronen, die zum ventralen Hippocampus projizieren, schienen die Neuronen ausgewogener zwischen dem Ansprechen auf die positiven und negativen Hinweise zu sein.

"Dies steht im Einklang mit der vorherigen Veröffentlichung, aber wir haben die tatsächliche neuronale Dynamik des Brennens und die Heterogenität hinzugefügt, die durch den vorherigen Ansatz der optogenetischen Manipulation maskiert wurde", sagt Tye. "Das fehlende Stück dieser Geschichte war, was diese Neuronen tatsächlich in Echtzeit tun, wenn das Tier mit Reizen konfrontiert wird."

Tief graben

Die Ergebnisse legen nahe, dass Neurowissenschaftler, um zu verstehen, wie das Gehirn Emotionen verarbeitet, tiefer in spezifischere Populationen eintauchen müssen, sagt Tye.

"Vor fünf oder zehn Jahren drehte sich alles um bestimmte Hirnregionen. In den letzten vier oder fünf Jahren konzentrierten wir uns mehr auf bestimmte Projektionen. Und jetzt bietet diese Studie ein Fenster in die nächste Ära, in der es sogar bestimmte Projektionen gibt Es gibt immer noch eine Heterogenität, auch wenn Sie auf dieser Ebene unterteilen ", sagt sie. "Wir haben noch einen weiten Weg vor uns, um die volle Komplexität des Gehirns zu erkennen."

Eine andere Frage, die noch offen ist, ist, warum sich diese verschiedenen Populationen in der Amygdala vermischen. Eine Hypothese ist, dass die Zellen, die auf verschiedene Eingaben reagieren, in der Lage sein müssen, schnell miteinander zu interagieren und die Antworten auf ein dringendes Signal wie eine Warnung, dass eine Gefahr vorliegt, zu koordinieren. "Wir untersuchen die Wechselwirkungen zwischen diesen verschiedenen Projektionen und sind der Meinung, dass dies ein Schlüssel dafür sein könnte, wie wir so schnell eine geeignete Aktion auswählen, wenn uns ein Anreiz präsentiert wird", sagt Tye.

Langfristig hoffen die Forscher, dass ihre Arbeit zu neuen Therapien für psychische Erkrankungen führen wird. "Der erste Schritt besteht darin, die Schaltkreise zu definieren und dann zu versuchen, Tiermodelle dieser Pathologien zu untersuchen und zu sehen, wie diese Schaltkreise unterschiedlich funktionieren. Dann können wir versuchen, Strategien zu entwickeln, um sie wiederherzustellen und dies auf menschliche Patienten zu übertragen", sagt er Beyeler, der bald ein eigenes Labor an der Universität Lausanne eröffnet, um diese Forschungsrichtung weiter voranzutreiben.