Winzige neuronale Schaltkreise verwalten den Fluss der Angst

Einige definieren Angst als emotionale Reaktion auf eine wahrgenommene Bedrohung. Wir wissen, dass Angst die Herzfrequenz erhöht, den Magen zusammenzieht, den Hals strafft und die Muskeln an Ort und Stelle einfriert.

Neue Forschungen haben ergeben, dass Angst im Gehirn beginnt und dort - insbesondere in Mikrokreisläufen der mandelförmigen Struktur, der Amygdala genannt - kontrolliert, verarbeitet und hervorgerufen wird.

Ein Forschungsteam unter der Leitung von Wissenschaftlern des California Institute of Technology (Caltech) hat einen wichtigen Schritt unternommen, um zu verstehen, wie dieser Anstoß erfolgt, indem es begonnen hat, die neuronalen Schaltkreise der Angst zu zerlegen.

Ihr Artikel wird in der dieswöchigen Ausgabe der Zeitschrift veröffentlicht Natur.

In der Arbeit beschrieb der leitende Ermittler David J. Anderson, Ph.D., einen Mikrokreislauf in der Amygdala, der den Abfluss von Angst aus dieser Region des Gehirns kontrolliert oder „Tore“.

Der fragliche Mikrokreislauf, erklärte Anderson, enthält zwei Subtypen von Neuronen, die antagonistisch sind - gegensätzliche Funktionen haben - und die das Ausmaß der von der Amygdala ausgehenden Angst steuern, indem sie sich wie eine Wippe verhalten.

"Stellen Sie sich vor, ein Ende einer Wippe ist beschwert und sitzt normalerweise auf einem Gartenschlauch, wodurch verhindert wird, dass Wasser - in dieser Analogie der Angstimpuls - durch das Wasser fließt", sagte Anderson.

"Wenn ein Signal eintrifft, das eine Angstreaktion auslöst, drückt es auf das gegenüberliegende Ende der Wippe, hebt das erste Ende vom Schlauch ab und lässt Angst wie Wasser fließen." Sobald der Fluss der Angst begonnen hat, kann dieser Impuls auf andere Regionen des Gehirns übertragen werden, die ängstliches Verhalten wie das Einfrieren an Ort und Stelle steuern.

"Jetzt, da wir über diesen Wippmechanismus Bescheid wissen", fügte er hinzu, "könnte er eines Tages ein neues Ziel für die Entwicklung spezifischerer Medikamente zur Behandlung von angstbasierten psychiatrischen Erkrankungen wie posttraumatischen Belastungsstörungen, Phobien oder Angststörungen darstellen."

Der Schlüssel zum Verständnis dieses heiklen Mechanismus lag laut Anderson darin, „Marker“ aufzudecken - Gene, die es den Wissenschaftlern ermöglichen würden, zwischen den verschiedenen neuronalen Zelltypen in der Amygdala zu unterscheiden.

Andersons Gruppe fand seinen Marker in einem Gen, das ein Enzym codiert, das als Proteinkinase C-Delta (PKCδ) bekannt ist. PKCδ wird in etwa der Hälfte der Neuronen innerhalb einer Unterteilung des zentralen Kerns der Amygdala exprimiert, dem Teil der Amygdala, der die Angstausgabe steuert.

Die Forscher konnten Neuronen, in denen die Proteinkinase exprimiert wird, fluoreszierend markieren; Dies ermöglichte es den Forschern, die Verbindungen dieser Neuronen abzubilden sowie ihre elektrische Aktivität zu überwachen und zu manipulieren.

Die Studien, sagte Anderson, "zeigten, dass PKCδ + -Neuronen ein Ende einer Wippe bilden, indem sie Verbindungen mit einer anderen Population von Neuronen im zentralen Kern herstellen, die das Enzym nicht exprimieren, die als PKCδ− -Neuronen bezeichnet werden."

Sie zeigten auch, dass die Kinase-positiven Neuronen den Abfluss aus der Amygdala hemmen - ein Beweis dafür, dass sie als Ende der Wippe fungieren, die auf dem Gartenschlauch ruht.

Dennoch blieb eine Schlüsselfrage offen: Was passiert mit der Wippe, wenn sie einem angstauslösenden Signal ausgesetzt wird? Anderson und seine Kollegen stellten die Hypothese auf, dass das Angstsignal am anderen Ende der Wippe als dem der PKCδ + -Neuronen nach unten drücken würde, wodurch die Kräuselung vom Gartenschlauch entfernt und das Angstsignal fließen gelassen würde. Aber wie kann man diese Idee testen?

Der Neurophysiologe Andreas Lüthi und sein Student Stephane Ciocchi vom Friedrich-Miescher-Institut in Basel, Schweiz. In einer Arbeit, die unabhängig von der des Anderson-Labors durchgeführt wurde, gelang es Lüthi und Ciocchi, elektrische Signale von der Amygdala während der Exposition gegenüber angstauslösenden Reizen aufzuzeichnen.

Interessanterweise fanden sie zwei Arten von Neuronen, die auf den angstauslösenden Reiz entgegengesetzt reagierten: Ein Typ erhöhte seine Aktivität, während der andere Typ seine Aktivität verringerte. Wie Anderson hatten sie begonnen zu glauben, dass diese Neuronen eine Wippe bildeten, die die Angstausgabe aus der Amygdala kontrolliert.

Und so schlossen sich die beiden Teams zusammen, um festzustellen, ob die von Lüthi untersuchten Zellen den von Anderson isolierten PKCδ + - und PKCδ− -Zellen entsprachen. Die Ergebnisse des Experiments waren "erfreulich klar", sagte Anderson.

Die Zellen, die ihre Aktivität angesichts angstauslösender Reize verringerten, entsprachen eindeutig den PKCδ + -Neuronen, die Andersons Labor isoliert hatte, während diejenigen, die ihre Aktivität erhöhten, den PKCδ− -Neuronen entsprachen.

"Diese Ergebnisse stützen die Hypothese, dass sich PKCδ + -Neuronen tatsächlich am anderen Ende der Wippe befinden als das, auf das das Angstsignal 'drückt', was mit der Feststellung übereinstimmt, dass PKCδ + -Neuronen den 'Angstschlauch' quetschen", sagte Anderson .

Die Verbindung von Molekularbiologie und Elektrophysiologie hat Eigenschaften des Angstkreislaufs offenbart, die auf keine andere Weise entdeckt werden konnten, sagte Anderson.

"Die funktionale Geographie des Gehirns ist wie die der Welt organisiert", bemerkte er. "Es ist in Kontinente, Länder, Staaten, Städte, Nachbarschaften und Häuser unterteilt. Die Häuser sind analog zu den verschiedenen Arten von Neuronen. Bisher war es nur möglich gewesen, die Amygdala auf der Ebene verschiedener Städte oder bestenfalls von Stadtteilen zu zerlegen. Mit diesen neuen Gentechniken sind wir nun endlich auf dem Niveau der Häuser. “

Und das, fügt er hinzu, wird es uns ermöglichen, die Kommunikationsnetze, die zwischen Neuronen innerhalb einer Unterteilung des Gehirns sowie zwischen Unterteilungen und verschiedenen Bereichen bestehen, vollständig zu verstehen.

"Während diese Studien nur einen kleinen Teil des Bildes beleuchten, sind sie ein wichtiger Schritt in diese Richtung", sagte Anderson.

Quelle: California Institute of Technology