Когда мозг замечает опасность раньше нас
Мы привыкли думать о страхе как о реакции на что-то внешнее. Громкий звук, хищник, неприятное воспоминание сначала должны быть обнаружены, а затем мозг превращает полученную информацию в состояние тревоги или страха.
Но исследование, опубликованное в Cell, показало гораздо более необычный механизм. По крайней мере у мышей один из ключевых участков системы страха способен реагировать непосредственно на изменение химической среды внутри мозга.
Речь идет о миндалине, или амигдале, участке мозга, давно связанном с формированием реакций страха. Исследователи обнаружили, что она может работать еще и как своеобразный химический датчик.
Газ, который меняет кислотность мозга
Авторы заинтересовались углекислым газом, CO₂. Когда его концентрация возрастает, происходит снижение pH, то есть среда становится более кислой.
В эксперименте вдыхание CO₂ действительно снижало pH мозга мышей и одновременно вызывало характерное защитное поведение. Одной из реакций было замирание: животное переставало двигаться, кроме движений, необходимых для дыхания.
Но само по себе совпадение еще ничего не доказывает. Нужно было понять, каким образом мозг обнаруживает это химическое изменение.
Здесь появился главный герой исследования: ASIC1a, кислоточувствительный ионный канал. Проще говоря, это белок в мембране нервных клеток, способный реагировать на повышение кислотности окружающей среды. ASIC1a особенно хорошо представлен в структурах, связанных со страхом, в том числе в миндалине.
Что произойдет, если отключить датчик
Исследователи использовали мышей, у которых ASIC1a отсутствовал из-за генетического изменения. И картина заметно изменилась.
Животные без ASIC1a гораздо слабее демонстрировали связанные со страхом реакции на CO₂. Похожий эффект возникал и тогда, когда работу канала подавляли фармакологически. Это происходило в нескольких экспериментальных тестах, включая замирание, избегание среды с CO₂ и усиление обучения страху.
Затем ученые проделали особенно показательный эксперимент. У мышей без ASIC1a они восстановили работу этого белка локально в миндалине. После этого нарушенная реакция на CO₂ усилилась вновь.
Получалось, что важна не только молекула ASIC1a сама по себе. Существенным оказалось и место ее работы: миндалина.
Можно ли вызвать страх одной кислотностью
Теперь эксперимент развернули в обратную сторону.
Если CO₂ вызывает закисление, а закисление активирует ASIC1a, достаточно ли снизить pH непосредственно в миндалине, не используя CO₂?
Исследователи вводили в миндалину кислый раствор. Этого оказалось достаточно, чтобы вызвать у обычных мышей замирание, похожее на реакцию при вдыхании CO₂. У животных без ASIC1a такая реакция была резко ослаблена.
Это важный поворот эксперимента. Миндалина выглядела уже не только как структура, которая получает сообщение об опасности откуда-то еще. Она сама могла обнаружить изменение химического состояния среды и запустить соответствующее поведение.
А если сделать мозг менее кислым?
Оставалась еще одна проверка. Если снижение pH действительно играет причинную роль, то уменьшение закисления должно ослабить реакцию.
Мышам вводили бикарбонат HCO₃⁻, который повышал pH в миндалине. После этого CO₂ все еще снижал pH, но уже не так сильно, как без бикарбоната.
И поведение менялось: у обычных мышей становилось меньше замирания, вызванного CO₂. Причем эффект зависел от ASIC1a: у животных, лишенных этого канала, дополнительное повышение pH уже практически ничего не меняло.
Еще интереснее оказалось другое. Повышение pH уменьшало не только реакцию непосредственно на CO₂. Оно ослабляло у обычных мышей и формирование контекстуального страха, а также замирание при запахе хищника. У мышей без ASIC1a такого эффекта исследователи не обнаружили.
Получается неожиданная картина: кислотность мозга могла участвовать не в одном узком экспериментальном ответе на углекислый газ, а в нескольких вариантах поведения, связанного со страхом.
Страх как внутренний сигнал
Самая интересная идея этой работы касается самой природы сигнала опасности.
Миндалина обычно рассматривается как часть системы, которая обрабатывает информацию, связанную со страхом. Эксперименты Ziemann и его коллег добавили к этой картине еще один слой: миндалина мышей способна выступать химическим сенсором, чувствительным к CO₂ и связанному с ним снижению pH.
Авторы предлагают молекулярную цепочку: повышение CO₂ приводит к закислению, снижение pH активирует ASIC1a, а работа этого канала в миндалине участвует в запуске поведения, связанного со страхом.
Это не означает, что исследование объяснило человеческий страх или панические атаки. Эксперименты проводились преимущественно на мышах. Авторы говорят осторожнее: полученные результаты дают основу для дальнейшего изучения биологических механизмов тревоги и паники.
Но сама находка меняет привычную перспективу. Иногда для системы страха может быть важен не образ угрозы, не звук и даже не воспоминание.
Сигналом может стать химическое изменение внутри самого мозга.
Источник
Adam E. Ziemann, Jason E. Allen, Nader S. Dahdaleh et al. The Amygdala Is a Chemosensor that Detects Carbon Dioxide and Acidosis to Elicit Fear Behavior. Cell, Volume 139, Issue 5, 25 November 2009, pp. 1012–1021. DOI: 10.1016/j.cell.2009.10.029.
