211service.com
En på-av-brytare för ångest
Med ett tryck på en exakt placerad ljusströmbrytare kan möss förmås att krypa ihop i ett hörn i rädsla eller modigt utforska sin miljö. Studien belyser kraften hos optogenetikteknologi - som gör det möjligt för neuroforskare att kontrollera genetiskt modifierade neuroner med ljus - för att utforska funktionerna hos komplexa neurala ledningar och kontrollera beteendet.
Ljus kontroll: Forskare använder fiberoptik för att kontrollera genetiskt modifierade neuroner i djurens hjärnor (som visas här).
I studien, Karl Deisseroth och medarbetare vid Stanford University identifierade en specifik krets i amygdala, en del av hjärnan som är central för rädsla, aggression och andra grundläggande känslor, som verkar reglera ångest hos gnagare. De hoppas att resultaten, publicerade i dag i tidskriften Natur , kommer att belysa den biologiska grunden för mänskliga ångeststörningar och peka mot nya mål för behandling.
Vi vill konceptualisera psykiatrisk sjukdom som verkliga fysiska enheter med fysiska substrat, säger Deisseroth. Precis som personer som har astma har reaktiva luftvägar, kan personer med ångestsyndrom ha en underaktiv projektion i amygdala.
Forskarna konstruerade möss för att uttrycka ljuskänsliga proteiner i specifika celler i amygdala som skickar ut neurala ledningar, kända som axoner, till olika understrukturer. Med hjälp av en specialdesignad fiberoptisk kabel implanterad i djurets hjärna fann forskarna att rikta ljuset för att aktivera en specifik krets hade en omedelbar och potent effekt på djurets beteende.
Jag har aldrig sett något liknande, säger Kay Tye, postdoktor i Deisseroths labb och huvudförfattare till studien. Möss är naturligtvis rädda för att utforska öppna områden, förklarar hon. Under normala omständigheter kommer djuret att sticka ut nosen och sedan springa in i ett hörn, säger Tye. Men när du tänder ljuset börjar djuret utforska plattformen utan synliga tecken på ångest. Sedan släcker du ljuset och det susar tillbaka in i hörnet.
Forskarna kunde inducera motsatt effekt med hjälp av ett ljuskänsligt protein som tystar cellerna istället för att aktivera dem.
Att skina ljus på cellernas kroppar, vilket i sin tur aktiverar axoner i flera kretsar, hade ingen effekt på djurens beteende, vilket belyser hur viktigt det är att kunna rikta in sig på enskilda kretsar i hjärnan.
Vår förståelse av de mer exakta kretsarna inom amygdala börjar just nu ta fart, säger vi Kerry Ressler , en neuroforskare vid Emory University som inte var involverad i studien. Optogenetik, där forskare kan aktivera specifika cellpopulationer och till och med delar av celler, är ett kraftfullt tillvägagångssätt för att dissekera hur amygdala modulerar rädsla och ångest.
Ki Ann Goosens , en neuroforskare vid MIT som inte var inblandad i studien, säger att forskningen kan hjälpa till att förklara individuell variation i ångestnivåerna i baslinjen. Fynden säger oss att den här kretsen bidrar till en individuell inställning för ångest, säger hon.
Det kan vara ett tema att några stora källor till dysfunktion vid psykiatriska störningar ligger i informationsflödet mellan olika hjärnregioner, säger Deisseroth. Detta är något som optogenetik är unikt lämpad att ta itu med.
Forskare hoppas att upptäckten i slutändan kommer att möjliggöra utvecklingen av nya behandlingar för ångestsjukdomar som är fria från biverkningar av befintliga läkemedel. Bensodiazepiner, som valium, är lugnande och medför risk för beroende. Möss som får bensodiazepener blir mindre rädda och mer utforskande, men läkemedlet påverkar också deras rörelser, vilket gör dem tröga, säger Tye. Att aktivera kretsen med ljus verkar inte framkalla detta problem. De här djuren nosar, putsar, gör allt normalt, säger hon.
För att göra mer selektiva ångestdämpande läkemedel skulle forskare behöva rikta in sig på endast den delmängd av celler som utgör denna krets, vilket kan visa sig vara svårt att göra kemiskt. Men Deisseroth arbetar redan på ett annat tillvägagångssätt, med hjälp av en icke-invasiv metod för att stimulera hjärnan som kallas transkraniell magnetisk stimulering (TMS). Tekniken använder magnetfält för att aktivera neuroner på hjärnans yta och är godkänd av Food and Drug Administration för att behandla depression. Genom att kombinera TMS och funktionell hjärnavbildning undersöker Deisseroth nu om det är möjligt att icke-invasivt stimulera specifika kretsar i den mänskliga hjärnan. Hans första studie, som precis har börjat, kommer att fokusera på en krets som hans team tidigare har kopplat till Parkinsons sjukdom.
Tye arbetar för att bättre förstå vilken roll den krets som identifieras i den aktuella studien spelar i rädsla i motsats till ångest. Medan de två termerna tenderar att vara utbytbara i vardaglig användning, definierar neuroforskare rädsla som ett svar på en specifik sak - till exempel ett högt ljud eller mötande trafik. Ångest, å andra sidan, är kronisk, generaliserad rädsla. Rädsla kan vara viktigt för att överleva, men ångestsyndrom är missanpassningsbara, säger Tye.