Ученые из лаборатории Дэвида Андерсона Калифорнийского технологического института исследовали реакцию мозга на появление каких-либо раздражителей. Предметом их изысканий был механизм, по которому мозг запоминает страхи.
Очень часто можно наблюдать ситуацию, когда чувство страха рождается из ниоткуда и остается, даже когда при свете ламп мрачная фигура наблюдателя превращается в шкаф с одеждой. Дело в том, что мозг человека сохраняет еще какое-то время сигнальную систему организма в активном состоянии, чтобы угроза не повторилась. Сохранение боевого настроя психики в работе с объектами, вызывающими страх, отличается от работы мозга на рефлексах.
Для того, чтобы установить, какие процессы происходят в мозге в этот момент, ученые провели серию тестов на мышах. Серия тестов показала неожиданный результат: устойчивые реакции на объекты страха оказались закодированы в центре мозга, который считался более примитивным и рефлексивным в эволюционном плане.
«Удивительно обнаружить такую нейронную динамику в гипоталамусе» — фундаментальной области мозга, обнаруженной у всех позвоночных, включая людей, — «поскольку этот тип постоянной активности чаще связан с когнитивными функциями, такими как рабочая память, в коре головного мозга».
Поведение мышей и особенности их защитного поведения достаточно хорошо изучены. Чаще всего у животных можно встретить реакции замирания и бегства. Для того, чтобы отследить работу мозга мышей, ученые провели опыт, поместив в клетку к мышам крысу. Оказалось, что под влиянием более крупной особи, мыши выбрали хождение по периметру вместо свободного перемещения по арене.
В 2015 году исследователи из лаборатории Андерсона обнаружили, что именно вентромедиальный гипоталамус (VMH) кодирует защитное поведение мышей, поэтому новое исследование было, в том числе, сфокусировано на его работе с объектами страха.
«Нейробиологи обычно считают гипоталамус примитивной областью, способной к контролю рефлексов. Нейроны получают стимул, реагируют соответствующим образом и снова отключаются. Наша работа показывает, что это не всегда так».
В этом новом исследовании команда обнаружила, что нейроны VMH активируются при представлении угрозы, например из-за крысы в клетке. Опыт показал, что нейроны остаются активными в течение десятков секунд даже после того, как крысу убирают из зоны видимости. Команда также обнаружила, что они могут побуждать мышей к проявлению страха, искусственно стимулируя эти нейроны, и, по сути, заставлять мышей не искусственно бояться и испытывать защитные реакции.
Поскольку сохраняющаяся реакция страха может быть связана с каким-то стойким запахом крыс, исследователи изучили реакцию страха у мышей, когда им предъявлялись только звуки с той частотой, с которой крысы вокализуют. В этом случае мыши также проявляли защитные реакции, а их нейроны VMH были постоянно активными в течение десятков секунд после того, как звук прекратился.
Затем команда более внимательно изучила активность отдельных нейронов VMH, а не только общую активность области. Это было бы похоже на изучение индивидуальной деятельности каждого музыканта в оркестре, вместо того, чтобы слушать, как весь оркестр играет вместе. Измерение активности отдельных нейронов показало, что существуют две различные популяции нейронов, каждая из которых реагирует на два разных типа угроз: звук крысы или присутствие крысы.
Каким образом постоянная нейронная активность длилась десятки секунд, когда нейроны срабатывают только всплесками активности порядка миллисекунд? Ученые пришли к выводу, что это можно объяснить двумя возможными механизмами. Во-первых, нейроны могут образовывать так называемую петлю нейронной обратной связи, которая вызывает их последовательную активацию, как бегуны передают эстафету. Возможно, что нейроны могут выделять в окружающую среду химические вещества, которые продолжают вызывать их повторную активацию. В качестве альтернативы может иметь место комбинация обоих сценариев.
С точки зрения практики, исследование может помочь ученым понять, как мозг запоминает страхи, чтобы стимулировать его работу в тех случаях, когда людям необходимо быть в постоянном напряжении, чтобы минимизировать риски для жизни. Например, во время исполнения каких-либо опасных видов работ.