Hjernen styrer og regulerer vår atferd basert på aktiviteten til milliarder av hjerneceller koblet sammen i nettverk gjennom tusenvis av mikroskopiske kontaktpunkter, eller synapser. Hvordan aktiviteten i nevrale nettverk bidrar til atferd har interessert og engasjert forskere i lang tid. Frem til nå har slike spørsmål vært vanskelig å besvare på grunn av manglende teknologisk utstyr, men med stadig mer avanserte teknikker og metoder kan vi nå gjøre forsøk man tidligere bare kunne drømme om.

Et nylig publisert forskningsstudie gir en pekepinn på hvordan endret aktivitet i nervecellers kontaktpunkter er nært knyttet til frykt og angst. Forståelse av de underliggende cellulære mekanismene vil bedre forståelsen av hva som skjer i hjernen hvis noe går galt. Økt hjernekunnskap på mikronivå vil forme fremtidens behandling og diagnostikk av mennesker som rammes av hjernesykdommer, en av samfunnets virkelig store utfordringer.

Naturlig frykt versus overgeneralisert frykt (angst)

Frykt er en naturlig og viktig emosjonell respons avgjørende for videre overlevelse og reproduksjon (det lønner seg å legge på spring hvis man blir jaget av en bjørn for eksempel). Alle dyr har cellulære nettverk og prosesser til grunn for sloss-eller-stikk-responsen. Kall det overlevelsesinstinkt, men en beslutning må tas uten større grubling fordi det er spis eller bli spist.

Men, hva skjer hvis fryktresponsen aktiveres uten at vi egentlig ikke har noe å frykte? Hvis en situasjon oppleves truende kun utfra selve personens perspektiv? Da kan vi si at fryktresponsen har utviklet seg til en generalisert form for frykt, eller angst.

Et velkjent Pavlovisk eksperiment innebærer at et i utgangspunkt nøytralt stimulus (som en tone) kobles sammen med et farlig stimulus, et elektrisk støt for eksempel. Ved gjentatt paring vil man snart observere en økt fryktrespons når kun tonen presenteres alene. Dyret blir redd selv om det egentlig ikke har noe å frykte. Læring har nå inntruffet. Ved en senere anledning vil minnet fra en spesifikk opplevelse påvirke dyrets oppførsel i en ny, men liknende situasjon. Hvilken endring har nå funnet sted i kontaktpunktene mellom nervecellene? I dag kombinerer forskere flere metoder og teknikker for å lete etter svar på hvordan læring og hukommelse på mikronivå påvirker dyrets atferd og oppførsel.

Hvordan kontrolleres organiseringen av synapsene og hvordan skjer emosjonell læring på et cellulært nivå?

I en artikkel nylig utgitt i tidsskriftet Nature Neuroscience undersøkte forskerne hvordan signalstoffer regulerer en helt spesifikk populasjon av nerveceller (PKCδ+ nevroner) i amygdala, et område involvert i frykt og angst. Tidligere forsøk har vist at disse nervecellene var mer aktive etter at dyrene gjennomgikk forsøk hvis hensikt var å indusere frykt.

Forskerne tok utgangspunkt i observasjonen at aktiviteten til de spesifikke nervecellene er involvert i fryktrelatert atferd, og undret om disse nervecellene kun er involvert i akutt fryktrespons eller også i generaliseringen av frykt (les: angst). Videre ønsket de å undersøke mer nøyaktig hvordan nervecellene er involvert og hvordan de reguleres, og om mulig, undersøke en potensiell sammenheng mellom mikroskopiske endringer på cellenivå og atferd i levende dyr.

Først fant forskerne at mus eksponert for en klassisk (Pavlovian) betingingsoppgave (hvor en tone kobles med et fotsjokk) overførte frykten til andre omgivelser og oppgaver presentert 24 timer senere. Å bli utsatt for en liknende skremmende opplevelse førte til aktivering av de spesifikke nervecellene og en fysisk fryktrespons (sjekket ved å måle cellenes elektrofysiologiske parametere og hvor redde dyrene var i en delvis åpen og forhøyet plattform). Mus så altså ut til å ha utviklet en generell fryktrespons sammenliknet med kontrollgrupper som ikke ble utsatt for frykteksperimentet (men for et kontrolleksperiment).

For å undersøke hvorvidt de spesifikke nervecellene var involvert i frykt og angst, injiserte forskerne et lyssensitivt virus uttrykt kun i de spesifikke nervecellene for å se om hurtig og kunstig endring i spontan nevral aktivitet var tilstrekkelig for å drive endringer i fryktresponsen.  Ved kunstig stimulering med blått lys og påfølgende aktivering av hjernecellene resulterte dette i en sterkere fryktrespons, målt med video-registrering av dyrets bevegelse (når mus og rotter blir redde, står de helt stille for å unngå å bli oppdaget).  Dyr som ikke ble stimulert hadde en uendret fryktrespons. Når forskerne benyttet gult lys, som hemmer aktiviteten til disse spesifikke nervecellene, resulterte dette i lavere angstnivå i atferdsoppgavene.

Angstnivået korrelerer altså med de spesifikke nervecellenes spontane aktivitet og responsen til disse nevronene styres sannsynligvis av en indre mekanisme, hypotiserte forskerne.

Hjernedisseksjon gjør det mulig å registrere aktiviteten til spesifikke hjerneceller fra et ønsket hjerneområde. Tynne hjerneskiver legges i et bad av kunstig cerebrospinalvæske og nerveceller holdes i live i flere timer slik at forskerne kan se på variasjon i aktiviteten etter ekstern manipulasjon, ved bruk av ulike antagonister for eksempel. Forskerne fant en langsom (tonisk) inhibitorisk strøm som ble blokkert av antagonister. Videre, gjennom å observere aktiviteten til disse nervecellene, fant man at den spontane aktiviteten til disse neuronene styres av GABAerge (inhibitoriske) reseptorer.

Liten tue kan velte stort lass

Det viste seg at dyr utsatt for frykteksperimentet hadde nerveceller med modifiserte reseptorer som ikke slapp gjennom GABA i like stor grad sammenliknet med kontrolldyr. Konsekvensen er at disse nevronene ikke hemmes nok og at dyrene dermed utvikler angst. Aktivtetsnivået til nervecellene bestemmes gjennom eksitasjon og inhibisjon, og dette er altså helt nødvendig for å regulere fryktnivå. Både in vitro- og in vivo forsøk viste at inhibisjon styrer den spontane aktiviteten til de spesifikke neuronene i amygdala og styrker forskernes resultat.

En link er etablert mellom fysisk atferd og endringer på cellulært nivå; direkte disinhibisjon av nervecellene ser ut til å bidra til fryktgeneralisering på et atferdsnivå.

I neste fase gjennom en rekke forsøk, utviklet forskerne en transgen mus som manglet den inhibitoriske reseptoren og disse dyrene uttrykte mer angst fordi nervecellene ikke ble tilstrekkelig inhibert. Gjennom å ytterligere å spesifisere sine forsøk, designet forskerene en celle-spesifikk knockout hvor en subenhet i den inhibitoriske reseptoren manglet kun i de spesifikke nervecellene. Slutningen forskerne kunne dra var at én enkelt subenhet i den inhibitoriske reseptoren var ansvarlig for regulering av angst hos mus.

Fra nervecelle til sloss-eller-stikk, et steg på vei

Det er fascinerende og spennende at forskerne, gjennom en rekke kontrollerte forsøk, har vist at en liten del av en reseptor kan regulere aktiviteten til en spesifikk type hjernecelle som koder informasjon relatert til angstfylt atferd.

Justering av aktiviteten til neuronene er en generell mekanisme som påvirkes både av interne og eksterne stimuli som igjen modulerer komplekse atferdsmønstre, angst inkludert. Andre prosesser er selvsagt også involvert, på mikro- og makro nivå, hvordan signaler og informasjon strømmer gjennom hjernen er på ingen måte triviell. Frykt og angst er sammensatte fenomen bestående av ulike komponenter som oppstår i interaksjon mellom nerveceller og områder – et intrikat nevralt nettverk ligger til grunn for en komplisert kognitiv og emosjonell respons. Grunnforskningen bidrar til små og viktige deler av et større bilde.

Kilde:

Regulating anxiety with extrasynaptic inhibition. Paolo Botta, Lynda Demmou, Yu Kasugai, Milica Markovic, Chun Xu, Jonathan P. Fadok, Tingjia Lu, Michael M. Poe, Li Xu, James M. Cook, Uwe Rudolph, Pankaj Sah, Francesco Ferraguti, Andreas Lüthi. Nat Neurosci. Author manuscript; available in PMC 2016 April 1.Published in final edited form as: Nat Neurosci. 2015 October; 18(10): 1493–1500. Published online 2015 August 31. doi: 10.1038/nn.4102 PMCID: PMC4607767