Принципи на съзряването на емоционалната мозъчна верига

Мозъкът на бозайниците е организиран в припокриващи се, интеркалирани вериги и обширна информация е фокусирана върху съзряването на сетивните (визуални, слухови) и двигателните вериги (1-3). И все пак, много по-малко се знае за принципите на съзряване на "емоционалните" мозъчни вериги, включително тези, управляващи поведението, свързано с възнаграждението, стреса и страха.

Бозайниците са клас животни с напреднал интелект и памет и структурата и функцията на техните мозъци непрекъснато се подобряват и подобряват по време на дългия еволюционен процес. Както всички знаем, хората са най-интелигентният вид сред бозайниците и нашият голям мозък е източникът на нашия IQ.

Връзката между мозъка и паметта е неразривна, не само хората, но и много други бозайници имат силна памет. Например, много животни помнят своите територии, източници на храна и пътища, всички от които са от съществено значение за оцеляването. Изследванията са установили, че хипокампусът и префронталната кора на мозъка на бозайниците са най-важните области за формиране и съхранение на паметта.

В допълнение, бозайниците са разработили различни стратегии за памет в продължение на дълъг период на еволюция, за да се адаптират към различни жизнени среди и нужди. Слоновете и делфините например използват гласова памет, маймуните и катериците използват пространствена памет, мравките и пчелите използват химическа памет и т.н.

Тъй като връзката между мозъка и паметта е толкова тясна, ние трябва да ценим своята интелигентност и памет, постоянно да учим и изследваме нови знания и да поддържаме здравето и жизнеността на мозъка. В същото време трябва да обърнем внимание и да защитим жизнената среда на други бозайници, така че те да могат да продължат да упражняват своята мощна памет и интелигентност. Само като пазим и опазваме екологичната среда на природата заедно, можем да спечелим повече мъдрост и щастие. От тази гледна точка ние, хората, също трябва да подобрим имунитета. Cistanche може значително да подобри имунитета, тъй като Cistanche може също да регулира баланса на невротрансмитерите, като например повишаване на нивата на ацетилхолин и растежни фактори, които са важни за паметта и ученето е много важно. Освен това месото може също да подобри притока на кръв и да насърчи доставката на кислород, което може да гарантира, че мозъкът получава достатъчно храна и енергия, като по този начин подобрява жизнеността и издръжливостта на мозъка.

Щракнете върху познайте начините за подобряване на мозъчната функция

Доказателствата сочат, че сензорните входове от околната среда по време на чувствителен период в ранния постнатален живот имат важни ефекти върху развитието на емоционалната верига, точно както неблагоприятните или положителни образи, миризми и звуци влияят на чувствата и действията в зряла възраст.

Нарушената работа на емоционалните вериги е в основата на психичните заболявания и разстройствата, свързани с употребата на вещества. Следователно, засиленото разпознаване на принципите, ръководещи развитието на тези вериги, е важно за разбирането на човешкото здраве.

Установяването на сензорни вериги по време на развитието включва начална фаза на генетично и молекулярно управлявани събития, включително миграция на неврони и изграждане на синапси.

Последващото укрепване или подрязване на синапсите е процес, зависим от мрежовата дейност, който извайва зрели вериги (4). Мрежовата дейност, която е от решаващо значение за този процес, от своя страна се управлява от специфични за веригата сензорни входове (напр. последователности от тон, светлина или докосване). В допълнение, мрежовата активност, управлявана от сензорен сигнал, трябва да се осъществи по време на критичен или чувствителен период (1–3).

Въпреки това, изпълнението на сложно поведение при хора и други бозайници - и изчисленията, решенията и емоциите, които допринасят за такова поведение - изисква допълнителни мозъчни вериги.

Те получават конвергентна информация от мрежи, кодиращи и обработващи сигнали от околната среда, и от нервни проекции, които предават вътрешното състояние на тялото (вижте фигурата).

Тези вериги от висок ред, считани за "емоционални" или "когнитивни" според основното им участие в човешкото поведение (напр. паметта може да е когнитивна, докато "инстинктът" може да е емоционален), управляват многобройни потоци от информация, за да управляват сложно поведение. Докато откритията за структурата и функцията на емоционалните вериги се увеличават, тяхното развитие, и по-специално влиянието на сигналите от околната среда върху тяхното съзряване, остава слабо разбрано.

Фокусирайки се върху влиянието на сензорните сигнали в началото на постнаталния живот върху съзряването на емоционалната верига, се предполага, че непредсказуемите последователности от сигнали от околната среда влияят върху развитието и усъвършенстването на емоционалната верига, като насърчават уязвимостта към емоционални заболявания.

Емоционалните вериги включват префронтални кортикални области, таламични ядра, хипокампус, амигдала и хипоталамични ядра, както и допълнителни субкортикални области.

Координираните дейности на тези вериги изискват узряване на техните компоненти и по-нататъшно усъвършенстване на техните интегративни връзки. Въпреки че много въпроси относно естеството на съзряването на емоционалната верига не са напълно разрешени, информацията от развитието както на сетивните, така и на паметовите вериги е поучителна. Общото за двата процеса е концепцията за йерархия: във зрителните, сензорно-моторните и слуховите вериги развитието протича от периферните неврони, получаващи сигнали, към таламичните ядра от първи ред към кората, последвани от таламичните ядра от втори ред и кортикалните области които от своя страна участват в емоционални и когнитивни вериги от висок ред.

По-специално, подходящият екологичен сигнал за всяка сензорна верига определя генната експресия и клетъчната идентичност на невроните от първи ред, а дейностите на тези неврони определят идентичността и функцията на техните кортикални мишени.

Невроните в рамките на емоционалните (напр. възнаграждение) вериги функционират като клетки-мишени за изхода на сензорната верига и по този начин тяхната идентичност и дейности могат да бъдат управлявани от вход от интеркалиращи сензорни вериги. В подкрепа на тази идея, лишаването от сензорен вход смущава синаптичните връзки както на първичните сензорни релейни неврони, така и на невроните от висок ред, които принадлежат към емоционалната интегративна верига (5).

След като основната верига е установена, допълнителното скулптуриране на емоционалните вериги включва количествени промени в броя и/или силата на синапсите и промени в относителния принос на специфични за клетъчния тип невронни проекции към синаптичните комплементи на неврони в ключови мозъчни области (хъб възли ) на веригата. В този модел йерархичното развитие на интегративните емоционални вериги започва с зависимото от околната среда съзряване на сензорните мрежи, съчетано с това на релейните неврони, предаващи вътрешни състояния на тялото.

Подобна йерархия на развитие на веригата, повлияна от сензорни сигнали от околната среда, се осъществява в хипокампалната верига на учене и памет. Тук сензорните сигнали от околната среда се предават чрез региони на асоцииране в кората до невроните на повърхностния слой в медиалния енторинален кортекс, първият етап в йерархичното пространствено-времево съзряване на тази мрежа.

Техните последователности от синаптични сигнали (активност) на свой ред задвижват следващите етапи на съзряване на веригата, включително хипокампалните неврони по протежение на трисинаптичната пътека, последвани от дълбокослойни латерални клетки на енториналния кортекс (6). В подкрепа на това поетапно зависимо от активността прогресиране на обучението и развитието на веригата на паметта, заглушаването на възбудителната активност на всеки етап от мрежата при мишки уврежда съзряването на невроните надолу по веригата, но не и на тези нагоре по веригата.

По този начин информацията от развитието както на сетивните, така и на паметовите вериги предполага, че сензорни сигнали от няколко типа, възникващи по време на чувствителни периоди, са необходими за установяване на синаптични връзки на компоненти от първи и по-висок ред на зараждащи се емоционални вериги (2, 3, 5, 7).

И все пак, дали последващото усъвършенстване на функционалните невронни връзки, участващи в изпълнението на сложния поведенчески изход на емоционалните мрежи, зависи от сензорните сигнали и източникът и характеристиките на такива сигнали, остават неясни.

Изследванията върху хора подкрепят силното влияние на сетивните сигнали от ранния живот от околната среда върху развитието и функционирането на емоционалните вериги (8). Потенциалните източници и характеристики на тези входящи данни остават неясни, но основополагащи проучвания, подкрепени от появяващи се доказателства, показват, че изявените сензорни входящи данни за съзряването на емоционалните вериги възникват от близката среда на развиващ се човек (или гризач).

По време на чувствителния период, в който се развиват тези емоционални вериги – показано от рандомизирано контролирано проучване при румънски сираци, осиновени на различна възраст (9) и скорошна работа върху хора и гризачи (8), за да обхване съответно първите 2 години и 2 седмици от живота — основната близка среда се състои от родителите.

Следователно сензорните данни от родителите могат да бъдат важен параметър, който влияе върху съзряването на емоциите и техните основни вериги.

Естеството на родителските и други сензорни сигнали от околната среда, които насърчават или нарушават съзряването на емоционалните мозъчни вериги, е привлякло богат набор от наблюдателни и механични изследвания (9–13). Най-голямото внимание в изследванията върху хора е съсредоточено върху наличието, количеството и качеството на родителските сигнали (напр. чувствителност, отзивчивост) относно нуждите на бебето, със специален фокус върху поведението на майката, а не на бащата (8).

Въпреки това, проучвания, вдъхновени от съзряването на слуховата мрежа, подкрепят първостепенна роля не само в положителната или отрицателната валентност на родителските сигнали, но и в техните модели или последователности в съзряването на емоционалните вериги (1, 12).

При хората непредсказуемите (с висока ентропия) последователности от сензорни сигнали на майката към бебето предсказват трайни неблагоприятни емоционални резултати, включително по-лош контрол на емоциите и поведението (усилен контрол) (13), установен предиктор за умствена уязвимост и риск от посттравматично стресово разстройство по-късно в живота. Трябва да се отбележи, че при контролирани проучвания върху мишки и плъхове, непредсказуеми последователности от поведение на язовира директно доведоха до анормално съзряване на емоционалната верига и последващо нарушено подобно на удоволствието поведение при малките (11, 12, 14).

Механизмите, чрез които предсказуеми или непредвидими последователности от сензорни сигнали, получени от родителите, модулират съзряването на специфични мозъчни вериги, едва сега се появяват. Например, непредсказуеми последователности от поведение на грижите за майката на мишка влияят на синаптичната свързаност в ключови мозъчни възли, които допринасят за стреса и други емоционални вериги.

По-конкретно, мишки, отглеждани от майки, показващи непредсказуеми последователности на грижи (но със същото количество грижи като цяло) по време на чувствителния ранен постнатален период, имат увеличена плътност на функционалните възбудителни синапси на чувствителния към стрес и регулаторен кортикотропин-освобождаващ хормон (CRH), експресиращ хипоталамуса неврони (14).

Тази аберантна синаптична свързаност води до нарушени поведенчески и хормонални реакции към остър и хроничен стрес по-късно в живота. Механизмите за изобилна персистентност на възбудителни синапси върху CRH клетките включват отслабване на нормалното развитие на подрязване на тези възбудителни синапси от съседните микроглиални мозъчни клетки.

По-конкретно, както експресията, така и функцията на фагоцитния (поглъщащ синапса) микроглиален Mer тирозин киназен рецептор (MERTK) е намалена. Все още не е известно дали това е резултат от преките ефекти на непредсказуеми сигнали върху микроглията или ако невронното сигнализиране към микроглията е нарушено.

Проучвания при хора предполагат, че непредсказуемите последователности от сензорни сигнали и тяхното потенциално въздействие върху съзряването на мозъчните вериги при бебета и деца могат да обяснят значителна част от вариациите в емоционалните резултати (13).

Проспективни проучвания в Съединените щати и Финландия установиха, че непредсказуемите поредици от поведение на майката предвещават дефицити в усиления контрол и тези ефекти продължават въпреки корекцията за други важни променливи в ранния живот, включително чувствителността на майката към нуждите на бебето (обща мярка за качеството на майчиното поведение). поведение на грижа), социално-икономически статус и депресивни симптоми на майката (13).

Констатациите за трайно влияние на непредсказуеми последователности от сигнали от ранния живот върху функционалното съзряване на емоционалните вериги разкриват пътища за бъдещи изследвания. Например, последователности от сензорни сигнали могат да управляват невронната активност в рамките на вече развиваща се емоционална мрежа. Също така не е известно дали има йерархична прогресия на синаптичното усъвършенстване и съзряване в рамките на специфични емоционални вериги, аналогични на сетивните и паметовите вериги. Необходимо е по-нататъшно изследване на клетъчните популации (като хипоталамични CRH клетки), които са най-податливи на непредвидими последователности от сензорни сигнали. Освен това, могат ли да бъдат предотвратени или подобрени трайните дефицити в работата на емоционалните вериги, произтичащи от непредсказуеми сигнали в ранния живот?

Нови технологии, включително неинвазивна оптогенетика (15), биха позволили доставянето на предсказуеми и/или непредсказуеми последователности от сигнали, които активират специфични клетъчни популации в различни времеви точки по време на чувствителни периоди или по-късно. Такива експерименти в животински модели биха могли да тестват дали прилагането на предсказуеми сигнални последователности преодолява дефицитите в емоционално-подобни поведения, произтичащи от отглеждането в непредсказуема среда и може да информира за поведенчески интервенции при деца. Наистина, концептуалната рамка, описана тук, носи значителна потенциална полза: Ако непредсказуеми модели на сензорни сигнали в ранен живот нарушават нормалното съзряване на емоционалните вериги, което води до уязвимост към психични заболявания, тогава тези анормални модели могат да бъдат смекчени чрез превантивни или интервенционални поведенчески подходи ( 8).

БЛАГОДАРНОСТИ

Благодарим на CM Gall, G. Lynch и T. Hensch за техните ценни дискусии. Авторите са подкрепени от Националните институти по здравеопазване (грантове P50 MH096889, MH73136 и NS108296), фондация Bren и фондация Hewitt за биомедицински изследвания.

ЛИТЕРАТУРА И БЕЛЕЖКИ

Takesian AE, Bogart LJ, Lichtman JW, Hensch TK, Nat. Neurosci 21, 218 (2018). [PubMed: 29358666]

2. Cheng S, et al. Клетка 185, 311 (2022). [PubMed: 35063073]

3. Khazipov R, et al. Nature 432, 758 (2004). [PubMed: 15592414]

4. Faust TE, Gunner G, Schafer DP, Nat. Rev. Neurosci 22, 657 (2021). [PubMed: 34545240]

5. Frangeul L et al. Nature 538, 96 (2016). [PubMed: 27669022]

6. Донато F, Якобсен RI, Moser MB, Moser EI, Science 355, eaai8178 (2017). [PubMed: 28154241]

7. Kloc ML, Velasquez F, Niedecker RW, Barry JM, Holmes GL, Brain Stimul. 13, 1535 (2020). [PubMed: 32871261]

8. Luby JL, Baram TZ, Rogers CE, Barch DM, Trends Neurosci. 43, 744 (2020). [PubMed: 32863044]

9. Nelson CA 3rd et al. Science 318, 1937 (2007). [PubMed: 18096809]

10. Goodwill HL и др. Cell Rep. 25, 2299 (2018). [PubMed: 30485800]

11. Francis D, Diorio J, Liu D, Meaney MJ, Science 286, 1155 (1999). [PubMed: 10550053]

12. Molet J et al. Превод Психиатрия 6, e702 (2016). [PubMed: 26731439]

13. Davis EP et al. EBioMedicine 46, 256 (2019). [PubMed: 31362905]

14. Bolton JL et al. Cell Rep. 38, 110600 (2022). [PubMed: 35354026]

15. Chen R et al. Нац. Biotechnol 39, 161 (2021). [PubMed: 33020604]

For more information:1950477648nn@gmail.com