Načela zorenja čustvenega možganskega kroga

Možgani sesalcev so organizirani v prekrivajočih se, interkaliranih tokokrogih in obsežno telo informacij se je osredotočilo na zorenje senzoričnih (vidnih, slušnih) in motoričnih tokokrogov (1–3). Vendar je veliko manj znanega o načelih zorenja "čustvenih" možganskih krogov, vključno s tistimi, ki urejajo vedenje, povezano z nagrajevanjem, stresom in strahom.

Sesalci so razred živali z napredno inteligenco in spominom, struktura in delovanje njihovih možganov pa sta se med dolgim ​​evolucijskim procesom nenehno izboljševali in krepili. Kot vsi vemo, smo ljudje najinteligentnejša vrsta med sesalci in naši veliki možgani so vir našega IQ.

Odnos med možgani in spominom je neločljiv, ne le ljudje, ampak tudi številni drugi sesalci imajo močno spominsko funkcijo. Številne živali si na primer zapomnijo svoja ozemlja, vire hrane in poti, kar je vse bistveno za preživetje. Raziskave so pokazale, da sta hipokampus in prefrontalni korteks možganov sesalcev najpomembnejši regiji za oblikovanje in shranjevanje spomina.

Poleg tega so sesalci v dolgem obdobju evolucije razvili različne spominske strategije za prilagajanje različnim življenjskim okoljem in potrebam. Sloni in delfini na primer uporabljajo glasovni spomin, opice in veverice uporabljajo prostorski spomin, mravlje in čebele uporabljajo kemični spomin itd.

Ker je povezava med možgani in spominom tako tesna, bi morali ceniti svojo inteligenco in spomin, se nenehno učiti in raziskovati nova znanja ter ohranjati zdravje in vitalnost možganov. Hkrati pa moramo biti pozorni in varovati življenjsko okolje drugih sesalcev, da bodo lahko še naprej izvajali svoj močan spomin in inteligenco. Samo s skupnim varovanjem in varovanjem ekološkega okolja narave lahko pridobimo več modrosti in sreče. S tega vidika moramo tudi ljudje izboljšati imunost. Cistanche lahko bistveno izboljša imunost, saj lahko Cistanche uravnava tudi ravnovesje nevrotransmiterjev, kot je povečanje ravni acetilholina in rastnih faktorjev, ki so pomembni za spomin in učenje je zelo pomembno. Poleg tega lahko meso izboljša pretok krvi in ​​pospeši dostavo kisika, kar lahko zagotovi, da možgani prejmejo dovolj hranil in energije, s čimer se izboljša vitalnost in vzdržljivost možganov.

Kliknite Spoznajte načine za izboljšanje delovanja možganov

Dokazi kažejo, da imajo senzorični vnosi iz okolja v občutljivem obdobju v zgodnjem poporodnem življenju pomembne učinke na razvoj čustvenega kroga, tako kot negativne ali pozitivne podobe, vonjave in zvoki vplivajo na občutke in dejanja v odrasli dobi.

Moteno delovanje čustvenih vezij je osnova za duševne bolezni in motnje uživanja substanc. Zato je okrepljeno prepoznavanje načel, ki vodijo razvoj teh vezij, pomembno za razumevanje zdravja ljudi.

Vzpostavitev senzoričnih vezij skozi razvoj vključuje začetno fazo genetsko in molekularno pogojenih dogodkov, vključno z migracijo nevronov in konstrukcijo sinaps.

Kasnejša krepitev ali obrezovanje sinaps je proces, odvisen od omrežne dejavnosti, ki oblikuje zrela vezja (4). Omrežno dejavnost, ki je ključnega pomena za ta proces, poganjajo senzorični vnosi, specifični za vezje (npr. zaporedja tonov, svetlobe ali dotika). Poleg tega mora omrežna aktivnost, ki jo poganja senzorični signal, potekati v kritičnem ali občutljivem obdobju (1–3).

Vendar pa izvrševanje kompleksnega vedenja pri ljudeh in drugih sesalcih – ter izračuni, odločitve in čustva, ki prispevajo k takemu vedenju – zahteva dodatne možganske kroge.

Ti prejemajo konvergentne informacije iz omrežij, ki kodirajo in obdelujejo okoljske signale, in iz živčnih projekcij, ki prenašajo notranje stanje telesa (glej sliko).

Ta vezja visokega reda, ki veljajo za "čustvena" ali "kognitivna" glede na njihovo primarno vpletenost v človeško vedenje (npr. spomin je lahko kognitivni, medtem ko je "instinkt" lahko čustven), odločajo o številnih tokovih informacij za spodbujanje kompleksnega vedenja. Medtem ko je odkritij o strukturi in delovanju čustvenih vezij vedno več, njihov razvoj in zlasti vpliv okoljskih signalov na njihovo zorenje ostaja slabo razumljen.

Če se osredotočimo na vpliv senzoričnih signalov zgodaj v poporodnem življenju na zorenje čustvenega kroga, predlagamo, da nepredvidljiva zaporedja okoljskih signalov vplivajo na razvoj in izboljšanje čustvenega kroga, kar spodbuja ranljivost za čustvene bolezni.

Čustvena vezja obsegajo prefrontalna kortikalna področja, talamusna jedra, hipokampus, amigdalo in hipotalamična jedra ter dodatne subkortikalne regije.

Usklajeno delovanje teh vezij zahteva zorenje njihovih komponent in nadaljnje izpopolnjevanje njihovih integrativnih povezav. Medtem ko veliko vprašanj o naravi zorenja čustvenega kroga ni popolnoma razrešenih, so informacije iz razvoja čutnega in spominskega kroga poučne. Obema procesoma je skupen koncept hierarhije: v vidnem, senzorno-motoričnem in slušnem krogu poteka razvoj od perifernih nevronov, ki sprejemajo signale, do talamičnih jeder prvega reda do skorje, ki jim sledijo talamična jedra drugega reda in kortikalne regije. ki pa sodelujejo v čustvenih in kognitivnih tokokrogih visokega reda.

Predvsem ustrezen okoljski signal za vsako senzorično vezje določa izražanje genov in celično identiteto nevronov prvega reda, dejavnosti teh nevronov pa določajo identiteto in funkcijo njihovih kortikalnih tarč.

Nevroni znotraj čustvenih (npr. nagradnih) krogov delujejo kot ciljne celice za izhod senzoričnih vezij, zato lahko njihove identitete in dejavnosti poganjajo vhodi iz interkaliranih senzoričnih vezij. V podporo tej ideji, pomanjkanje senzoričnega vnosa moti sinaptične povezave primarnih senzoričnih relejnih nevronov in nevronov visokega reda, ki pripadajo čustvenemu integrativnemu vezju (5).

Ko je osnovno vezje vzpostavljeno, dodatno oblikovanje čustvenih vezij vključuje kvantitativne spremembe v številu in/ali moči sinaps in spremembe v relativnih prispevkih nevronskih projekcij, specifičnih za tip celice, k sinaptičnemu komplementu nevronov v ključnih možganskih regijah (vozlišča v vozliščih). ) vezja. V tem modelu se hierarhični razvoj integrativnih čustvenih vezij začne z od okoljskega signala odvisnim zorenjem senzoričnih mrež, skupaj z relejnimi nevroni, ki prenašajo notranja telesna stanja.

Podobna hierarhija razvoja vezja, na katero vplivajo senzorični okoljski signali, poteka v hipokampalnem vezju učenja in spomina. Tu se senzorični signali iz okolja prenašajo preko asociacijskih regij v skorji do nevronov površinske plasti v medialni entorinalni skorji, kar je prva stopnja v hierarhičnem prostorsko-časovnem zorenju tega omrežja.

Njihova zaporedja sinaptičnih signalov (aktivnosti) nato poganjajo naslednje stopnje zorenja vezja, vključno z nevroni hipokampusa vzdolž trisinaptične poti, ki jim sledijo globokoplastne lateralne celice entorhinalne skorje (6). V podporo temu postopnemu napredovanju učenja in razvoja spominskega vezja, ki je odvisno od dejavnosti, utišanje ekscitatorne aktivnosti na kateri koli stopnji omrežja pri miših poslabša zorenje nevronov navzdol, ne pa tistih navzgor.

Tako informacije iz razvoja senzoričnih in spominskih vezij kažejo, da so senzorični signali več vrst, ki se pojavljajo v občutljivih obdobjih, potrebni za vzpostavitev sinaptičnih povezav komponent prvega in višjega reda nastajajočih čustvenih vezij (2, 3, 5, 7).

Vendar ostaja nejasno, ali je kasnejše izboljšanje funkcionalnih nevronskih povezav, ki sodelujejo pri izvajanju kompleksnega vedenjskega izhoda čustvenih mrež, odvisno od senzoričnih signalov ter vira in značilnosti takih signalov.

Študije na ljudeh podpirajo močan vpliv čutnih signalov iz zgodnjega življenja iz okolja na razvoj in delovanje čustvenih vezij (8). Potencialni viri in značilnosti teh vnosov so ostali nejasni, vendar temeljne študije, podprte z nastajajočimi dokazi, kažejo, da pomembni senzorični vložki za zorenje čustvenih vezij izhajajo iz bližnjega okolja razvijajočega se človeka (ali glodalca).

V občutljivem obdobju, v katerem se razvijejo ti čustveni krogi – kot je razvidno iz randomizirane kontrolirane študije pri romunskih sirotah, posvojenih v različnih starostih (9) in nedavnega dela na ljudeh in glodavcih (8), ki je zajelo prvi 2 leti oziroma 2 tedna življenja — glavno bližnje okolje sestavljajo starši.

Zato so lahko senzorični vnosi staršev pomemben parameter, ki vpliva na zorenje čustev in njihovih temeljnih vezij.

Narava starševskih in drugih okoljskih senzoričnih signalov, ki spodbujajo ali motijo ​​​​zorenje čustvenih možganskih vezij, je pritegnila bogat nabor opazovalnih in mehaničnih študij (9–13). Največ pozornosti v študijah na ljudeh je bilo osredotočenih na prisotnost, količino in kakovost starševskih signalov (npr. občutljivost, odzivnost) o potrebah dojenčka, s posebnim poudarkom na vedenju matere in ne očeta (8).

Vendar pa študije, ki jih je navdihnilo zorenje slušnega omrežja, podpirajo glavno vlogo ne le pozitivne ali negativne valence starševskih signalov, temveč tudi njihovih vzorcev ali zaporedij pri zorenju čustvenih vezij (1, 12).

Pri ljudeh nepredvidljiva (visokoentropijska) zaporedja materinih senzoričnih signalov dojenčku napovedujejo trajne neugodne čustvene rezultate, vključno s slabšim nadzorom nad čustvi in ​​vedenjem (naporni nadzor) (13), ki je uveljavljen napovedovalec duševne ranljivosti in tveganja za kasnejšo posttravmatsko stresno motnjo. v življenju. Predvsem v nadzorovanih študijah na miših in podganah so nepredvidljiva zaporedja vedenja samic neposredno vodila do nenormalnega zorenja čustvenega kroga in posledično motenj užitku podobnega vedenja pri mladičih (11, 12, 14).

Mehanizmi, s katerimi predvidljiva ali nepredvidljiva zaporedja senzoričnih signalov, pridobljenih od staršev, modulirajo zorenje specifičnih možganskih vezij, se šele zdaj pojavljajo. Na primer, nepredvidljiva zaporedja vedenja pri mišji materinski oskrbi vplivajo na sinaptično povezljivost v ključnih možganskih vozliščih, ki prispevajo k stresu in drugim čustvenim tokokrogom.

Natančneje, miši, ki so jih vzrejale samice in ki kažejo nepredvidljiva zaporedja oskrbe (vendar z enako količino oskrbe na splošno) v občutljivem zgodnjem poporodnem obdobju, imajo povečano gostoto funkcionalnih ekscitatornih sinaps na hipotalamusu, ki je občutljiv na stres in uravnava kortikotropin sproščajoči hormon (CRH). nevroni (14).

Ta nenormalna sinaptična povezljivost povzroči motene vedenjske in hormonske odzive na akutne in kronične strese pozneje v življenju. Mehanizmi za bujno obstojnost ekscitatornih sinaps na celicah CRH vključujejo oslabitev normalnega razvojnega obrezovanja teh ekscitatornih sinaps s sosednjimi mikroglialnimi možganskimi celicami.

Natančneje, tako izražanje kot delovanje fagocitnega (zajema sinapse) mikroglialnega Mer tirozin kinaznega receptorja (MERTK) sta zmanjšani. Ni še znano, ali je to posledica neposrednih učinkov nepredvidljivih signalov na mikroglijo ali pa je moteno nevronsko signaliziranje mikroglije.

Študije na ljudeh kažejo, da lahko nepredvidljiva zaporedja čutnih signalov in njihov potencialni vpliv na zorenje možganskih vezij pri dojenčkih in otrocih pojasnijo pomemben del variance v čustvenih rezultatih (13).

Prospektivne študije v Združenih državah in na Finskem so pokazale, da nepredvidljiva zaporedja materinega vedenja nakazujejo pomanjkanje napornega nadzora in da so ti učinki vztrajali kljub popravku drugih pomembnih spremenljivk zgodnjega življenja, vključno z materino občutljivostjo za dojenčkove potrebe (običajno merilo kakovosti materinega negovalno vedenje), socialno-ekonomski status in depresivne simptome pri materi (13).

Ugotovitve o trajnem vplivu nepredvidljivih zaporedij signalov zgodnjega življenja na funkcionalno zorenje čustvenih vezij razkrivajo poti za prihodnje raziskave. Na primer, sekvence senzoričnih signalov lahko poganjajo nevronsko aktivnost znotraj že razvijajočega se čustvenega omrežja. Prav tako ni znano, ali obstaja hierarhično napredovanje sinaptičnega izpopolnjevanja in zorenja znotraj specifičnih čustvenih krogov, analogno senzoričnim in spominskim krogom. Potrebne so nadaljnje raziskave celičnih populacij (kot so hipotalamične celice CRH), ki so najbolj dovzetne za nepredvidljiva zaporedja senzoričnih signalov. Poleg tega, ali je mogoče preprečiti ali izboljšati trajne pomanjkljivosti v delovanju čustvenih vezij, ki so posledica nepredvidljivih signalov v zgodnjem življenju?

Nove tehnologije, vključno z neinvazivno optogenetiko (15), bi omogočile dostavo predvidljivih in/ali nepredvidljivih zaporedij signalov, ki aktivirajo specifične celične populacije v različnih časovnih točkah v občutljivih obdobjih ali kasneje. Takšni poskusi na živalskih modelih bi lahko preizkusili, ali dajanje predvidljivih signalnih zaporedij premaga pomanjkljivosti čustveno podobnega vedenja, ki je posledica vzgoje v nepredvidljivih okoljih, in lahko informira o vedenjskih posegih pri otrocih. Konceptualni okvir, ki je tukaj opisan, dejansko prinaša znatne potencialne koristi: če nepredvidljivi vzorci čutnih signalov v zgodnjem življenju motijo ​​normalno zorenje čustvenih vezij, kar vodi v ranljivost za duševne bolezni, potem je mogoče te nenormalne vzorce omiliti s preventivnimi ali interventnimi vedenjskimi pristopi ( 8).

ZAHVALA

Zahvaljujemo se CM Gallu, G. Lynchu in T. Henschu za njihove dragocene razprave. Avtorje podpirajo Nacionalni inštituti za zdravje (dotacije P50 MH096889, MH73136 in NS108296), fundacija Bren in fundacija Hewitt za biomedicinske raziskave.

LITERATURA IN OPOMBE

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

2. Cheng S, et al. Celica 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. Donato F, Jacobsen 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. Znanost 318, 1937 (2007). [PubMed: 18096809]

10. Goodwill HL et al. 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. prevod Psihiatrija 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. Nat. Biotechnol 39, 161 (2021). [PubMed: 33020604]

For more information:1950477648nn@gmail.com