Piccoli circuiti neurali gestiscono il flusso della paura

Alcuni definiscono la paura come una risposta emotiva a una minaccia percepita. Sappiamo che la paura aumenta il battito cardiaco, stringe lo stomaco, stringe la gola e congela i muscoli sul posto.

Una nuova ricerca ha scoperto che la paura inizia nel cervello ed è lì, in particolare nei microcircuiti della struttura a forma di mandorla chiamata amigdala, che viene controllata, elaborata ed evocata.

Un team di ricerca guidato da scienziati del California Institute of Technology (Caltech) ha compiuto un passo importante verso la comprensione di come si verifica questo kickoff iniziando a sezionare i circuiti neurali della paura.

Il loro articolo è pubblicato nel numero di questa settimana della rivista Natura.

Nel documento, l'investigatore capo David J. Anderson, Ph.D., ha descritto un microcircuito nell'amigdala che controlla, o "cancella", il deflusso della paura da quella regione del cervello.

Il microcircuito in questione, ha spiegato Anderson, contiene due sottotipi di neuroni che sono antagonisti - hanno funzioni opposte - e che controllano il livello di paura emesso dall'amigdala agendo come un'altalena.

"Immagina che un'estremità di un'altalena sia ponderata e normalmente si trovi su un tubo da giardino, impedendo all'acqua - in questa analogia, l'impulso di paura - di fluire attraverso di essa", ha detto Anderson.

"Quando arriva un segnale che innesca una risposta di paura, preme verso il basso sull'estremità opposta dell'altalena, sollevando la prima estremità dal tubo e permettendo alla paura, come l'acqua, di fluire." Una volta che il flusso della paura è iniziato, quell'impulso può essere trasmesso ad altre regioni del cervello che controllano il comportamento pauroso, come il congelamento sul posto.

"Ora che sappiamo di questo meccanismo 'altalena'", ha aggiunto, "un giorno potrebbe fornire un nuovo obiettivo per lo sviluppo di farmaci più specifici per il trattamento di malattie psichiatriche basate sulla paura come disturbo da stress post-traumatico, fobie o disturbi d'ansia".

La chiave per comprendere questo delicato meccanismo, ha detto Anderson, era scoprire "marcatori", geni che avrebbero identificato e consentito agli scienziati di discriminare tra i diversi tipi di cellule neuronali nell'amigdala.

Il gruppo di Anderson ha trovato il suo marcatore in un gene che codifica per un enzima noto come protein chinasi C-delta (PKCδ). PKCδ è espresso in circa la metà dei neuroni all'interno di una suddivisione del nucleo centrale dell'amigdala, la parte dell'amigdala che controlla l'uscita della paura.

I ricercatori sono stati in grado di etichettare in modo fluorescente i neuroni in cui è espressa la protein chinasi; questo ha permesso ai ricercatori di mappare le connessioni di questi neuroni, nonché di monitorare e manipolare la loro attività elettrica.

Gli studi, ha detto Anderson, "hanno rivelato che i neuroni PKCδ + formano un'estremità di un'altalena, creando connessioni con un'altra popolazione di neuroni nel nucleo centrale che non esprimono l'enzima, che sono chiamati neuroni PKCδ".

Hanno anche dimostrato che i neuroni chinasi positivi inibiscono il deflusso dall'amigdala, dimostrando che agiscono come l'estremità dell'altalena che poggia sul tubo da giardino.

Tuttavia, rimaneva una domanda chiave: cosa succede all'altalena durante l'esposizione a un segnale che suscita paura? Anderson e i suoi colleghi hanno ipotizzato che il segnale di paura spingerebbe verso il basso sull'estremità opposta dell'altalena rispetto a quella formata dai neuroni PKCδ +, rimuovendo la crimpatura dal tubo da giardino e consentendo il flusso del segnale di paura. Ma come testare questa idea?

Entrano il neurofisiologo Andreas Lüthi e il suo studente Stephane Ciocchi, dell'Istituto Friedrich Miescher di Basilea, in Svizzera. In un lavoro svolto indipendentemente da quello del laboratorio Anderson, Lüthi e Ciocchi sono riusciti a registrare segnali elettrici dall'amigdala durante l'esposizione a stimoli che inducono paura.

È interessante notare che hanno trovato due tipi di neuroni che hanno risposto in modi opposti allo stimolo che induce la paura: un tipo ne ha aumentato l'attività, mentre l'altro tipo ha diminuito la sua attività. Come Anderson, avevano iniziato a pensare che questi neuroni formassero un'altalena che controlla l'uscita della paura dall'amigdala.

E così le due squadre hanno unito le forze per determinare se le cellule che Lüthi stava studiando corrispondessero alle cellule PKCδ + e PKCδ− che il laboratorio di Anderson aveva isolato. I risultati dell'esperimento sono stati "gratificantemente chiari", ha detto Anderson.

Le cellule che diminuivano la loro attività di fronte a stimoli che inducono paura corrispondevano chiaramente ai neuroni PKCδ + che il laboratorio di Anderson aveva isolato, mentre quelle che aumentavano la loro attività corrispondevano ai neuroni PKCδ.

"Questi risultati hanno supportato l'ipotesi che i neuroni PKCδ + fossero effettivamente all'estremità opposta dell'altalena rispetto a quella su cui il segnale di paura 'preme', coerente con la scoperta che i neuroni PKCδ + piegano il 'tubo della paura'", ha detto Anderson .

Il matrimonio tra biologia molecolare ed elettrofisiologia ha rivelato proprietà del circuito della paura che non avrebbero potuto essere scoperte in nessun altro modo, ha detto Anderson.

"La geografia funzionale del cervello è organizzata come quella del mondo", ha osservato. "È diviso in continenti, paesi, stati, paesi e città, quartieri e case; le case sono analoghe ai diversi tipi di neuroni. In precedenza, era stato possibile sezionare l'amigdala solo a livello di città diverse o, nel migliore dei casi, di quartieri. Ora, utilizzando queste nuove tecniche genetiche, siamo finalmente al livello delle case ".

E questo, aggiunge, è ciò che ci consentirà di comprendere appieno le reti di comunicazione che esistono tra i neuroni all'interno di una suddivisione del cervello, nonché tra suddivisioni e aree diverse.

"Sebbene questi studi facciano luce solo su una piccola parte del quadro, sono un passo importante in quella direzione", ha detto Anderson.

Fonte: California Institute of Technology