Læring og unlearning å frykte: De to ansiktene av noradrenalin (2017)

Noradrenalin er et hormon og en nevrotransmitter som gjør kroppen og sinnet vårt klare for handling. I kroppen inkluderer dette funksjoner i det sympatiske nervesystemet, som å øke hjertefrekvens, blodtrykk og blodstrøm til musklene. I hjernen hjelper noradrenalin oss med å holde oss våkne og fokusere oppmerksomheten vår, men det er også viktig for emosjonell læring, spesielt når det gjelder frykt og angst. Selv om forskere lenge har trodd at alle noradrenerge nevroner i locus coeruleus sender de samme signalene til resten av hjernen gjennom en enkelt, homogen populasjon av celler , var det noe som ikke stemte for teamet ved RIKEN.

Som teamleder Joshua Johansen forklarer: «locus coeruleus fungerer i mange atferder, inkludert emosjonell læring og kognitiv og atferdsmessig fleksibilitet. Vi lurte på hvordan et homogent system kunne regulere disse tilsynelatende motstridende aspektene ved atferd. Overraskende nok var svaret at systemet ikke er homogent.»

Teamet kom til denne konklusjonen ved å undersøke to typer læring. Den første var fryktlæring, der et dyr lærer å assosiere en lyd med en fryktinngytende hendelse. Denne typen læring er kjent for å involvere økning av noradrenalin i en del av hjernen som kalles amygdala. Den andre var fryktlæring (extinction of fear learning), der assosiasjonen mellom lyden og hendelsen avlæres gjennom repetisjon av lyden uten den fryktinngytende hendelsen. Denne typen fleksibel læring involverer økning av noradrenalin i en del av hjernen som kalles mediale prefrontale cortex.

Eksperimenter viste at i løpet av fryktlæring ble de fleste noradrenerge nevroner aktivert av den intense aversive situasjonen. Men som fryksrespons endret under utryddelse, var en gruppe lokus coeruleus nevroner aktiv tidlig i læring da fryktreaksjoner fortsatt var høye, mens en annen gruppe begynte å reagere ettersom foreningen var unlearned og de emosjonelle reaksjonene ble undertrykt.

Ytterligere eksperimenter viste at den noradrenergiske cellegruppen aktiv under fryktede tilstander sendte fremskrivninger til amygdala, mens gruppen aktiv under utryddelse projiserte til medial prefrontal cortex.

Funksjonene til disse to separate fremspringene ble tydelige når laget brukte optogenetikk til å hemme den ene eller den andre i de ulike læringstilstandene. Inhibering av projeksjonen til amygdalaen under fryktlæring forhindret dyr i å knytte lyden med den fryktede hendelsen, mens den hindret den under utryddelsen, lette en retur til normal, fleksibel oppførsel. I motsetning til dette hindret prefrontal projeksjon ingen effekt på fryktlæring, men i stedet redusert utryddelseslæring, noe som resulterte i dyr som fortsatte å oppføre seg som om de var redd for lyden, selv om det ikke lenger forutsier den fryktelige hendelsen.

«Selv om alle noradrenerge celler responderte sterkt under intens fryktlæring, fant vi at under ekstinksjonslæring, når emosjonelle responser må undertrykkes, er mindre populasjoner av noradrenalinceller engasjert på forskjellige tidspunkter», fortalte Johansen. «Spesifikt skifter aktiveringen fra amygdala-projiserende celler som prøver å opprettholde fryktresponser , til prefrontale cortex-projiserende celler som er viktige for å overstyre disse emosjonelle responsene. Dette er det som muliggjør et skifte fra refleksive emosjonelle responser til normal, fleksibel atferd.»

Fordi narkotika som er rettet mot noradrenalinsystemet, for tiden er under utvikling for behandling av angstlidelser, kan disse funnene få innvirkning på fremtidig legemiddelfunn.

«Ved å forstå de detaljerte kretsene som ligger til grunn for fryktlæring og sikkerhetslæring», sier Johansen, «antyder studien vår at noradrenalinbaserte behandlingsmetoder ville ha nytte av mer spesifikk målretting og differensiell regulering av disse frykt- og frykt-motvirkende populasjonene av noradrenerge celler.»

Labbet undersøker nå molekylære forskjeller mellom disse forskjellige cellepopulasjonene i håp om å utvikle bedre medisinske behandlinger for angstlidelser.

Utforsk videre: Voksenhjerner produserer nye celler i tidligere uoppdagede områder

Mer informasjon: Modulær organisering av hjernestammens noradrenalinsystem koordinerer motstridende læringstilstander, Nature Neuroscience (2017). DOI: 10.1038/nn.4642