Optogenetik erlaubt es Neurowissenschaftlern, die Angst aus- und wieder einzuschalten

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Webster's Dictionary definiert Angst als "eine unangenehme Emotion, die durch den Glauben entsteht, dass jemand oder etwas gefährlich ist, wahrscheinlich Schmerzen verursacht oder eine Bedrohung darstellt." Wann haben Sie das letzte Mal Angst erlebt? Gibt es eine Person, einen Ort oder eine Aktivität, die dich mit Angst erfüllt? Wie gehst du mit deiner Angst zurecht?

Als Ausdauersportler hatte ich viele furchterregende Situationen zu meistern: Schwimmen im Ironman-Triathlon in den haibefallenen Gewässern Südafrikas, Laufen im Death Valley in 130 ° F während des Badwater Ultramarathon und das Wissen, dass ich nonstop laufen musste für 24 Stunden auf einem Laufband an einer belebten Kreuzung in Manhattan.

Anstatt sich unter der Decke zu verstecken oder ängstliche Situationen zu vermeiden, lernte ich, wie ich mich "dem Drachen gegenüberstellen" konnte, indem ich eine Vielzahl von Techniken einsetzte, über die ich in Blogposts von Psychology Today geschrieben habe: "5 Neuroscience Based Ways to Clear Your Mind "und" Rückkehr zu einem unveränderten Ort zeigt, wie Sie sich geändert haben. "

Gibt es Menschen, Orte oder körperliche Aktivitäten, die dich mit Angst erfüllen?

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Ich war heute Morgen aufgeregt, um über eine Methode zu lesen, die Neurowissenschaftler am Massachusetts Institute of Technology (MIT) entwickelt haben, um angstbedingte Reaktionen bei Mäusen auszuschalten. Ihre Erkenntnisse öffnen die Tür für revolutionäre Methoden, mit denen die Menschen eines Tages ihre Gedanken neu ordnen können, um Angstkonditionierung und Vermeidungslernen zu negieren.

Die April-2015-Studie "Ein Schaltmechanismus zur Unterscheidung von positiven und negativen Assoziationen" wurde in der Zeitschrift Nature veröffentlicht .

Die MIT-Neurowissenschaftler verwendeten hochmoderne optisch-genetische Werkzeuge, um die Mechanismen der angstbedingten Vermeidung und des belohnungsgesteuerten Verhaltens aufzuzeigen, die beide für das Überleben einer Art entscheidend sind. Mithilfe von "Optogenetik" konnten die Forscher einzelne Neuronen manipulieren, die sowohl auf den " kontextspeichernden Hippocampus " als auch auf die " emotionsspeichernde Amygdala " projizierten.

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Neuronale Verschaltungen negativer (rot) und positiver (grün) Assoziationen sind oft miteinander verwoben,

Quelle: Praneeth Namburi, Anna Beyeler, Ph. D., Kay M. Tye, Ph.D., Massachusetts Institute of Technology

In einem unerwarteten Ergebnis fanden Kay Tye, PhD und Kollegen am MIT heraus, dass die Kreuzung von konvergenten Schaltkreisen in der basolateralen Amygdala sowohl in Angst- als auch in Belohnungslernen involviert ist. Anfänglich waren sie darüber im Unklaren, wie die Amygdala solche gegensätzlichen Verhaltensweisen orchestrieren konnte – wie nach einer Belohnung und Vermeidung.

Die Antwort auf dieses Rätsel scheint zu sein, dass ein neuronaler Schaltkreis zu einem Belohnungszentrum, dem Nucleus accumbens, projiziert und die anderen Projekte zu einem nahen Angstzentrum, der zentromedialen Amygdala, die die "Ausgangsstation" des emotionalen Zentrums des Gehirns ist.

Eine optische Stimulation der Belohnungszentrumsprojektion kann eine positive Verstärkung und ein Gefühl der Sicherheit verstärken. Auf der anderen Seite förderte die Stimulierung der Furchtzentrumsprojektion eine negative Verstärkung. In ähnlicher Weise beeinträchtigte das Blockieren der Furchtzentrumsprojektion das Angstlernen und verbesserte das Belohnungslernen.

Die Neurowissenschaftler fanden heraus, dass jede Schaltkreisprojektion aus getrennten Populationen ineinander verschlungener Neuronen besteht. Mit fluoreszenten Bead-Tracern der Optogenetik konnten sie unterscheiden, welche Neuronen zu welchem ​​Schaltkreis gehörten.

Für diese Studie unterzogen sich Mäuse klassischer Angst- oder Belohnungskonditionierung und wurden trainiert, entweder einen Ton zu fürchten, der mit einem Schock gepaart war, oder den Ton mit einer Zuckerbelohnung zu assoziieren. Die MIT-Forscher maßen die Stärke der neuralen Verbindungen in "ängstlichen" und "sicheren" Umgebungen.

Die bemerkenswerteste Entdeckung dieser Forschung war, dass die neuronale Konnektivität zur Belohnung von Center- Projektionen nach dem Lernen der Angst abnahm und mit Belohnungslernen zunahm . Umgekehrt nahm die Konnektivität zu Projektionen von Angstzentren mit Angstlernen zu und nahm nach Belohnungslernen ab.

"Diese konvergierenden Mechanismen in anatomisch verflochtenen Schaltkreisen könnten Hinweise darauf enthalten, wie sich positive und negative emotionale Assoziationen gegenseitig beeinflussen können", schloss Tye in einer Pressemitteilung.

Negative Emotionen können durch positive Emotionen auf einer neurobiologischen Ebene ersetzt werden

In einer ähnlichen Studie von Forschern am MIT konnten Susuma Tonegawa und Kollegen ein negatives Gedächtnis in ein positives Gedächtnis umwandeln. Die Studie vom August 2014, "Bidirektionaler Wechsel der Wertigkeit, die mit einem hippokampalen kontextuellen Gedächtnis Engram verbunden ist", wurde auch in der Zeitschrift Nature veröffentlicht .

In einer Pressemitteilung sagt Tonegawa: "Es gibt einige Hinweise aus der Psychotherapie, dass ein positives Gedächtnis Erinnerungen an negative Erfahrungen unterdrücken kann. Wir haben gezeigt, wie die emotionale Valenz von Erinnerungen auf zellulärer Ebene verändert werden kann. "

Die ekstatischen und traumatischen Episoden Ihres Lebens werden in spezifischen neuronalen Netzwerken gespeichert, die Engramm genannt werden und einzigartige Erinnerungen in Ihrem Gehirn darstellen. Haben Sie irgendwelche Symptome einer posttraumatischen Belastungsstörung, die mit einer angstbedingten Reaktion verbunden ist?

In den Tagen, als Manhattan noch einige raue Viertel hatte, wurde ich von drei Kerlen überfallen, die mich eines Nachts verprügelten, als ich nach Hause zu meiner Wohnung im East Village ging. Das Ereignis hinterließ tief eingegrabene Angstkonditionierung, die dazu führen würde, dass meine Handflächen schwitzen würden und mein Herz jedes Mal rennen würde, wenn ich ein paar Blocks vom Verbrechen entfernt war. Ich brauchte Monate, um auf demselben Weg nach Hause gehen zu können, auf dem ich zusammengeschlagen worden war.

Auf der anderen Seite kann die Kodierung eines bestimmten Ortes als sicher, sicher und zu Hause fühlen diese Realität schaffen. Als Athlet war ich in der Lage, positive Assoziationen zu schaffen, unabhängig von der Realität der Situation, und beherrschte die psychologische Raffinesse, die nötig ist, um jede Angstkonditionierung zu neutralisieren, die ich mit den Stürmen auf einer Rennstrecke verbinden könnte.

Da ich mich selbst als menschliche Laborratte betrachte, macht es Spaß zu lesen, dass Tonegawa beschreibt, wie diese Art von kontextueller Information im Hippocampus des Gehirns aufgezeichnet wird, während die emotionale Komponente des Gedächtnisses getrennt in der Amygdala gespeichert wird. Er erklärt es so: "Die Amygdala kann Informationen entweder mit einer positiven oder negativen Wertigkeit speichern und sie mit einer Erinnerung verbinden."

Tonegawa und seine Kollegen waren neugierig, ob sie eine Erinnerung verändern könnten, die bereits stark mit einer Emotion verbunden war. Die millionenschwere Frage lautete: "Wenn ein Tier einmal Angst vor einem Ort entwickelt hat, könnte die Erinnerung an diesen Ort stattdessen lustvoll sein?"

Um die Antwort zu finden, legten Tonegawa et al. Mäuse in eine Kammer, die einen leichten Schock abgab. Da sich die Maus aus angstbasierten Erinnerungen an diesen gefährlichen Ort zusammensetzte, nutzten sie Optogenetik, um ein lichtempfindliches Protein in die Zellen einzufügen, in denen die Informationen gespeichert waren.

Durch die Verknüpfung der Produktion des lichtempfindlichen Proteins mit der Aktivierung eines Gens, das bei der Codierung von Speichern eingeschaltet wird, konnten sie die Lichtempfindlichkeit auf die Zellen richten, die das neu gebildete Gedächtnis beherbergten.

Die Mäuse wurden dann aus der Kammer entfernt und ein paar Tage später reaktivierten die Wissenschaftler die Erinnerung künstlich, indem sie ein Licht in die Zellen leuchteten, die die Erinnerung an den ängstlichen Ort hielten. Wie erwartet reagierten die Tiere, indem sie einfrieren und weitere Erkundungen vermieden, die darauf hinwiesen, dass sie Angst hatten.

Dann begannen die Wissenschaftler, die Angst zu überschreiben, indem sie den Mäusen positive Assoziationen zu der angstvollen Kammer gaben, trotz ihrer negativen Assoziationen an den Ort. Also brachten sie die Mäuse in eine neue Umgebung, aber statt eines Schocks hatten sie die Möglichkeit, mit weiblichen Mäusen zu interagieren, die ihnen ein sicheres Gefühl gaben.

Während sich die Mäuse in einer sicheren Umgebung verbanden, aktivierten die Forscher ihre Angstspeicher-speichernden Neuronen erneut unter Verwendung von optogenetischem Licht. Aber diesmal aktivierten sie nur eine Untergruppe von Speicher-speichernden Neuronen – entweder im Hippocampus oder in der Amygdala.

Als die Forscher die Speicherzellen im Hippocampus reaktivierten, während die Mäuse mit den Weibchen interagierten, gewannen die Gedächtniszellen im Hippocampus eine neue positive emotionale Assoziation. Interessanterweise suchten die Mäuse nun nach den Umgebungen, die zuvor mit Angst in Verbindung gebracht worden waren.

Dies ist ein Beleg dafür, dass negative Erinnerungen unter Verwendung klassischer Konditionierung und Verflechtung positiver Assoziationen in neuronale Netzwerke, die mit negativen Umgebungen assoziiert sind, neu verkabelt werden können.

Schlussfolgerung: Was sind die menschlichen Auswirkungen der optogenetischen Forschung an Mäusen?

Tonegawa betont, dass der Erfolg, den die MIT-Forscher mit dem Ein- und Ausschalten der Emotionen einer Erinnerung bei Mäusen hatten, sich nicht sofort in menschliche Therapien oder Interventionen übersetzen lässt.

Leider gibt es derzeit keine Technologie, die menschliche Neuronen so manipulieren kann, wie dies MIT-Forscher in Mäusen tun können. Tonegawa glaubt jedoch, dass ein besseres Verständnis der neuronalen Schaltkreise, die den Hippocampus und die Amygdala verbinden, zur Entwicklung besserer Arzneimittel und anderer Interventionen in der Zukunft führen könnte.

Dieses Video von MIT zeigt, wie Optogenetik es Neurowissenschaftlern ermöglicht, die Aktivität bestimmter Neuronen zu kontrollieren.

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