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Ein Ein-Aus-Schalter für Angst
Mit einem präzise platzierten Lichtschalter können Mäuse dazu gebracht werden, sich ängstlich in eine Ecke zu ducken oder mutig ihre Umgebung zu erkunden. Die Studie unterstreicht die Leistungsfähigkeit der optogenetischen Technologie – die es Neurowissenschaftlern ermöglicht, gentechnisch veränderte Neuronen mit Licht zu kontrollieren – um die Funktionen komplexer neuronaler Verdrahtungen zu erforschen und das Verhalten zu kontrollieren.
Lichtsteuerung: Wissenschaftler verwenden Glasfasern, um gentechnisch veränderte Neuronen im Gehirn von Tieren zu steuern (wie hier gezeigt).
In der Studie, Karl Deisseroth und Mitarbeiter der Stanford University identifizierten einen spezifischen Schaltkreis in der Amygdala, einem Teil des Gehirns, der für Angst, Aggression und andere grundlegende Emotionen von zentraler Bedeutung ist und die Angst bei Nagetieren zu regulieren scheint. Sie hoffen auf die Ergebnisse, die heute in der Zeitschrift veröffentlicht wurden Natur , beleuchtet die biologischen Grundlagen menschlicher Angststörungen und weist auf neue Behandlungsziele hin.
Wir wollen psychiatrische Erkrankungen als reale physische Einheiten mit physischen Substraten konzeptualisieren, sagt Deisseroth. Genau wie Menschen mit Asthma reaktive Atemwege haben, können Menschen mit Angststörungen eine unteraktive Projektion in der Amygdala haben.
Die Forscher haben Mäuse so konstruiert, dass sie lichtempfindliche Proteine in bestimmten Zellen in der Amygdala exprimieren, die Nervendrähte, sogenannte Axone, an verschiedene Unterstrukturen aussenden. Unter Verwendung eines speziell entwickelten Glasfaserkabels, das in das Gehirn des Tieres implantiert wurde, fanden die Forscher heraus, dass das Ausrichten des Lichts, um einen bestimmten Schaltkreis zu aktivieren, eine sofortige und starke Wirkung auf das Verhalten des Tieres hatte.
So etwas habe ich noch nie gesehen, sagt Kay Tye, Postdoktorandin in Deisseroths Labor und Erstautorin der Studie. Mäuse haben von Natur aus Angst davor, offene Gebiete zu erkunden, erklärt sie. Unter normalen Umständen streckt das Tier die Nase heraus und huscht dann in eine Ecke, sagt Tye. Aber wenn Sie das Licht einschalten, beginnt das Tier, die Plattform ohne sichtbare Anzeichen von Angst zu erkunden. Dann schaltest du das Licht aus und es huscht zurück in die Ecke.
Den gegenteiligen Effekt könnten die Forscher mit einem lichtempfindlichen Protein herbeiführen, das die Zellen zum Schweigen bringt, anstatt sie zu aktivieren.
Das Beleuchten der Körper der Zellen, das wiederum Axone in mehreren Schaltkreisen aktiviert, hatte keinen Einfluss auf das Verhalten der Tiere und verdeutlichte, wie wichtig es ist, einzelne Schaltkreise im Gehirn gezielt ansprechen zu können.
Unser Verständnis der genaueren Schaltkreise innerhalb der Amygdala beginnt gerade erst richtig zu wachsen, sagt Kerry Ressler , einem Neurowissenschaftler an der Emory University, der nicht an der Studie beteiligt war. Optogenetik, bei der Wissenschaftler bestimmte Zellpopulationen und sogar Teile von Zellen aktivieren können, ist ein wirksamer Ansatz, um zu analysieren, wie die Amygdala Angst und Angst moduliert.
Ki Ann Goosens , ein Neurowissenschaftler am MIT, der nicht an der Studie beteiligt war, sagt, dass die Forschung dazu beitragen könnte, die individuelle Variation des Ausgangsangstniveaus zu erklären. Die Ergebnisse sagen uns, dass dieser Kreislauf zu einem individuellen Sollwert für Angst beiträgt, sagt sie.
Es mag ein Thema sein, dass einige der Hauptursachen für Funktionsstörungen bei psychiatrischen Erkrankungen im Informationsfluss zwischen verschiedenen Hirnregionen liegen, sagt Deisseroth. Dies ist etwas, für das die Optogenetik in einzigartiger Weise geeignet ist.
Die Forscher hoffen, dass die Entdeckung letztendlich die Entwicklung neuer Behandlungsmethoden für Angststörungen ermöglicht, die frei von Nebenwirkungen bestehender Medikamente sind. Benzodiazepine wie Valium wirken sedierend und bergen Suchtgefahr. Mäuse, denen Benzodiazepene verabreicht werden, werden weniger ängstlich und forschender, aber das Medikament beeinträchtigt auch ihre Bewegung und macht sie träge, sagt Tye. Das Aktivieren der Schaltung mit Licht scheint dieses Problem nicht hervorzurufen. Diese Tiere schnüffeln, putzen sich, machen alles ganz normal, sagt sie.
Um selektivere Anti-Angst-Medikamente herzustellen, müssten Wissenschaftler nur auf die Untergruppe der Zellen abzielen, die diesen Kreislauf bilden, was sich chemisch als schwierig erweisen könnte. Aber Deisseroth arbeitet bereits an einem anderen Ansatz und nutzt eine nicht-invasive Methode zur Stimulation des Gehirns namens transkranielle Magnetstimulation (TMS). Die Technologie verwendet Magnetfelder, um Neuronen auf der Oberfläche des Gehirns zu aktivieren, und ist von der Food and Drug Administration zur Behandlung von Depressionen zugelassen. Durch die Kombination von TMS und funktioneller Bildgebung des Gehirns untersucht Deisseroth nun, ob es möglich ist, bestimmte Schaltkreise im menschlichen Gehirn nichtinvasiv zu stimulieren. Seine erste Studie, die gerade begonnen hat, wird sich auf einen Schaltkreis konzentrieren, den sein Team zuvor mit der Parkinson-Krankheit in Verbindung gebracht hat.
Tye arbeitet daran, die Rolle, die der in der aktuellen Studie identifizierte Schaltkreis bei Angst im Gegensatz zu Angst spielt, besser zu verstehen. Während die beiden Begriffe im Alltag oft austauschbar sind, definieren Neurowissenschaftler Angst als Reaktion auf eine bestimmte Sache – zum Beispiel ein lautes Geräusch oder Gegenverkehr. Angst hingegen ist chronische, generalisierte Angst. Angst kann überlebenswichtig sein, Angststörungen sind jedoch fehlangepasst, sagt Tye.