Principper for modning af følelsesmæssig hjernekredsløb

Pattedyrshjernen er organiseret i overlappende, interkalerede kredsløb, og en omfattende mængde information har fokuseret på modningen af ​​sensoriske (visuelle, auditive) og motoriske kredsløb (1-3). Alligevel er meget mindre kendt om modningsprincipperne for "følelsesmæssige" hjernekredsløb, inklusive dem, der styrer belønnings-, stress- og frygtrelateret adfærd.

Pattedyr er en klasse af dyr med avanceret intelligens og hukommelse, og strukturen og funktionen af ​​deres hjerner er løbende blevet forbedret og forbedret under den lange evolutionære proces. Som vi alle ved, er mennesker den mest intelligente art blandt pattedyr, og vores store hjerne er kilden til vores IQ.

Forholdet mellem hjernen og hukommelsen er uadskilleligt, ikke kun mennesker, men også mange andre pattedyr har en stærk hukommelsesfunktion. For eksempel husker mange dyr deres territorier, fødekilder og stier, som alle er afgørende for overlevelse. Forskning har fundet ud af, at hippocampus og præfrontale cortex i pattedyrshjernen er de vigtigste regioner for hukommelsesdannelse og opbevaring.

Derudover har pattedyr udviklet en række forskellige hukommelsesstrategier over en lang udviklingsperiode for at tilpasse sig forskellige livsmiljøer og behov. Elefanter og delfiner bruger for eksempel vokal hukommelse, aber og egern bruger rumlig hukommelse, myrer og bier bruger kemisk hukommelse og så videre.

Fordi forholdet mellem hjernen og hukommelsen er så tæt, bør vi værne om vores intelligens og hukommelse, konstant lære og udforske ny viden og bevare hjernens sundhed og vitalitet. Samtidig skal vi også være opmærksomme på og beskytte andre pattedyrs livsmiljø, så de fortsat kan udøve deres stærke hukommelse og intelligens. Kun ved at vogte og beskytte naturens økologiske miljø sammen kan vi opnå mere visdom og lykke. Fra dette synspunkt har vi mennesker også brug for at forbedre immuniteten. Cistanche kan forbedre immuniteten markant, fordi Cistanche også kan regulere balancen af ​​neurotransmittere, såsom at øge niveauet af acetylcholin og vækstfaktorer, som er vigtige for hukommelsen og indlæring er meget vigtig. Derudover kan kød også forbedre blodgennemstrømningen og fremme ilttilførsel, hvilket kan sikre, at hjernen får tilstrækkelig næring og energi og derved forbedre hjernens vitalitet og udholdenhed.

Klik på kender måder at forbedre hjernens funktion

Beviser tyder på, at sensoriske input fra omgivelserne i en følsom periode i det tidlige postnatale liv har vigtige effekter på følelsesmæssig kredsløbsudvikling, ligesom negative eller positive billeder, lugte og lyde påvirker følelser og handlinger i voksenlivet.

Forstyrret drift af følelsesmæssige kredsløb ligger til grund for psykiske sygdomme og misbrugsforstyrrelser. Derfor er øget anerkendelse af principperne, der styrer udviklingen af ​​disse kredsløb, vigtig for at forstå menneskers sundhed.

Etableringen af ​​sensoriske kredsløb gennem hele udviklingen involverer en indledende fase af genetisk og molekylært drevne begivenheder, herunder neuronal migration og konstruktion af synapser.

Den efterfølgende styrkelse eller beskæring af synapser er en netværksaktivitetsafhængig proces, der danner modne kredsløb (4). Netværksaktiviteten, der er afgørende for denne proces, er til gengæld drevet af kredsløbsspecifikke sensoriske input (f.eks. sekvenser af tone, lys eller berøring). Derudover skal den sensoriske signaldrevne netværksaktivitet finde sted i en kritisk eller følsom periode (1-3).

Udførelsen af ​​kompleks adfærd hos mennesker og andre pattedyr – og de beregninger, beslutninger og følelser, der bidrager til en sådan adfærd – kræver imidlertid yderligere hjernekredsløb.

Disse modtager konvergerende information fra netværk, der koder og behandler miljøsignaler, og fra nerveprojektioner, der formidler kroppens indre tilstand (se figuren).

Disse højordens kredsløb, der betragtes som "emotionelle" eller "kognitive" i henhold til deres primære involvering i menneskelig adfærd (f.eks. kan hukommelsen være kognitiv, mens "instinkt" kan være følelsesmæssig), bedømmer adskillige strømme af information til at drive kompleks adfærd. Mens opdagelser om strukturen og funktionen af ​​følelsesmæssige kredsløb er stigende, er deres udvikling, og specifikt miljøsignalernes indflydelse på deres modning, stadig dårligt forstået.

Med fokus på indflydelsen af ​​sensoriske signaler tidligt i postnatalt liv på følelsesmæssig kredsløbsmodning, foreslås det, at uforudsigelige sekvenser af miljøsignaler påvirker følelsesmæssig kredsløbsudvikling og forfining, hvilket fremmer sårbarheder over for følelsesmæssige sygdomme.

Følelsesmæssige kredsløb omfatter præfrontale kortikale områder, thalamuskerner, hippocampus, amygdala og hypothalamuskerner samt yderligere subkortikale områder.

De koordinerede aktiviteter af disse kredsløb kræver modning af deres komponenter og yderligere forfining af deres integrative forbindelser. Mens mange spørgsmål om karakteren af ​​følelsesmæssig kredsløbsmodning ikke er fuldt løst, er information fra både sensorisk og hukommelseskredsløbsudvikling lærerig. Fælles for begge processer er begrebet hierarki: I de visuelle, sensorisk-motoriske og auditive kredsløb forløber udviklingen fra perifere signalmodtagende neuroner til førsteordens thalamuskerner til cortex, efterfulgt af andenordens thalamuskerner og corticale regioner som igen deltager i højordens følelsesmæssige og kognitive kredsløb.

Navnlig specificerer det passende miljøsignal for hvert sensorisk kredsløb genekspression og celleidentitet af førsteordens neuroner, og aktiviteterne af disse neuroner specificerer identiteten og funktionen af ​​deres kortikale mål.

Neuroner i følelsesmæssige (f.eks. belønnings-) kredsløb fungerer som målceller for det sensoriske kredsløbs output, og deres identiteter og aktiviteter kan derfor være drevet af input fra interkalerende sansekredsløb. Til støtte for denne idé forstyrrer fratagelse af sensorisk input de synaptiske forbindelser mellem både de primære sensoriske relæneuroner og de højordensneuroner, der tilhører emotionelle integrerende kredsløb (5).

Når først det grundlæggende kredsløb er etableret, involverer yderligere skulpturering af følelsesmæssige kredsløb kvantitative ændringer i antallet og/eller styrken af ​​synapser og ændringer i de relative bidrag fra celletypespecifikke neuronale projektioner til det synaptiske komplement af neuroner i centrale hjerneregioner (hubknudepunkter). ) af kredsløbet. I denne model begynder den hierarkiske udvikling af integrerede følelsesmæssige kredsløb med den miljømæssige signalafhængige modning af sensoriske netværk, kombineret med den af ​​relæneuroner, der formidler indre kropstilstande.

Et lignende hierarki af kredsløbsudvikling, påvirket af sensoriske miljøsignaler, finder sted i lærings- og hukommelseshippocampus-kredsløbet. Her overføres sensoriske signaler fra omgivelserne gennem associationsregioner i cortex til de overfladiske lag neuroner i den mediale entorhinale cortex, det første trin i den hierarkiske spatiotemporale modning af dette netværk.

Deres sekvenser af synaptiske signaler (aktivitet) driver igen de efterfølgende stadier af modning af kredsløbet, herunder hippocampale neuroner langs den trisynaptiske vej efterfulgt af dybtlags laterale entorhinale cortexceller (6). Til støtte for denne trinvise aktivitetsafhængige progression af indlæring og udvikling af hukommelseskredsløb, svækker dæmpning af excitatorisk aktivitet på ethvert trin af netværket hos mus modningen af ​​nedstrøms neuroner, men ikke af dem opstrøms.

Information fra både sensorisk og hukommelseskredsløbsudvikling tyder således på, at sensoriske signaler af flere typer, der forekommer i følsomme perioder, er nødvendige for at etablere synaptiske forbindelser af første- og højereordens komponenter i begyndende følelseskredsløb (2, 3, 5, 7).

Men hvorvidt den efterfølgende forfining af funktionelle neuronale forbindelser, der er involveret i at udføre det komplekse adfærdsmæssige output af følelsesmæssige netværk, afhænger af sensoriske signaler og kilden og karakteristika af sådanne signaler, forbliver uklart.

Menneskelige undersøgelser understøtter en stærk indflydelse af tidlige sensoriske signaler fra omgivelserne på udviklingen og funktionen af ​​følelsesmæssige kredsløb (8). De potentielle kilder og karakteristika for disse input er forblevet uklare, men grundlæggende undersøgelser, understøttet af nye beviser, indikerer, at fremtrædende sensoriske input til modningen af ​​følelsesmæssige kredsløb stammer fra det nærliggende miljø hos et udviklende menneske (eller gnaver).

I løbet af den følsomme periode, hvor disse følelsesmæssige kredsløb udvikler sig - vist af en randomiseret kontrolleret undersøgelse af rumænske forældreløse børn adopteret i forskellige aldre (9) og nyligt arbejde på tværs af mennesker og gnavere (8) for at omfatte henholdsvis de første 2 år og 2 uger af livet — Det primære nærmiljø består af forældrene.

Derfor kan sensoriske input fra forældre være en fremtrædende parameter, der påvirker modningen af ​​følelser og deres underliggende kredsløb.

Naturen af ​​forældrenes og andre miljømæssige sensoriske signaler, der enten fremmer eller forstyrrer modningen af ​​følelsesmæssige hjernekredsløb, har tiltrukket et rigt sæt observations- og mekanistiske undersøgelser (9-13). Den største opmærksomhed i menneskelige undersøgelser har været centreret om tilstedeværelsen, kvantiteten og kvaliteten af ​​forældres signaler (f.eks. følsomhed, lydhørhed) om spædbarnets behov, med et særligt fokus på moderens, snarere end faderlige, adfærd (8).

Undersøgelser inspireret af modningen af ​​det auditive netværk understøtter imidlertid en primær rolle ikke kun i den positive eller negative valens af forældresignaler, men også i deres mønstre eller sekvenser i modningen af ​​følelsesmæssige kredsløb (1, 12).

Hos mennesker forudsiger uforudsigelige (høj entropi) sekvenser af moderens sensoriske signaler til spædbarnet varige negative følelsesmæssige udfald, herunder dårligere kontrol over følelser og adfærd (bestræbt kontrol) (13), en etableret forudsigelse for mentale sårbarheder og risiko for posttraumatisk stresslidelse senere i livet. Navnlig i kontrollerede muse- og rotteundersøgelser førte uforudsigelige sekvenser af dæmningsadfærd direkte til afvigende følelsesmæssig kredsløbsmodning og deraf følgende forstyrret nydelseslignende adfærd hos ungerne (11, 12, 14).

De mekanismer, hvormed forudsigelige eller uforudsigelige sekvenser af forældre-afledte sensoriske signaler modulerer modningen af ​​specifikke hjernekredsløb, dukker først nu op. For eksempel påvirker uforudsigelige sekvenser af mødreplejeadfærd hos mus synaptisk forbindelse i centrale hjerneknuder, der bidrager til stress og andre følelsesmæssige kredsløb.

Specifikt har mus opdrættet af mødre, der udviser uforudsigelige plejesekvenser (men med den samme mængde pleje generelt) i den følsomme tidlige postnatale periode øget tætheden af ​​funktionelle excitatoriske synapser på stressfølsomt og regulatorisk kortikotropin-frigørende hormon (CRH) - der udtrykker hypothalamus neuroner (14).

Denne afvigende synaptiske forbindelse fører til forstyrrede adfærdsmæssige og hormonelle reaktioner på akutte og kroniske belastninger senere i livet. Mekanismerne for den sprudlende persistens af excitatoriske synapser på CRH-cellerne involverer svækkelse af den normale udviklingsbeskæring af disse excitatoriske synapser af de tilstødende mikrogliale hjerneceller.

Specifikt er både ekspressionen og funktionen af ​​den fagocytiske (synapseopslugende) mikrogliale Mer-tyrosinkinasereceptor (MERTK) reduceret. Det vides endnu ikke, om dette skyldes de direkte virkninger af uforudsigelige signaler på mikroglia, eller om neuronal signalering til mikroglia er forstyrret.

Undersøgelser på mennesker tyder på, at uforudsigelige sensoriske signalsekvenser og deres potentielle indvirkning på hjernekredsløbsmodning hos spædbørn og børn kan forklare en betydelig del af variansen i følelsesmæssige udfald (13).

Prospektive undersøgelser i USA og Finland fandt, at uforudsigelige sekvenser af moderens adfærd varslede underskud i anstrengende kontrol, og disse virkninger fortsatte på trods af korrektion for andre vigtige tidlige livsvariabler, herunder moderens følsomhed over for spædbarnets behov (et almindeligt mål for moderens kvalitet). omsorgsadfærd), socioøkonomisk status og moderens depressive symptomer (13).

Resultaterne af en vedvarende indflydelse af uforudsigelige sekvenser af tidlige livssignaler på den funktionelle modning af følelsesmæssige kredsløb afslører veje til fremtidig forskning. For eksempel kan sekvenser af sensoriske signaler drive neuronal aktivitet inden for et allerede udviklende følelsesmæssigt netværk. Det er også ukendt, om der er en hierarkisk progression af synaptisk forfining og modning inden for specifikke følelsesmæssige kredsløb, analogt med sanse- og hukommelseskredsløb. Yderligere undersøgelse af de cellepopulationer (såsom hypothalamus CRH-celler), der er mest modtagelige for uforudsigelige sekvenser af sensoriske signaler, er nødvendig. Kan de vedvarende underskud i driften af ​​følelsesmæssige kredsløb som følge af uforudsigelige tidlige livssignaler desuden forebygges eller forbedres?

Nye teknologier, herunder ikke-invasiv optogenetik (15), vil tillade levering af forudsigelige og/eller uforudsigelige sekvenser af signaler, der aktiverer specifikke cellepopulationer på forskellige tidspunkter i følsomme perioder eller senere. Sådanne eksperimenter i dyremodeller kunne teste, om administrationen af ​​forudsigelige signalsekvenser overvinder manglerne i emotionel-lignende adfærd som følge af opdræt i uforudsigelige miljøer og kan informere adfærdsmæssige indgreb hos børn. Faktisk har den begrebsramme, der er beskrevet her, væsentlige potentielle fordele: Hvis uforudsigelige mønstre af sansesignaler i det tidlige liv forstyrrer den normale modning af følelsesmæssige kredsløb, hvilket fører til sårbarheder for psykisk sygdom, så kan disse afvigende mønstre afbødes af forebyggende eller interventionelle adfærdsmæssige tilgange ( 8).

ANKENDELSER

Vi takker CM Gall, G. Lynch og T. Hensch for deres værdifulde diskussioner. Forfatterne er støttet af National Institutes of Health (tilskud P50 MH096889, MH73136 og NS108296), Bren Foundation og Hewitt Foundation for Biomedical Research.

REFERENCER OG NOTER

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

2. Cheng S, et al. Cell 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. Science 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. Overs. Psykiatri 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