О мышах, людях и психических заболеваниях
Подобно тому как в девяностые наши исследования эксплицитной памяти вновь привлекли мое внимание к проблемам, которые еще в колледже привели к увлечению психоанализом, в начале нового тысячелетия возможность исследовать связанные с возрастом нарушения памяти у мышей неудержимо влекла к вопросам, которые интересовали меня во время резидентуры по психиатрии. Этот возобновившийся интерес к психическим заболеваниям был вызван несколькими факторами.
Во-первых, биологические исследования памяти, которыми я занимался, достигли того этапа, когда я мог обратиться к проблемам, связанным со сложными формами памяти и с ролью избирательного внимания в ее работе, и это побуждало меня к поиску новых модельных объектов для изучения психических заболеваний. Меня также привлекало открытие того, что некоторые формы психических заболеваний, в частности посттравматические стрессовые расстройства, шизофрения и депрессия, сопровождаются той или иной разновидностью нарушений памяти. Теперь, когда я глубже разобрался в молекулярной биологии памяти и убедился, как много могут сказать о возрастных проблемах с памятью такие модельные объекты, как мыши можно было задуматься и о роли нарушений памяти в других психических заболеваниях и даже в биологических основах психического здоровья.
Во-вторых, за годы моей научной карьеры психиатрия основательно сблизилась с биологией. В шестидесятые когда я проходил резидентуру в Массачусетском центре психического здоровья, большинство психиатров считало, что социальные детерминанты поведения совершенно независимы от биологических и что и те и другие действуют на разные стороны психики. На основании предполагаемых различий в их происхождении психические заболевания разделяли на две основные группы — органические и функциональные. Такое разделение, впервые предложенное еще в XIX веке, опиралось на результаты вскрытия трупов психически больных людей.
Доступные в то время методы патологоанатомических исследований мозга еще не позволяли выявлять изменения в его тонком строении. Поэтому органическими, то есть вызываемыми биологическими причинами, считались лишь те психические заболевания, которые были сопряжены с ощутимым разрушением нервных клеток и тканей мозга, например болезнь Альцгеймера, синдром Хантингтона и хронический алкоголизм. Шизофрения, различные формы депрессии и неврозы тревоги не провоцировали ни разрушения нервных клеток, ни каких-либо других явных изменений в строении мозга, поэтому считались функциональными, то есть не вызываемыми биологическими причинами. Функциональные психические заболевания нередко воспринимались обществом как особое клеймо, потому что считалось, что они существуют «лишь в мыслях пациента». Этому представлению сопутствовало предположение, что заболевание могло проникнуть в мысли пациента по вине родителей.
Теперь мы больше не считаем, что лишь некоторые психические заболевания влияют на психику за счет биологических изменений, происходящих в мозгу. Более того, в основе всей новой науки о психике лежит принцип, согласно которому все психические процессы имеют биологическую природу: все они обеспечиваются химическими реакциями и клеточными механизмами, которые в прямом смысле происходят «у нас в голове». Поэтому любое нарушение или изменение работы этих механизмов также должно иметь биологическую основу.
Наконец, в 2001 году мне предложили написать статью о вкладе молекулярно-биологических исследований в неврологию и психиатрию для Journal of the American Medical Association в соавторстве с Максом Кауаном, моим давним другом, вице-президентом и старшим научным сотрудником Медицинского института Говарда Хьюза. Пока я работал над этой обзорной статьей, я поразился, как радикально методы молекулярной генетики и использование животных в качестве модельных объектов преобразовали неврологию. Это заставило меня задуматься, почему молекулярная биология не оказала подобного преобразующего влияния и на психиатрию.
Основная причина состоит в том, что между неврологическими и психическими заболеваниями есть несколько важных отличий. Неврология уже давно строится на знании того, какие именно области нервной системы поражает каждое заболевание. Болезни, которыми занимается неврология (инсульты, опухоли мозга и нейродегенеративные расстройства), сопровождаются вполне заметными структурными повреждениями. Исследование этих болезней научило нас, что главное для нейробиологии — местоположение. Мы уже почти сто лет знаем, что синдром Хинтингтона — это расстройство хвостатого ядра, болезнь Паркинсона — черного вещества, а боковой амиотрофический склероз (БАС) — мотонейронов. Мы уверены, что каждая из этих болезней вызывает характерные нарушение движений, потому что все они затрагивают разные компоненты моторной системы.
Кроме того, выяснилось, что механизм наследования ряда распространенных неврологических заболеваний (например, синдрома Хантингтона, синдрома ломкой Х-хромосомы, некоторых разновидностей БАС и ранней формы болезни Альцгеймера) сравнительно прост, и каждое из таких заболеваний, судя по всему, вызывается нарушением в единственном гене. Найти гены, ответственные за эти заболевания, было довольно легко. Когда болезнетворная мутация выявлена, можно получить мышей или мух, у которых она будет проявляться, и разобраться, каким образом данная мутация вызывает соответствующее заболевание.
Благодаря знаниям об анатомическом положении, характере и механизме работы ответственных за неврологические заболевания генов врачи уже давно диагностируют такие заболевания не только на основании симптомов, связанных с поведением. Начиная с девяностых годов помимо клинических обследований врачи могут направлять пациентов на анализы, позволяющие выявить нарушения в работе определенных генов, белков и компонентов нервных клеток, а также на томографические исследования мозга, которые позволяют устанавливать, как болезнь повлияла на определенные его участки.
Установить причины психического заболевания намного сложнее, чем определить местоположение структурных повреждений в мозгу. За сотню лет исследований мозга психически больных людей патологоанатомам не удалось найти у них отчетливых локальных повреждений, которые наблюдаются у людей, страдавших неврологическими заболеваниями. Кроме того, психические заболевания затрагивают высшие психические функции. Неврозы тревоги и разные формы депрессии представляют собой эмоциональные расстройства, а шизофрения — это расстройство мышления. Эмоции и мышление суть сложные психические процессы, обеспечиваемые работой сложных систем нейронных цепей. До недавнего времени мало что было известно о нейронных цепях, задействованных в нормальных эмоциях и мышлении.
Более того, хотя большинство психических заболеваний и имеет важную генетическую составляющую, механизм их наследования непрост, потому что их вызывают не мутации в единственном гене. Таким образом, не существует какого-то одного гена шизофрении, как не существует и гена неврозов тревоги, депрессии и большинства других психических заболеваний. Генетические составляющие этих заболеваний определяются взаимодействием нескольких генов и среды, в которой живет и развивается человек. Эффект каждого из этих генов сравнительно невелик, но вместе они дают генетическую предрасположенность, то есть потенциал для развития болезни. Большинство психических заболеваний вызывается сочетанием такой предрасположенности и дополнительных факторов среды. Например, у однояйцевых близнецов гены одинаковы. Если у одного из них будет синдром Хантингтона, он будет и у другого. Но если у одного из них разовьется шизофрения, то у другого она может развиться лишь с вероятностью около 50 %. Для этого ее должны вызвать другие, негенетические факторы, действующие на ранних этапах жизни, например внутриматочнал инфекция, неправильное питание или стресс. В связи со сложностью механизмов наследования основных психических заболевании нам пока удалось найти лишь немногие из генов, задействованных в их развитии.
Перейдя от исследований имплицитной памяти аплизии к исследованиям эксплицитной памяти и внутреннего представления пространства у мышей, я перешел из сравнительно простой области в более сложную, задающую много важных вопросов, но дающую мало однозначных ответов о поведении людей. Принимаясь за исследование психических заболеваний, используя животных в качестве модельных объектов, я делал еще один шаг в глубины неопределенности. Кроме того, исследованиями имплицитной памяти у аплизии я занялся на самом раннем этапе работы, а к изучению эксплицитной памяти мышей подключился на интересном промежуточном звене, но в биологию психических заболеваний пришел сравнительно поздно. Многие другие ученые уже изучали психические заболевания на модельных объектах задолго до меня.
Недостаток знаний об анатомии, генетике и нейронных механизмах психических расстройств затруднял изучение этих расстройств на модельных объектах. Единственным явным исключением, которым я для начала и решил заняться, были неврозы тревоги. Сложно узнать, страдают ли мыши шизофренией, могут ли они бредить или галлюцинировать. Также сложно выявить мышей, страдающих психотической депрессией. Но все животные с хорошо развитой центральной нервной системой, от моллюсков до мышей, обезьян и людей, могут испытывать страх, то есть чувство тревоги. Кроме того, у каждого из этих животных страх имеет отчетливые, легко распознаваемые проявления. Поэтому животные не только боятся, но и позволяют нам отмечать, когда это с ними происходит. Мы можем, так сказать, читать их мысли. На это впервые обратил внимание Чарльз Дарвин в своем классическом труде «Выражение эмоций у человека и животных», опубликованном в 1872 году.
Важнейший биологический факт, отмеченный Дарвином и позволивший исследовать состояния тревоги на модельных объектах, состоит в том, что тревога (то есть страх как таковой) представляет собой универсальную инстинктивную и необходимую для выживания реакцию на что-либо, угрожающее жизни, здоровью или социальному статусу. Тревога сигнализирует о потенциальной угрозе, которая требует некой приспособительной реакции. Как отмечал Фрейд, нормальная тревога помогает справиться с трудными ситуациями, тем самым способствуя росту личности. Есть две основные формы нормальной тревоги: инстинктивная (инстинктивный, или врожденный страх), встроенная в организм и в большей степени определяемая генами, и приобретенная («выученный» страх), к которой у организма может быть генетическая предрасположенность, но в целом приобретаемая с опытом. Как мы уже убедились, в ходе обучения легко может сформироваться ассоциация инстинктивной тревоги и безразличного раздражителя. Поскольку все способности, повышающие шансы на выживание, проявляют тенденцию к эволюционной консервативности, реакции инстинктивного и приобретенного страха сходны у всех представителей животного мира (рис. 25–1).
25–1. Эволюционно консервативный механизм защитных реакций страха.
Обе формы страха могут быть и патологическими. Инстинктивная тревога имеет патологический характер, когда она чрезмерна и достаточно постоянна, чтобы парализовать способность к действиям. Приобретенная тревога имеет патологический характер, когда ее вызывают события, не представляющие реальной угрозы, как в тех случаях, когда безразличный раздражитель ассоциируется мозгом с инстинктивной тревогой. Состояния тревоги меня особенно интересовали, потому что это самое распространенное из психических расстройств: на том или ином этапе своей жизни от невроза тревоги страдают от 10 % до 30 % людей!
Исследуя инстинктивный и приобретенный страх у людей и подопытных животных, мы многое выяснили о поведенческих и биологических механизмах этих реакций. Одно из первых открытий из области поведенческих механизмов страха было сделано благодаря теориям Фрейда и американского философа Уильяма Джеймса, которые поняли, что страх имеет как сознательную, так и бессознательную составляющую. Оставалось неясным, как обе составляющие взаимодействуют друг с другом.
Традиционно считалось, что страх у человека начинается с сознательного восприятия какого-либо важного события, например с того, что человек видит в своем доме пожар. Осознание этого вызывает в коре головного мозга эмоциональную реакцию (страх), запускающую сигналы, которые поступают к сердцу, кровеносным сосудам, надпочечникам и потовым железам, мобилизуя силы организма для борьбы или бегства. Таким образом, в соответствии с этими представлениями сознательная эмоциональная реакция запускает дальнейшие бессознательные, рефлекторные и вегетативные защитные реакции организма.
Джеймс отверг это представление. В опубликованной им в 1884 году и оказавшей большое влияние на развитие науки статье «Что такое эмоции?» он выдвинул идею, что когнитивный эмоциональный опыт вторичен по отношению к физиологическим выражениям эмоций. Он предположил, что, когда мы попадаем в потенциально опасную ситуацию, например видим сидящего перед нами медведя, понимание исходящей от медведя опасности еще не вызывает у нас осознанного чувства страха. Мы начнем испытывать страх лишь после того, как спасемся от медведя бегством. Вначале мы действуем инстинктивно и лишь затем запускаем когнитивные процессы, которые объясняют нам изменения, произошедшие в организме в связи с нашими действиями.
Исходя из этой идеи, Джеймс и датский психолог Карл Ланге выдвинули предположение, что мы испытываем осознанные эмоциональные ощущения уже после того, как кора головного мозга получает сигналы об изменениях физиологического состояния организма. Иными словами, сознательным ощущениям предшествуют определенные бессознательные физиологические изменения, такие как повышение или понижение давления крови, частоты сердцебиения и напряжения мышц. Поэтому при виде пожара мы испытываем страх, поскольку кора нашего мозга только что получила сигналы о том, что наше сердце заколотилось, колени задрожали, а ладони начали потеть. Джеймс писал: «Мы горюем оттого, что плачем, злимся оттого, что деремся, боимся оттого, что дрожим, а не плачем, деремся или дрожим оттого, что горюем, злимся или боимся». Согласно этому представлению, эмоции — это когнитивные реакции на информацию о состояниях организма, во многом обеспечиваемых вегетативной нервной системой. Наш повседневный опыт подтверждает, что информация, поступающая от организма, влияет на эмоциональные ощущения.
Некоторые аспекты теории Джеймса — Ланге были вскоре подтверждены экспериментальными данными. Например, выяснилось, что объективно различимые эмоции связаны с вегетативными, эндокринными и произвольными реакциями определенного характера. Более того, люди, у которых в результате несчастного случая был поврежден спинной мозг и из-за этого в головной мозг не поступают сигналы от участков вегетативной нервной системы, расположенных ниже травмы, судя по всему, испытывают более слабые эмоции.
Однако со временем стало ясно, что теория Джеймса — Ланге объясняет лишь один из аспектов эмоционального поведения. Если бы поступающая в головной мозг информация была единственным определяющим фактором, эмоции не продолжались бы после окончания физиологических изменений. Однако наши чувства (мысли и действия, которыми мы отвечаем на эмоции) могут долгое время поддерживаться и тогда, когда нам, например, уже ничто не угрожает. И, напротив, некоторые чувства возникают у нас намного раньше, чем с организмом происходят изменения. Поэтому надо полагать, что эмоции — это не только интерпретация поступающих в мозг сигналов о происходящих в организме физиологических изменениях.
Теорию Джеймса — Ланге существенно переработал невролог Антонью Дамазью, в работах которого доказывается, что эмоциональные ощущения — это, по сути, более высокого порядка представление реакций организма, которое может быть устойчивым и продолжительным. Благодаря работам Дамазью наука приблизилась к консенсусу по вопросу о механизме возникновения эмоций. Теперь считается, что первый этап их появления — бессознательная, имплицитная оценка раздражителя, за которой следуют физиологическая реакция и, наконец, сознательное ощущение, которое может быть как продолжительным, так и непродолжительным.
Чтобы непосредственно определить, в какой степени первоначальное эмоциональное ощущение зависит от сознательных, а в какой — от бессознательных процессов, ученые прибегли к исследованию внутреннего представления эмоций с помощью тех же методов клеточной и молекулярной биологии, которые используются для изучения сознательных и бессознательных когнитивных процессов. Это удалось сделать, совместив результаты исследований, проведенных на модельных объектах, с теми, что дали исследования, проведенные на людях. В итоге за последние два десятилетия были довольно точно определены нейронные проводящие пути, лежащие в основе эмоций. Бессознательная составляющая эмоций, изученная преимущественно на модельных объектах, включает работу вегетативной нервной системы и регулирующего ее гипоталамуса. Сознательная составляющая, которую изучали на людях, включает оценочную работу коры головного мозга, осуществляемую поясной извилиной. Ключевую роль в работе обеих составляющих играет миндалевидное тело — группа собранных вместе ядер, расположенная в глубине каждого полушария. Миндалевидное тело, судя по всему, осуществляет координацию сознательного чувственного опыта и физиологических проявлений эмоций, в особенности страха.
Исследования, проведенные на людях и грызунах, показали, что нейронные системы, в которых хранится бессознательные, имплицитные, эмоциональные воспоминания, отличаются от систем, где формируется память о сознательных, эксплицитных, чувственных состояниях. Повреждения миндалевидного тела, задействованного в работе памяти связанной со страхом, нарушают возникновение эмоциональных реакций в ответ на раздражители, вызывающие такие реакции у здоровых людей. Повреждения гиппокампа задействованного в работе сознательной памяти, напротив сказываются на способности запоминать контекст, в котором происходило воздействие того или иного раздражителя. Сознательные когнитивные системы дают нам выбор возможных действий, а бессознательные механизмы эмоциональной оценки ограничивают этот выбор действиями, уместными в данной ситуации. Эта концепция хороша тем, что позволяет связать исследования эмоций с изучением механизмов работы памяти. Уже доказано, что в бессознательных проявлениях эмоциональных воспоминаний задействована имплицитная память, а в сознательном припоминании чувственных состояний — эксплицитная, значит, для него необходимо участие гиппокампа.
Одна из характерных особенностей страха состоит в том, что в результате обучения он легко ассоциируется с безразличными раздражителями. У человека, в мозгу которого возникла подобная ассоциация, безразличный раздражитель может действовать как эффективный стимул к формированию долговременных эмоциональных воспоминаний. Приобретенный страх составляет главный компонент посттравматических стрессовых расстройств, а также социальных фобий, агорафобии (боязни открытого пространства) и боязни сцены. В случае с боязнью сцены и некоторыми другими формами страха ожидания какое-то будущее событие (например, выход на сцену) ассоциируется с перспективой того, что что-то пойдет не так (например, выступающий забудет текст). Посттравматические стрессовые расстройства возникают вслед за событиями, вызывающими сильнейший стресс, такими как опасная для жизни борьба, пытки, изнасилование, жестокое обращение или стихийные бедствия. Эти расстройства проявляются в повторно испытываемом страхе, нередко вызываемом чем-то, что напоминает о полученной психической травме. Одна из характерных особенностей и этих расстройств, и приобретенного страха в целом состоит в том, что воспоминания о полученной травме могут десятилетиями оставаться в силе и легко всплывать под действием различных стрессовых обстоятельств. Даже после однократного столкновения с угрозой миндалевидное тело может сохранять память об этой угрозе на протяжении всей жизни организма. Как у него это получается?
Начало моих исследований приобретенного страха у мышей было в некотором роде естественным продолжением экспериментов с аплизией. В случае с аплизией животное, у которого вырабатывается классический условный рефлекс, учится ассоциировать два раздражителя: безразличный (легкое прикосновение к сифону) и другой, достаточно сильный, чтобы вызывать инстинктивный страх (удар током в заднюю часть тела). У мышей удар током по ногам, подобно удару в заднюю часть тела у аплизии, вызывает инстинктивные реакции страха: отдергивание, прижимание к субстрату и замирание. Воздействие безразличного раздражителя, такого как простой звуковой сигнал, не вызывает таких реакций. Однако после неоднократного воздействия звукового сигнала в сочетании с ударом тока мышь общается ассоциировать эти два раздражителя. Она запоминает, что звуковой сигнал предшествует удару томом. В итоге звук сам по себе начинает вызывать у нее реакцию страха (рис. 25–2).
25–2. Формирование у мышей приобретенного страха.
Хотя система нейронных цепей, лежащая в основе приобретенного страха у мышей, намного сложнее, чем соответствующая система у аплизии, о ее устройстве уже кое-что известно благодаря исследованиям Джозефа Леду из Нью-Йоркского университета и Майла Дэвиса, работающего сейчас в Университете Эмори. Они установили, что и у грызунов, и у людей в механизмах как врожденного, так и приобретенного страха задействована определенная нейронная цепь, связанная с миндалевидным телом. Кроме того, они выяснили принципиальную схему поступления информации о безусловных и условных раздражителях в миндалевидное тело и запускания миндалевидным телом сигналов, вызывающих реакции страха.
Когда звуковой сигнал сопровождается ударом тока по ногам, информация о звуке и ударе вначале передается по двум разным путям. Звук (условный раздражитель) вызывает активацию сенсорных нейронов так называемой улитки — отдела внутреннего уха, отвечающего за восприятие звуков. Аксоны этих нейронов ведут к группе нейронов таламуса, связанных со слухом. Нейроны образуют два проводящих пути: прямой, ведущий непосредственно в боковое ядро миндалевидного тела, вообще не заходя в кору, и непрямой, ведущий сначала в слуховую кору, а затем в боковое ядро миндалевидного тела (рис. 25–3). Эти два пути, передающие информацию о звуке, заканчиваются синаптическими связями с пирамидальными нейронами, представляющими главный тип клеток бокового ядра.
25–3. Нейронные проводящие пути, обеспечивающие реакцию приобретенного страха.
Болевое воздействие удара тока (безусловного раздражителя) вызывает активацию проводящего пути, ведущего к другой группе нейронов таламуса, осуществляющей обработку болевых сигналов. Эти нейроны тоже образуют как прямой, так и непрямой пути, ведущие к пирамидальным клеткам бокового ядра. Непрямой путь в данном случае проходит через соматосенсорную кору.
Открытие двух отдельных путей (проходящего через кору и не заходящего в нее) непосредственно доказывало, что бессознательная оценка пугающего раздражителя предшествует сознательной — в соответствии с предсказаниями теории Джеймса — Ланге. Вызывая активацию более быстрого прямого проводящего пути, не заходящего в кору пугающий раздражитель может заставить наше сердце колотиться, а ладони — потеть еще до того, как активация более медленного пути позволит нам осознать, например, что где-то рядом раздался выстрел.
Боковое ядро не только служит местом встречи для информации об условном (звуке) и безусловном (ударе током) раздражителях, но и вызывает мобилизацию адаптивных реакций, осуществляемую через связи нейронов этого ядра с гипоталамусом и поясной извилиной коры. Гипоталамус играет ключевую роль в физиологических проявлениях страха, запуская реакцию «борьбы или бегства» (повышенная частота сердцебиения, потоотделение, сухость во рту и напряжение мышц). Работа поясной извилины связана с сознательной оценкой страха.
Так каков же механизм работы приобретенного страха у мышей? Включает ли он изменения синаптической силы в проводящих путях под действием условного раздражителя, как это происходит у аплизии? Чтобы найти ответ, ряд ученых, в том числе я и мои коллеги, работали со срезами миндалевидного тела мышей. Результаты предшествующих исследований показали, что стимуляция как прямого, так и непрямого проводящего пути с частотой, близкой к той, что использовали Блисс и Лемо в своих экспериментах с гиппокампом, приводит к усилению этих путей, представляющему собой разновидность долговременной потенциации. Мы исследовали эту разновидность биохимическими методами и установили: хотя она немного отличается от той, что происходит в гиппокампе, зато почти ничем не отличается от долговременного усиления синаптических связей, задействованного у аплизии в сенсибилизации и выработке классического условного рефлекса (двух форм приобретенного страха). В обоих случаях работает молекулярный сигнальный путь, в котором участвуют циклический АМФ, протеинкиназа А и регуляторный белок CREB. Эти открытия в очередной раз показывали, что долговременное усиление синапсов у аплизии и различные формы долговременной потенциации у млекопитающих входят в одно семейство молекулярных процессов, позволяющих надолго усиливать синаптические связи.
В 2002 году моим сотрудником стал Майкл Роган, ранее работавший у Джозефа Леду, и мы с ним перешли от изучения срезов мозга мышей к экспериментам с интактными животными. Мы исследовали реакцию нейронов миндалевидного тела мышей на звуковой сигнал и обнаружили то же, что Роган и Леду выявили ранее про крыс, а именно: приобретенный страх усиливает эту реакцию (рис. 25–4). Такое явление напоминало долговременное усиление синаптических связей, которое мы наблюдали в срезах миндалевидного тела. Тогда сотрудничавший с нами Вадим Большаков из Гарварда предположил, что если синапсы в миндалевидном теле интактной мыши усилены приобретенным страхом, то электрическая стимуляция синапсов в срезах миндалевидного тела той же мыши не будет приводить к дальнейшему существенному усилению этих синапсов. Так и оказалось. То есть изменения, происходящие в миндалевидном теле живых мышей в результате обучения, похожим образом проявляются в тех же точках, что и изменения, вызываемые электрической стимуляцией срезов миндалевидного тела.
25–4. Изменения в работе нейронных путей, связанных со страхом, происходящие в результате обучения.
Затем мы воспользовались хорошо отработанным методом поведенческого тестирования на приобретенный страх. Мы помещали мышь в большой открытый ярко освещенный ящик. Мыши — ночные животные, поэтому они боятся яркого света и в норме будут носиться по дну ящика вдоль стенок, лишь изредка забегая в его середину. Такая форма защитного поведения представляет собой компромисс между потребностью животного в обследовании окружающей среды и в избегании хищников. Когда мы включали звуковой сигнал, мышь продолжала бегать вдоль стенок ящика как ни в чем не бывало. Но после того как мы неоднократно сопровождали звуковой сигнал ударом тока, мышь обучалась ассоциировать эти два раздражителя. Теперь, услышав звук, она переставала бегать вдоль стенок, изредка забегая в середину, и сидела, прижавшись ко дну, в одном из углов, обычно в позе замирания (рис. 25–2).
Разобравшись в особенностях анатомии и физиологии приобретенного страха, мы почувствовали, что можем изучить молекулярные основы этого явления. Вместе с постдоком Глебом Шумяцким я занялся поиском генов, которые экспрессировались бы только в боковом ядре миндалевидного тела — уже исследованном нами участке. Мы выяснили, что в пирамидальных клетках экспрессируется ген, который кодирует определенный нейромедиатор — так называемый гастрин-высвобождающий пептид. Пирамидальные клетки используют этот пептид в качестве возбуждающего нейромедиатора в дополнение к глутамату и совместно с ним, выделяя эти медиаторы из пресинаптических окончаний, ведущих к клеткам-мишеням бокового ядра. Затем мы обнаружили, что клетки-мишени относятся к особой популяции тормозных интернейронов, в мембране которых содержатся рецепторы к гастрин-высвобождающему пептиду. Как и все тормозные интернейроны бокового ядра, клетки-мишени выделяют нейромедиатор ГАМК. Клетки-мишени могут передавать сигналы обратно на пирамидальные клетки и, активируясь, выделяют в синаптические щели ГАМК, тем самым тормозя работу пирамидальных клеток.
Обнаруженная нами нейронная цепь представляет собой так называемую систему с отрицательной обратной связью: возбуждающий нейрон активирует тормозный, который, в свою очередь, тормозит активировавший его возбуждающий нейрон. Не может ли такая система служить для контроля над страхом? Чтобы это выяснить, мы тестировали генетически модифицированных мышей, у которых был отключен ген рецептора, реагирующего на гастрин-высвобождающий пептид, а значит, вышеописанная система с обратной связью не могла работать. Из нашего предположения следовало, что повышенная возбудимость таких мышей могла приводить к усиленному бесконтрольному страху.
В соответствии с нашим предположением в боковом ядре миндалевидного тела этих мышей мы наблюдали резко усиленную долговременную потенциацию наряду с достоверно повышенной и более продолжительной памятью, связанной со страхом. Примечательно, что такой эффект затрагивал только приобретенный страх: те же мутантные мыши демонстрировали в разных других тестах нормальный врожденный страх. Этот факт согласуется с тем, что известно о принципиальных отличиях приобретенного страха от врожденного. Так комплексный подход с использованием методов клеточной биологии и молекулярной генетики позволил нам найти нейронную цепь, которая играет важную роль в осуществлении контроля над приобретенным страхом. Это открытие могло привести к разработке препаратов, которые позволят бороться с приобретенным страхом, связанным с такими синдромами, как посттравматические стрессовые расстройства и фобии.
А как обстоят дела с противоположностью страха — чувством безопасности, уверенности в себе и счастья? Не могу не вспомнить первое предложение «Анны Карениной», романа Льва Толстого о трагических последствиях любовной связи, неприемлемой в глазах общества: «Все счастливые семьи похожи друг на друга, каждая несчастливая семья несчастлива по-своему». Это утверждение, в котором больше литературной, чем научной силы, предполагает, что тревога и депрессия могут принимать много разных форм, в то время как позитивные эмоции (чувство благополучия, безопасности и счастья) имеют общие черты.
Чтобы это проверить, мы с Роганом исследовали нейробиологические свойства приобретенного чувства безопасности, которое можно считать разновидностью чувства счастья. Мы рассуждали следующим образом. Когда звуковой сигнал действует в сочетании с ударом тока, животное запоминает, что этот сигнал предвещает удар тока. Так что если звуковой сигнал и удар тока никогда не будут действовать в сочетании, животное запомнит, что сигнал не предвещает удара, а предвещает, напротив, безопасную ситуацию. Проведя эксперимент, мы получили в точности такой результат, какой и предсказывали: когда попавшая в новую среду мышь, на которую до того воздействовали звуковыми сигналами и ударами тока, никогда не сочетавшимися друг с другом, слышала тот же звук, она переставала демонстрировать защитное поведение. Она расхаживала в центре открытого пространства как у себя дома, не проявляя никаких признаков страха (рис. 25–5). Исследовав боковое ядро миндалевидного тела мышей, обученных подобным образом, мы обнаружили эффект, противоположный долговременной потенциации, а именно долговременное подавление нейронной реакции на звук, предполагавшее, что поступление сигналов в миндалевидное тело было резко ограничено (рис. 25–4).
25–5. Действие сигналов, вызывающих формирование приобретенного страха и чувства безопасности.
Затем мы задались вопросом, дает ли такое обучение подлинное чувство безопасности, то есть настоящее ощущение уверенности в себе, или же просто снижает базовый уровень тревоги, всегда присутствующей в каждом. Чтобы отличить одно от другого, мы регистрировали сигналы в полосатом теле — участке мозга, который в норме задействован в положительном подкреплении и в обеспечении чувства благополучия. (Именно этот участок активируется кокаином и другими вызывающими привыкание наркотиками, которые вторгаются в нейронную систему положительного подкрепления и заставляют человека принимать наркотик все чаще). Оказалось, что, когда у животного формируется приобретенный страх, то есть оно обучается ассоциировать звуковой сигнал с ударом тока, нейронная активность в его полосатом теле не меняется. Но когда животное обучается ассоциировать звуковой сигнал с безопасностью, реакция полосатого тела заметно усиливается, что соответствует связанному с безопасностью позитивному ощущению.
Наши исследования приобретенного чувства безопасности позволили в новом свете увидеть позитивные ощущения счастья и благополучия, а также негативные чувства тревоги и страха. Они указывали на существование в глубинах мозга второй системы, связанной с позитивными эмоциями, поскольку и нейроны таламуса, реагирующие на звуковой сигнал, и нейроны бокового ядра миндалевидного тела связаны с полосатым телом и передают в него информацию о счастье и благополучии. Полосатое тело, в свою очередь, связано со многими участками мозга, в том числе с префронтальной корой, которая подавляет активность миндалевидного тела. Поэтому есть все основания полагать, что приобретенное чувство безопасности, усиливая сигналы, поступающие в полосатое тело, не только увеличивает ощущение безопасности и благополучия, но и ослабляет ощущение тревоги, подавляя активность миндалевидного тела.
Судя по этим результатам, мы, возможно, стоим на пороге эпохи, когда молекулярная биология когнитивных функций и эмоций откроет новые способы повышения самооценки и ощущения благополучия. Не окажется ли при этом, например, что некоторые неврозы тревоги вызываются нарушениями работы нейронных сигналов которые в норме обеспечивают чувство благополучия? В нашем распоряжении начиная с шестидесятых годов имеются лекарства, позволяющие облегчать ряд форм тревоги, но эти препараты помогают не при всех неврозах тревоги, лишь при некоторых, а, например, лоразепам и диазепам вызывают привыкание, поэтому за их использованием приходится очень внимательно следить. Средства, усиливающие активность нейронных цепей, которые обеспечивают ощущение безопасности и хорошее самочувствие, могут дать нам более эффективный способ борьбы с неврозами тревоги.