Principi di maturazione del circuito cerebrale emotivo

Il cervello dei mammiferi è organizzato in circuiti sovrapposti e intercalati e un vasto corpo di informazioni si è concentrato sulla maturazione dei circuiti sensoriali (visivi, uditivi) e motori (1-3). Tuttavia, si sa molto meno sui principi di maturazione dei circuiti cerebrali "emotivi", compresi quelli che governano i comportamenti legati alla ricompensa, allo stress e alla paura.

I mammiferi sono una classe di animali con intelligenza e memoria avanzate e la struttura e la funzione del loro cervello sono state continuamente migliorate e migliorate durante il lungo processo evolutivo. Come tutti sappiamo, gli esseri umani sono la specie più intelligente tra i mammiferi e il nostro grande cervello è la fonte del nostro QI.

Il rapporto tra cervello e memoria è inscindibile, non solo gli esseri umani ma anche molti altri mammiferi hanno una forte funzione mnemonica. Ad esempio, molti animali ricordano i loro territori, fonti di cibo e percorsi, tutti elementi essenziali per la sopravvivenza. La ricerca ha scoperto che l'ippocampo e la corteccia prefrontale del cervello dei mammiferi sono le regioni più importanti per la formazione e l'immagazzinamento della memoria.

Inoltre, i mammiferi hanno sviluppato una varietà di strategie di memoria nel corso di un lungo periodo di evoluzione per adattarsi a diversi ambienti di vita e bisogni. Elefanti e delfini, ad esempio, usano la memoria vocale, scimmie e scoiattoli usano la memoria spaziale, formiche e api usano la memoria chimica e così via.

Poiché la relazione tra il cervello e la memoria è così stretta, dovremmo amare la nostra intelligenza e memoria, apprendere ed esplorare costantemente nuove conoscenze e mantenere la salute e la vitalità del cervello. Allo stesso tempo, dobbiamo anche prestare attenzione e proteggere l'ambiente di vita di altri mammiferi, in modo che possano continuare a esercitare la loro potente memoria e intelligenza. Solo custodendo e proteggendo insieme l'ambiente ecologico della natura possiamo ottenere più saggezza e felicità. Da questo punto di vista, anche noi umani dobbiamo migliorare l'immunità. Cistanche può migliorare significativamente l'immunità, perché Cistanche può anche regolare l'equilibrio dei neurotrasmettitori, come aumentare i livelli di acetilcolina e fattori di crescita, che sono importanti per la memoria e l'apprendimento è molto importante. Inoltre, la carne può anche migliorare il flusso sanguigno e promuovere l'apporto di ossigeno, che può garantire che il cervello riceva nutrimento ed energia sufficienti, migliorando così la vitalità e la resistenza del cervello.

Fare clic su modi per migliorare la funzione cerebrale

L'evidenza suggerisce che gli input sensoriali dall'ambiente durante un periodo sensibile nella prima vita postnatale hanno effetti importanti sullo sviluppo del circuito emotivo, proprio come immagini, odori e suoni negativi o positivi influenzano i sentimenti e le azioni nell'età adulta.

Il funzionamento interrotto dei circuiti emotivi è alla base delle malattie mentali e dei disturbi da uso di sostanze. Pertanto, un maggiore riconoscimento dei principi che guidano lo sviluppo di questi circuiti è importante per comprendere la salute umana.

La creazione di circuiti sensoriali durante lo sviluppo comporta una fase iniziale di eventi guidati geneticamente e molecolarmente, tra cui la migrazione neuronale e la costruzione di sinapsi.

Il successivo rafforzamento o potatura delle sinapsi è un processo dipendente dall'attività di rete che scolpisce i circuiti maturi (4). L'attività di rete cruciale per questo processo è, a sua volta, guidata da input sensoriali specifici del circuito (ad esempio, sequenze di tono, luce o tocco). Inoltre, l'attività di rete guidata dal segnale sensoriale deve avvenire durante un periodo critico o sensibile (1-3).

Tuttavia, l'esecuzione di comportamenti complessi negli esseri umani e in altri mammiferi, e i calcoli, le decisioni e le emozioni che contribuiscono a tali comportamenti, richiedono circuiti cerebrali aggiuntivi.

Questi ricevono informazioni convergenti da reti che codificano ed elaborano segnali ambientali e da proiezioni nervose che trasmettono lo stato interno del corpo (vedi figura).

Questi circuiti di ordine superiore, considerati "emotivi" o "cognitivi" a seconda del loro coinvolgimento primario nel comportamento umano (ad esempio, la memoria può essere cognitiva mentre l'"istinto" può essere emotivo), giudicano numerosi flussi di informazioni per guidare comportamenti complessi. Mentre le scoperte sulla struttura e la funzione dei circuiti emotivi sono in aumento, il loro sviluppo, e in particolare l'influenza dei segnali ambientali sulla loro maturazione, rimane poco compreso.

Concentrandosi sull'influenza dei segnali sensoriali all'inizio della vita postnatale sulla maturazione del circuito emotivo, si propone che sequenze imprevedibili di segnali ambientali influenzino lo sviluppo e il perfezionamento del circuito emotivo, promuovendo vulnerabilità alle malattie emotive.

I circuiti emotivi comprendono aree corticali prefrontali, nuclei talamici, ippocampo, amigdala e nuclei ipotalamici, nonché ulteriori regioni sottocorticali.

Le attività coordinate di questi circuiti richiedono la maturazione dei loro componenti e l'ulteriore raffinamento delle loro connessioni integrative. Mentre molte domande sulla natura della maturazione del circuito emotivo non sono completamente risolte, le informazioni sullo sviluppo del circuito sensoriale e della memoria sono istruttive. Comune a entrambi i processi è il concetto di gerarchia: nei circuiti visivo, sensomotorio e uditivo, lo sviluppo procede dai neuroni periferici che ricevono i segnali ai nuclei talamici di primo ordine fino alla corteccia, seguiti dai nuclei talamici di secondo ordine e dalle regioni corticali che, a loro volta, partecipano a circuiti emotivi e cognitivi di ordine superiore.

In particolare, il segnale ambientale appropriato per ciascun circuito sensoriale specifica l'espressione genica e l'identità cellulare dei neuroni di primo ordine e le attività di questi neuroni specificano l'identità e la funzione dei loro bersagli corticali.

I neuroni all'interno dei circuiti emotivi (ad esempio, ricompensa) funzionano come cellule bersaglio per l'output del circuito sensoriale, e quindi le loro identità e attività possono essere guidate dall'input dei circuiti sensoriali intercalanti. A sostegno di questa idea, la privazione dell'input sensoriale perturba le connessioni sinaptiche sia dei neuroni sensoriali primari che dei neuroni di ordine superiore che appartengono ai circuiti integrativi emotivi (5).

Una volta stabilito il circuito di base, l'ulteriore scultura dei circuiti emotivi comporta cambiamenti quantitativi nel numero e/o nella forza delle sinapsi e cambiamenti nei contributi relativi delle proiezioni neuronali specifiche del tipo di cellula al complemento sinaptico dei neuroni nelle regioni chiave del cervello (nodi hub ) del circuito. In questo modello, lo sviluppo gerarchico dei circuiti emotivi integrativi inizia con la maturazione dipendente dal segnale ambientale delle reti sensoriali, unita a quella dei neuroni di trasmissione che trasmettono gli stati corporei interni.

Una simile gerarchia di sviluppo del circuito, influenzata dai segnali ambientali sensoriali, ha luogo nel circuito dell'ippocampo di apprendimento e memoria. Qui, i segnali sensoriali dall'ambiente vengono trasmessi attraverso le regioni di associazione nella corteccia ai neuroni dello strato superficiale nella corteccia entorinale mediale, il primo stadio nella maturazione spaziotemporale gerarchica di questa rete.

Le loro sequenze di segnali sinaptici (attività) a loro volta guidano le successive fasi di maturazione del circuito, compresi i neuroni ippocampali lungo il percorso trisinaptico seguiti dalle cellule della corteccia entorinale laterale dello strato profondo (6). A sostegno di questa progressione graduale dipendente dall'attività dell'apprendimento e dello sviluppo del circuito di memoria, il silenziamento dell'attività eccitatoria in qualsiasi fase della rete nei topi compromette la maturazione dei neuroni a valle ma non di quelli a monte.

Pertanto, le informazioni provenienti sia dallo sviluppo del circuito sensoriale che da quello della memoria suggeriscono che i segnali sensoriali di diversi tipi, che si verificano durante i periodi sensibili, sono necessari per stabilire connessioni sinaptiche di componenti di primo ordine e di ordine superiore dei circuiti emotivi nascenti (2, 3, 5, 7).

Tuttavia, rimane poco chiaro se il successivo perfezionamento delle connessioni neuronali funzionali coinvolte nell'esecuzione del complesso output comportamentale delle reti emotive dipenda dai segnali sensoriali, e la fonte e le caratteristiche di tali segnali.

Gli studi sull'uomo supportano una forte influenza dei segnali sensoriali della prima infanzia provenienti dall'ambiente sullo sviluppo e sulla funzione dei circuiti emotivi (8). Le potenziali fonti e le caratteristiche di questi input sono rimaste poco chiare, ma studi fondamentali, rafforzati da prove emergenti, indicano che gli input sensoriali salienti per la maturazione dei circuiti emotivi derivano dall'ambiente prossimo di un essere umano (o roditore) in via di sviluppo.

Durante il delicato periodo in cui si sviluppano questi circuiti emotivi, mostrato da uno studio controllato randomizzato su orfani rumeni adottati in età diverse (9) e da un recente lavoro su esseri umani e roditori (8) per comprendere rispettivamente i primi 2 anni e 2 settimane di vita —il principale ambiente prossimo è costituito dai genitori.

Pertanto, gli input sensoriali dei genitori possono essere un parametro saliente che influenza la maturazione delle emozioni e dei loro circuiti sottostanti.

La natura dei segnali sensoriali dei genitori e di altri ambienti che promuovono o interrompono la maturazione dei circuiti cerebrali emotivi ha attirato una ricca serie di studi osservazionali e meccanicistici (9-13). La maggior parte dell'attenzione negli studi sull'uomo si è concentrata sulla presenza, quantità e qualità dei segnali dei genitori (ad es. sensibilità, reattività) sui bisogni del bambino, con particolare attenzione ai comportamenti materni, piuttosto che paterni (8).

Tuttavia, gli studi ispirati alla maturazione della rete uditiva supportano un ruolo primario non solo nella valenza positiva o negativa dei segnali genitoriali, ma anche nei loro modelli o sequenze nella maturazione dei circuiti emotivi (1, 12).

Negli esseri umani, sequenze imprevedibili (ad alta entropia) di segnali sensoriali materni al bambino predicono esiti emotivi avversi duraturi, incluso un controllo più scarso delle emozioni e dei comportamenti (controllo con sforzo) (13), un predittore stabilito di vulnerabilità mentali e rischio di disturbo da stress post-traumatico in seguito nella vita. In particolare, in studi controllati su topi e ratti, sequenze imprevedibili di comportamenti della diga hanno portato direttamente a una maturazione del circuito emotivo aberrante e conseguenti comportamenti simili al piacere interrotti nei cuccioli (11, 12, 14).

I meccanismi attraverso i quali sequenze prevedibili o imprevedibili di segnali sensoriali derivati ​​dai genitori modulano la maturazione di specifici circuiti cerebrali stanno emergendo solo ora. Ad esempio, sequenze imprevedibili di comportamenti di cura materna del topo influenzano la connettività sinaptica in nodi cerebrali chiave che contribuiscono allo stress e ad altri circuiti emotivi.

In particolare, i topi allevati da madri che mostrano sequenze di cure imprevedibili (ma con la stessa quantità di cure in generale) durante il delicato periodo postnatale precoce hanno una maggiore densità di sinapsi eccitatorie funzionali sull'ormone di rilascio della corticotropina (CRH) sensibile allo stress e regolatore ipotalamico che esprime neuroni (14).

Questa connettività sinaptica aberrante porta a risposte comportamentali e ormonali interrotte a stress acuti e cronici più avanti nella vita. I meccanismi per l'esuberante persistenza delle sinapsi eccitatorie sulle cellule CRH implicano l'attenuazione della normale potatura dello sviluppo di queste sinapsi eccitatorie da parte delle cellule cerebrali microgliali adiacenti.

In particolare, sia l'espressione che la funzione del recettore fagocitico (che inghiotte la sinapsi) microgliale Mer tirosina chinasi (MERTK) è ridotta. Non è ancora noto se ciò derivi dagli effetti diretti di segnali imprevedibili sulla microglia o se la segnalazione neuronale alla microglia sia perturbata.

Gli studi sugli esseri umani suggeriscono che sequenze di segnali sensoriali imprevedibili e il loro potenziale impatto sulla maturazione del circuito cerebrale nei neonati e nei bambini possono spiegare una parte significativa della varianza nei risultati emotivi (13).

Studi prospettici negli Stati Uniti e in Finlandia hanno rilevato che sequenze imprevedibili di comportamenti materni preannunciavano deficit nel controllo faticoso e questi effetti persistevano nonostante la correzione per altre importanti variabili della prima infanzia, tra cui la sensibilità materna ai bisogni del bambino (una misura comune della qualità della comportamenti di cura), stato socioeconomico e sintomi depressivi materni (13).

I risultati di un'influenza duratura di sequenze imprevedibili di segnali della prima infanzia sulla maturazione funzionale dei circuiti emotivi rivelano strade per la ricerca futura. Ad esempio, sequenze di segnali sensoriali potrebbero guidare l'attività neuronale all'interno di una rete emotiva già in via di sviluppo. Non è inoltre noto se esista una progressione gerarchica di raffinamento e maturazione sinaptica all'interno di specifici circuiti emotivi, analoghi ai circuiti sensoriali e di memoria. Sono necessarie ulteriori indagini sulle popolazioni cellulari (come le cellule CRH ipotalamiche) che sono più suscettibili a sequenze imprevedibili di segnali sensoriali. Inoltre, è possibile prevenire o migliorare i persistenti deficit nelle operazioni dei circuiti emotivi risultanti da segnali imprevedibili della prima infanzia?

Nuove tecnologie, inclusa l'optogenetica non invasiva (15), consentirebbero la consegna di sequenze di segnali prevedibili e/o imprevedibili che attivano popolazioni cellulari specifiche in momenti diversi durante periodi sensibili o successivi. Tali esperimenti in modelli animali potrebbero verificare se la somministrazione di sequenze di segnali prevedibili supera i deficit nei comportamenti di tipo emotivo derivanti dall'allevamento in ambienti imprevedibili e può informare gli interventi comportamentali nei bambini. In effetti, il quadro concettuale qui descritto porta un sostanziale vantaggio potenziale: se i modelli imprevedibili dei segnali sensoriali della prima infanzia interrompono la normale maturazione dei circuiti emotivi, portando a vulnerabilità alla malattia mentale, allora questi modelli aberranti possono essere mitigati da approcci comportamentali preventivi o interventistici. 8).

RINGRAZIAMENTI

Ringraziamo CM Gall, G. Lynch e T. Hensch per le loro preziose discussioni. Gli autori sono supportati dal National Institutes of Health (sovvenzioni P50 MH096889, MH73136 e NS108296), dalla Bren Foundation e dalla Hewitt Foundation for Biomedical Research.

RIFERIMENTI E NOTE

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

2. Cheng S, et al. Cella 185, 311 (2022). [PubMed: 35063073]

3. Khazipov R, et al. Natura 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. Natura 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 3° et al. Scienza 318, 1937 (2007). [PubMed: 18096809]

10. Buona volontà 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. MoletJ et al. Trad. Psichiatria 6, e702 (2016). [PubMed: 26731439]

13. Davis EP et al. EBioMedicina 46, 256 (2019). [PubMed: 31362905]

14. Bolton JL et al. Cell Rep. 38, 110600 (2022). [PubMed: 35354026]

15. Chen R et al. Nat. Biotecnol 39, 161 (2021). [PubMed: 33020604]

For more information:1950477648nn@gmail.com