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Un interruttore on-off per l'ansia
Con il tocco di un interruttore della luce posizionato con precisione, i topi possono essere indotti a rannicchiarsi in un angolo per la paura o ad esplorare coraggiosamente il loro ambiente. Lo studio mette in evidenza il potere della tecnologia optogenetica, che consente ai neuroscienziati di controllare i neuroni geneticamente modificati con la luce, di esplorare le funzioni del complesso cablaggio neurale e di controllare il comportamento.
Controllo della luce: Gli scienziati usano le fibre ottiche per controllare i neuroni geneticamente modificati nel cervello degli animali (come mostrato qui).
Nello studio, Karl Deisseroth e i collaboratori della Stanford University hanno identificato un circuito specifico nell'amigdala, una parte del cervello centrale per la paura, l'aggressività e altre emozioni di base, che sembra regolare l'ansia nei roditori. Sperano che i risultati, pubblicati oggi sulla rivista Natura , farà luce sulle basi biologiche dei disturbi d'ansia umani e indicherà nuovi obiettivi per il trattamento.
Vogliamo concettualizzare le malattie psichiatriche come vere entità fisiche con substrati fisici, afferma Deisseroth. Proprio come le persone che hanno l'asma hanno vie aeree reattive, le persone con disturbi d'ansia possono avere una proiezione ipoattiva nell'amigdala.
I ricercatori hanno progettato topi per esprimere proteine sensibili alla luce in cellule specifiche dell'amigdala che inviano fili neurali, noti come assoni, a diverse sottostrutture. Utilizzando un cavo in fibra ottica appositamente progettato impiantato nel cervello dell'animale, i ricercatori hanno scoperto che puntare la luce per attivare un circuito specifico ha avuto un effetto immediato e potente sul comportamento dell'animale.
Non ho mai visto niente di simile, afferma Kay Tye, ricercatrice post-dottorato nel laboratorio di Deisseroth e autrice principale dello studio. I topi hanno naturalmente paura di esplorare aree aperte, spiega. In circostanze normali, l'animale metterà il naso fuori e poi scapperà in un angolo, dice Tye. Ma quando accendi la luce, l'animale inizia a esplorare la piattaforma senza segni visibili di ansia. Poi spegni la luce e torna di corsa nell'angolo.
I ricercatori potrebbero indurre l'effetto opposto utilizzando una proteina sensibile alla luce che silenzia le cellule invece di attivarle.
Far brillare la luce sui corpi delle cellule, che a sua volta attiva gli assoni in più circuiti, non ha avuto alcun effetto sul comportamento degli animali, evidenziando quanto sia importante essere in grado di indirizzare i singoli circuiti nel cervello.
La nostra comprensione dei circuiti più precisi all'interno dell'amigdala sta iniziando solo ora a decollare, afferma Kerry Ressler , un neuroscienziato della Emory University che non è stato coinvolto nello studio. L'optogenetica, in cui gli scienziati possono attivare popolazioni cellulari specifiche e persino parti di cellule, è un approccio potente per analizzare come l'amigdala modula la paura e l'ansia.
Ki Ann Goosens , un neuroscienziato del MIT che non è stato coinvolto nello studio, afferma che la ricerca potrebbe aiutare a spiegare la variazione individuale nei livelli di ansia di base. I risultati ci dicono che questo circuito contribuisce a un set point individuale per l'ansia, dice.
Potrebbe essere un tema che alcune delle principali fonti di disfunzione nei disturbi psichiatrici risiedano nel flusso di informazioni tra le diverse regioni del cervello, afferma Deisseroth. Questo è qualcosa che l'optogenetica è particolarmente adatta ad affrontare.
I ricercatori sperano che la scoperta alla fine consentirà lo sviluppo di nuovi trattamenti per i disturbi d'ansia che siano privi degli effetti collaterali dei farmaci esistenti. Le benzodiazepine, come il valium, sono sedativi e comportano il rischio di dipendenza. I topi a cui vengono somministrate benzodiazepeni diventano meno timorosi e più esplorativi, ma il farmaco influisce anche sui loro movimenti, rendendoli pigri, dice Tye. L'attivazione del circuito con la luce non sembra suscitare questo problema. Questi animali annusano, puliscono, fanno tutto normalmente, dice.
Per creare farmaci ansiolitici più selettivi, gli scienziati dovrebbero prendere di mira solo il sottoinsieme di cellule che compongono questo circuito, il che potrebbe rivelarsi difficile da fare chimicamente. Ma Deisseroth sta già lavorando a un altro approccio, utilizzando un metodo non invasivo per stimolare il cervello chiamato stimolazione magnetica transcranica (TMS). La tecnologia utilizza campi magnetici per attivare i neuroni sulla superficie del cervello ed è approvata dalla Food and Drug Administration per il trattamento della depressione. Combinando la TMS e l'imaging funzionale del cervello, Deisseroth sta ora esaminando se è possibile stimolare in modo non invasivo circuiti specifici nel cervello umano. Il suo primo studio, appena iniziato, si concentrerà su un circuito che il suo team ha precedentemente collegato al morbo di Parkinson.
Tye sta lavorando per comprendere meglio il ruolo che il circuito identificato nell'attuale studio svolge nella paura rispetto all'ansia. Mentre i due termini tendono ad essere intercambiabili nell'uso quotidiano, i neuroscienziati definiscono la paura come una risposta a una cosa specifica, ad esempio un suono forte o il traffico in arrivo. L'ansia, d'altra parte, è una paura cronica e generalizzata. La paura può essere importante per la sopravvivenza, ma i disturbi d'ansia sono disadattivi, dice Tye.