Исследователи из Ратгерского университета выяснили, как мозг определяет, какие похожие на опасный стимулы должны вызывать страх после негативного опыта. Эксперименты на мышах показали, что граница между опасным и безопасным формируется уже на раннем этапе обработки сенсорной информации — в обонятельной луковице. О том, как мозг учится распространять страх на похожие стимулы, — в материале «Известий».

Один сенсорный стимул — например, запах, звук или изображение — активирует множество нейронов мозга. При этом похожие стимулы часто задействуют частично совпадающие группы клеток.

После пугающего опыта мозгу необходимо определить, насколько новый стимул должен быть похож на исходный, чтобы также восприниматься как опасный. Для этого формируются своеобразные «границы страха», которые сужают распространение нейронной активности.

Чтобы изучить этот механизм, ученые научили мышей связывать определенный запах с легкой угрозой. После этого животным предъявляли исходный запах, а также новые — похожие и отличающиеся от него. Исследователи одновременно отслеживали активность нейронов в обонятельной луковице — области мозга, участвующей в первичной обработке запахов. Работа опубликована в журнале Nature Communications (NC).

После обучения страху изменения происходили не только в группе нейронов, активированной запахом, который был связан с угрозой. Они затрагивали и некоторые расположенные рядом клетки. Поэтому новый запах, который активировал частично совпадающую или соседнюю группу нейронов, мог восприниматься как угроза, хотя непосредственно с негативным опытом его не связывали.

Наталья Ефимова, аспирантка лаборатории Макганна и соавтор исследования

Исследование показало, что в случае запахов сенсорная дифференциация и установление границ страха происходят в ранней части мозга, отвечающей за обработку сенсорной информации.

Исследователи подчеркивают: чем сильнее пересекались нейронные представления двух запахов, тем легче страх распространялся с исходного стимула на новый.

Чтобы проверить роль ранней сенсорной обработки, ученые изменяли работу локальных тормозных цепей в обонятельной луковице мышей. В результате они могли менять то, насколько широко животные распространяли страх на новые запахи. В норме после обучения мыши сильнее всего реагировали на запах, связанный с угрозой, слабее — на похожий и еще слабее — на значительно отличающийся. То есть реакция постепенно уменьшалась по мере снижения сходства стимулов.

Когда тормозную систему в обонятельной луковице блокировали, эта градация исчезала: страх становился более общим и распространялся на запахи одинаково. При другой манипуляции, напротив, диапазон запахов, которых грызуны избегали, сужался, хотя способность различать сами запахи сохранялась.

Полученные результаты показали, что обонятельная луковица не просто передает сенсорную информацию в другие отделы мозга. Она сама участвует в определении того, насколько новый запах похож на ранее связанный с угрозой стимул.

Джон Макганн, профессор кафедры психологии Ратгерского университета в Нью-Брансуике и руководитель исследования

Эти результаты свидетельствуют о том, что мозг начинает определять границу между опасными и безопасными стимулами гораздо раньше в процессе обработки сенсорной информации, чем предполагалось ранее.

По словам ученого, тормозная обработка в обонятельной луковице регулирует то, насколько далеко распространяется активность нейронов после пугающего опыта. Таким образом, пережитая угроза может влиять не только на реакцию на исходный стимул, но и на восприятие других, похожих на него запахов.

Авторы предполагают, что чрезмерное распространение страха может быть связано не только с изменениями в областях мозга, участвующих в эмоциях и памяти, но и с тем, как сам стимул представляется на ранних этапах сенсорной обработки. В норме реакция постепенно ослабевает по мере того, как новый стимул становится менее похожим на тот, который был связан с угрозой. При чрезмерном обобщении эта градация может исчезать, и страх начинает распространяться на широкий круг стимулов.

Исследователи отмечают, что подобные нарушения обобщения страха наблюдаются при тревожных расстройствах и посттравматическом стрессовом расстройстве. Однако нынешняя работа была проведена на мышах и изучала прежде всего обработку запахов, поэтому полученные результаты пока нельзя напрямую переносить на человека.