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Iowa-Forscher identifizieren neuronale Schaltkreise, die mit Stressreaktionen verbunden sind

Irgendwann haben wir uns alle durch eine Bedrohung oder Gefahr gelähmt gefühlt.

Forscher der University of Iowa haben herausgefunden, wo diese Reaktion auf eine Bedrohung auftritt. In einer neuen Studie bestätigten die Forscher, dass ein neuronaler Schaltkreis, der zwei getrennte Regionen im Gehirn verbindet, bestimmt, wie Tiere, einschließlich Menschen, auf eine Stresssituation reagieren. Durch Experimente zeigten die Forscher, wie Ratten entweder passiv oder aktiv auf eine Bedrohung reagierten, und verknüpften jede Reaktion mit einem bestimmten Signalweg im Gehirn.

In einem anderen Test manipulierten die Forscher den neuronalen Schaltkreis erfolgreich, sodass Ratten eine lähmende Reaktion auf eine Gefahr überwanden und stattdessen aggressiv auf die Bedrohung reagierten.

Der mit der Stressreaktion identifizierte neuronale Schaltkreis verbindet den kaudalen medialen präfrontalen Kortex mit dem dorsolateralen periaquäduktalen Grau des Mittelhirns. Aufgrund der bekannten körperlichen und psychischen Auswirkungen von chronischem Stress ist es wichtig, die Verbindung herzustellen und wie sie Stress reguliert.

Viele chronische Stresserkrankungen wie Depressionen und Angststörungen sind mit einem sogenannten passiven Bewältigungsverhalten verbunden. Wir wissen, dass viele dieser Erkrankungen durch Lebensstress verursacht werden. Der einfachste Grund, warum wir an diesem Weg interessiert sind, ist, ihn als einen Kreislauf zu betrachten, der die Widerstandsfähigkeit gegen Stress fördern kann.“

Jason Radley, Associate Professor, Department of Psychological and Brain Sciences und korrespondierender Autor der Studie

Frühere Forschungen haben das kaudale mediale präfrontale Kortex-Mittelhirn-dorsolaterale periaquäduktale Grau als einen Schlüsselweg identifiziert, der bestimmt, wie Tiere auf Stress reagieren. Radleys Team bestätigte die Bedeutung des Weges, indem es ihn inaktivierte und dann beobachtete, wie die Ratten auf eine Bedrohung reagierten. Die Ratten konnten auf zwei grundlegende Arten reagieren: Die eine ist passiv, was bedeutet, dass sie sich im Wesentlichen nicht als Reaktion auf die Bedrohung bewegten. Der andere ist aktiv, durch eine Reihe von Verhaltensweisen, wie das Begraben der Bedrohung (eine Schocksonde in den Experimenten), das Aufbäumen auf den Hinterbeinen oder das Suchen eines Fluchtwegs.

Die Forscher erfuhren, dass die Tiere passiv reagierten, wenn sie den neuronalen Stressschaltkreis der Ratten deaktivierten, was bedeutet, dass sie nicht direkt auf die Bedrohung reagierten.

„Das zeigt, dass dieser Weg für aktives Bewältigungsverhalten notwendig ist“, sagt Radley.

Als nächstes zwangen die Forscher die Ratten, passiv zu reagieren, indem sie die Einstreu aus ihrem Käfig entfernten, was sie daran hinderte, den Bedrohungsmechanismus zu begraben. Als das Team die Nervenbahn aktivierte, änderten die Ratten ihr Verhalten und reagierten aktiv auf die Bedrohung. Die aktive Reaktion erfolgte, obwohl die Tiere ohne Einstreu gelassen wurden, was eine passive Reaktion hätte auslösen sollen. Darüber hinaus zeigten Blutproben, die vor und nach der Aktivierung der neuronalen Schaltkreise der Ratten entnommen wurden, dass ihre Stresshormonspiegel nicht anstiegen, wenn sie mit der Bedrohung konfrontiert wurden.

„Das bedeutet, dass wir durch die Aktivierung des Signalwegs breite Stress-Puffereffekte gesehen haben“, sagt Radley. „Es hat nicht nur das aktive Bewältigungsverhalten der Ratten wiederbelebt, es hat sie auch wiederhergestellt und die Freisetzung von Stresshormonen stark verringert.“

In einer dritten Reihe von Experimenten setzten die Forscher Ratten chronisch variablem Stress aus, was bedeutet, dass sie über zwei Wochen regelmäßigem Stress ausgesetzt waren. Nach der zweiwöchigen Konditionierung wurden die Ratten in Käfige gesetzt und der Bedrohung ausgesetzt. Sie reagierten passiv, wollten sich nicht bewegen, und ihre Stresshormone schossen in die Höhe, wie die Forscher vermutet hatten.

Der chronische Stresstest ist wichtig, sagt Radley, weil Menschen chronischem Stress ausgesetzt sind. Aus unbekannten Gründen tragen manche Menschen weiterhin diese Stresslasten, die zu körperlichen und psychischen Störungen führen können. Andere zeigen jedoch wenig bis gar keine Erinnerungen an den chronischen Stress. Die Forscher nennen dieses Verhalten „Stressresilienz“.

„Es ist möglich, dass wir einige dieser Gehirnschaltkreise kooptieren können, wenn wir die Prozesse im Gehirn verstehen könnten, die die Belastbarkeit regulieren können“, sagt Radley, obwohl er hinzufügt, dass dies keine unmittelbare Option ist.

Die Forscher planen, die neutralen Verbindungen zu untersuchen, die stromaufwärts und stromabwärts des kaudalen medialen präfrontalen Kortex-Mittelhirn-dorsolateralen periaquäduktalen grauen Pfades liegen.

„Wir verstehen nicht, wie diese Effekte das Gehirn auf breiterer Ebene verändern“, sagt Radley.

Die Studie „Aktivität in einem präfrontal-periaquäduktalen grauen Schaltkreis überwindet Verhaltens- und endokrine Merkmale der passiven Bewältigung von Stressreaktionen“ wurde am 28. Oktober online in der Zeitschrift Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) veröffentlicht.

Der erste Autor aus Iowa ist Shane Johnson. Zu den Co-Autoren, alle aus Iowa, gehören Ryan Lingg, Timothy Skog, Dalton Hinz, Sara Romig-Martin und Nandakumar Narayanan. Victor Viau von der University of British Columbia in Vancouver ist ein beitragender Autor.

Das National Institutes of Health Office of Mental Health und die Brain and Behavior Research Foundation finanzierten die Forschung.

Quelle:

Universität von Iowa

Referenz:

Johnson, S., et al. (2022) Aktivität in einem präfrontal-periaquäduktalen grauen Kreislauf überwindet Verhaltens- und endokrine Merkmale der passiven Stressbewältigungsreaktion. PNAS.

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Daniel Wom

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