Psicobiologia della Resilienza e della Vulnerabilità

Memorie di paura condizionata: formazione ed estinzione

Il sistema che controlla le emozioni è estremamente plastico, in grado di modellarsi.

E' molto facile indurre memorie di paura condizionata, situazioni in cui vi è uno stimolo inizialmente neutro (SC) che

viene ripetutamente associato ad uno stimolo incondizionato (SI) doloroso, provoca la formazione di una risposta di

paura (memoria emotiva) allo SC molto robusta e duratura.

Questo condizionamento può andare incontro a Estinzione, in cui si cerca di smontare il condizionamento creato. In

molti casi non è cosi semplice in quanto queste memorie emotive sono molto radicate.

Il protocollo con cui vengono studiate le memorie emotive è appunto quello di condizionamento.

Gli effetti del protocollo sono molto forti sia nell'uomo che nell'animale.

Ci sono 2 forme di associazioni che hanno luogo di seguito alla somministrazione:

Tra shock (SI) e ambiente/contesto, se si ritorna a visitare il contesto in cui si è subito il dolore, anche in

• mancanza dello stimolo doloroso, avranno luogo risposte di paura (freezing negli animali, l'animale si blocca

completamente; la conduttanza cutanea cambia – misure oggettive). Contextual fear conditioning.

Se utilizzo un suono che predice il dolore, formo l'associazione tra SI (suono) e il dolore imminente. La paura si

• forma indipendentemente dal contesto, la risposta dipende solo dal suono che predice il dolore. Associazione

tra Cue sensoriale e risposta di paura. Cue fear conditioning.

Per creare la traccia di memoria bisogna associare ripetutamente SC e SI, per andare a vedere se effettivamente ho

creato una traccia di memoria somministro solo SC, che dovrebbe provocare una risposta anche in mancanza di SI.

Quando ho il condizionamento, che sia associato al contesto o allo stimolo, posso misurare la risposta alla paura e

posso ri-somministrare gli stimoli per verificarli.

E' un tipo di apprendimento mentale, l'effetto del condizionamento lo misuro dall'entità della risposta, su una scala

quantitativa.

Questa memoria può persistere per giorni, settimane o addirittura anni.

ES1. Sospettiamo che dove c'è la formazione di una traccia di memoria sia coinvolta la plasticità sinaptica. Modulando i

fattori coinvolti nella plasticità sinaptica modulo l'apprendimento?

Un topolino dopo l'apprendimento rimuove il gene che reprime la plasticità alla fine dei periodi critici, in cui la

plasticità diminuisce a causa della comparsa di fattori inibitori per la plasticità, che avvolgono i neuroni rendendo le

sinapsi più stabili. In questi topolini questo collante viene ridotto, e le sinapsi sono più iberi di cambiare, facilitando la

mobilità sinaptica aumentano di molto le possibilità di creare una traccia di memoria di condizionamento alla paura.

E' importante sapere quanto fosse il livello di partenza di paura del topolino.

ES2. Vengono somministrati degli shock in un certo contesto (scatola), poi i topi tornano alle loro gabbie, dove stanno

per un mese e mezzo. Trascorso questo tempo vengono reinseriti nella scatola dove avevano subito lo shock, senza

però somministrarlo, e si evidenziano alte risposte di freezing, segno che la traccia di memoria di paura al contesto si è

formata.

Questi esperimenti sono utilizzati nell'animale e nell'uomo (associando uno stimolo visivo ad un rumore molto forte).

Anche nell'uomo si è visto che andando a studiare le attivazioni dei vari circuiti cerebrali durante la rievocazione della

traccia di memoria, il nucleo centrale è l'AMIGDALA, importante per orchestrare direttamente e non, tutte queste

risposte emotive.

ES. In America una donna ha una malattia genetica, che porta a una degenerazione selettiva dell'amigdala. Signora

senza paure. Viveva in un quartiere molto a rischio, ha subito molte minacce e furti, ma non aveva mai mostrato

alcuna paura. È stata sottoposta a varie misurazioni, cercando di indurre paura con stimoli estremi, mostrava tutte le

emozioni tranne che la paura. Ciò mostra il ruolo centrale del sistema della modulazione della paura.

L'Amigdala fa parte del sistema limbico, ed è costituita da diverse suddivisioni (laterale, basale, intercalata, centrale). Si

trova nelle parti mediali anteriori del lobo temporale, in connessione con i nuclei della base. In generale,

l'informazione entra dall'amigdala laterale ed esce dalla centrale, questi sottonuclei (complesso amigdaloide) sono

fortemente connessi. Riceve informazione sensoriale anche prima che arrivi alla corteccia, riceve l'informazione di cosa

sta succedendo non elaborata a livello corticale, importante però dal punto di vista anatomico. L'ipotalamo è

importantissimo per mettere in atto la risposta di paura, essendo collegato con l'ipofisi permette la risposta ormonale

e vegetativa alla paura. Questi sottonuclei sono divisibili a loro volta in sottozone.

Circuito di Papez e Maclean: uscite dell'amigdala verso la corteccia. Uscite pronunciate per le zone della CPF e per la

Corteccia cingolata ( nella zona anteriore). La cosa importante è che sia a livello dell'amigdala laterale che dei nuclei

intercalati c'è una forte innervazione della CPF (che riceve dall'amigdala e reinvia l'informazione). Lo stato emotivo

condiziona molto il funzionamento dell'intero cervello.

L'amigdala non è solo necessaria per provare e manifestare e emozioni, ma anche per far realizzare apprendimenti di

tipo emotivo e relazioni fra stimoli o contesti ed eventi emozionalmente carichi.

Lesioni all'amigdala: paziente SM mostra difficoltà a reagire e a giudicare le espressioni facciali di felicità, paura,

disgusto o tristezza anche se non ha alcuna difficoltà a riconoscere l'identità delle stesse facce.

Se prendiamo soggetti normali, l'amigdala (soprattutto quella sinistra) si attiva in risposta a stimolazioni emotive,

soprattutto per le facce impaurite.

Differenza amigdala-ippocampo (compiti di memoria implicita/esplicita):

I compiti di memoria emotiva sono di memoria implicita, non si mantiene se ci sono delle lesioni nell'ippocampo.

ES. Vengono mostrati dei campi colorati, uno dei colori veniva associato ad un rumore fastidioso ad alta frequenza. I

soggetti con lesione all'amigdala mostravano un ricordo dei colori e del fatto che alcuni di questi fossero seguiti da un

suono, ma non facevano nessuna associazione del colore con risposte emotive sistemiche (cambiamento nella

frequenza cardiaca). I soggetti con lesione all'ippocampo mostravano risposte emotive sistemiche in risposta ai colori

associati al suono, ma non si ricordavano che era avvenuta un'associazione colore-suono, hanno dimenticato i colori

visti, ma hanno risposto con paura al colore associato. La memoria è implicita.

L'ippocampo è però coinvolto nella memoria, viene bloccato il condizionamento dipendente dal contesto se questo è

lesionato, posso creare memoria associato al suono ma non al contesto.

ES. Topolino in un ambiente nuovo, prima si genera un periodo di abituazione, il giorno dopo si associa il suono con

una scarica elettrica alla zampa ripetutamente, innalzando i livelli di freezing. Come controllo alla risposta ad un suono

che precede sempre uno shock, si può dare un altro suono diverso che non sia appaiato, cosi da vedere la specificità

della traccia di memoria, viene memorizzata la contingenza temporale tra suono e shock. Ci sono dei topolini che

rispondono anche a questo suono non associato. Si va a testare quando già la traccia esiste, presentando quindi solo il

suono.

Circuito coinvolto nell'elaborazione dello stimolo sensoriale:

Lo stimolo acustico arriva al talamo acustico (nucleo genicolato mediale), dal nucleo genicolato mediale abbiamo una

prima via che va alla parte laterale basale, allo stesso tempo l'informazione arriva alla corteccia acustica primaria, poi

alla superiore, da qui abbiamo ulteriori vie che tornano all'amigdala restituendo l'informazione sensoriale elaborata. I

nuclei laterali e basali comunicano con il nucleo centrale, da cui abbiamo le risposte vegetative, c'è anche

l'innervazione dei nuclei colinergici del prosencefalo basale, che rilasciano acetilcolina, è un nucleo in cui l'attivazione

colinergica determina una situazione di paura. Il segnale PAURA attiva tutto il cervello, c'è un ritorno sul cervello

generale mediato dall'acetilcolina.

Quindi, l'amigdala è in grado di mediare la componente corporea delle emozioni tramite le proiezioni del nucleo

centrale: la maggior attività di questo si pensa che determini, nel condizionamento alla paura, la maggior risposta allo

stimolo condizionato.

La maggior attività del nucleo centrale si ripercuote sull'ipotalamo e sul tronco dell'encefalo, mediando le reazioni

corporee e la parte inconscia di uno stato emozionale. L'amigdala è anche importante per l'esperienza cosciente delle

emozioni, proiettando alle aree corticali associative, ed in particolare alla corteccia cingolata anteriore ed alla corteccia

orbitofrontale.

Ma è possibile avere risposte emotive in assenza di una percezione cosciente degli stimoli? È necessario che le

cortecce sensoriali identifichino uno stimolo per farci provare paura?

ES. In un lavoro di Morris, è stata usata una procedura di rapida presentazione di due stimoli visivi in successione. In

questo modo, la presentazione del secondo stimolo previene la percezione cosciente del primo, mascherandolo.

Gli stimoli erano costituiti da due facce, alcune delle

quali erano state accoppiate con un forte rumore per provocare una risposta di paura condizionata. Il soggetto dopo la

presentazione veloce non associata, riferirà sempre di aver visto la seconda faccia. Se associo lo stimolo acustico alla

presentazione non percepita (la faccia triste), quello che ho dopo è una risposta di paura alla faccia non percepita

(quella triste). Quindi, se presentata per seconda ,la faccia triste era percepita ed evocava paura, se presentata per

prima, non veniva percepita, ma la risposta alla paura si manifestava comunque.

La presentazione di queste due facce evocava sudorazione delle mani (risposta emozionale) sia quando esse venivano

coscientemente percepite sia quando la loro percezione cosciente era prevenuta dal masking.

Quindi si , è possibile evocare una risposta emotiva ad uno stimolo “non visto”. In questo caso si attiva l'amigdala destra

in correlazione con l'attivazione del collicolo superiore e del pulvinar (nucleo talamico, anch'esso visivo) ed in

correlazione negativa (non si attivano) con la corteccia orbitofrontale e con l'area delle facce nella corteccia

inferotemporale. Quando invece lo stimolo condizionato veniva coscientemente percepito, l'attivazione dell'amigdala

destra correlava positivamente (si attiva) con l'attivazione dell'ippocampo e del cervelletto e negativamente con quella

del puvinar. L'amigdala sinistra non mostrava correlazione con l'attività del pulvinar.

Cosa succede nell'amigdala quando si forma una memoria di paura condizionata?

Come immagazziniamo la memoria di paura, è un fenomeno di plasticità, che avviene a livello della stazione d'ingresso

dell'amigdala, nell'amigdala laterale, dove convergono stimoli sensoriali e stimoli importanti di tipo vegetativo.

Quando queste due vie (stimolo condizionato e non condizionato) sono attivi simultaneamente si ha una plasticità di

tipo Hebbiano, le loro risposte si sommano, potenziandosi, quindi daranno una fortissima risposta. La forte

depolarizzazione che deriva dal dolore (stimolo incondizionato), se è coattiva con lo stimolo condizionato da origine a

plasticità. Anche la via che portava uno stimolo acustico, se appaiato in modo sincrono, da un fenomeno di plasticità a

livello post-sinaptico dell'amigdala laterale. Se non arrivano simultaneamente non avrà luogo potenziamento.

Per verificare che questo fenomeno avvenga, verifico che le risposte acustiche nei neuroni dell'amigdala laterale vanno

incontro ad un potenziamento, la risposta ad un determinato suono si potenzia.

Se la plasticità sinaptica è fondamentale nel potenziamento, allora i fattori coinvolti nella plasticità sono fondamentali

per spiegare un apprendimento di memoria condizionata. Esperimenti testando diversi fattori molecolari coinvolti

nella cascata della plasticità, quali recettori, proteine chinasi, fattori di attivazione biochimica. Se tolgo, ad esempio, il

recettore NMDA non si forma la traccia di memoria di paura, in quanto è un fattore coinvolto dell'acquisizione del

condizionamento, se invece inibissi il canale voltaggio-dipendente per il calcio (VGCC) la traccia di memoria si

formerebbe, ma non rimarrebbe troppo a lungo, in quanto è coinvolte nella consolidazione e nel mantenimento del

condizionamento.

Sono molto importanti per l'acquisizione i neuromodulatori, in situazioni fortemente emotive si genera

apprendimento. Noradrenalina e dopamina sono importanti per la plasticità, potrebbero rendere il post-sinaptico più

responsivo ad uno stesso stimolo, dando origine ad un LTP maggiore e quindi ad un apprendimento più solido,

plasticità eterosinaptica (plasticità indipendente dall'attività del postsinaptico).

L'apprendimento del condizionamento di paura coinvolge quindi cambiamenti duraturi dell'efficacia sinaptica di tipo

LTP nel nucleo laterale.

L'ipotesi è che l'attività evocata nel nucleo laterale dalla presentazione dello stimolo condizionato, quando appaiata

con l'attività evocata dallo stimolo incondizionato, provoca un potenziamento della risposta allo SC. Il nucleo laterale

dell'amigdala proietta al nucleo centrale, che costituisce la principale uscita dell'amigdala. La maggior risposta del

nucleo laterale allo SC determinerà una maggior attivazione del nucleo centrale. Le proiezioni del nucleo centrale sono

diretta all'ipotalamo e alle strutture del tronco dell'encefalo coinvolte nel controllo del sistema nervoso autonomo: in

questo modo l'amigdala controlla sia il sistema nervoso autonomo che il sistema endocrino che l'asse HPA.

ES. Mediante una stimolazione di tipo optogenetico (ai neuroni viene fatto esprimere un gene in modo da renderlo

fotosensibile somministrando ChR2, in questo caso nel nucleo centrale) si osserva in questi topi, nella sottoparte

mediale del nucleo centrale, se si accende la luce sull'amigdala manifestano freezing.

ES. Possono venir fatti anche esperimenti di registrazione, sottoponendo a fear conditioning, presento SC e noto che ci

sono dei neuroni che si attivano nel nucleo centrale, ma anche dei neuroni che si disattivano, continuamente nel

nucleo ci sono due popolazioni di neuroni, quello che conta è il bilanciamento tra queste due popolazioni, che

determinano la presenza o meno della risposta di paura. Con la stimolazione ottogenetica posso vedere che questi

neuroni ricevono da zone diverse della corteccia, se stimolo la CPF infralimbica, ha la connessione eccitatoria con la

basolaterale sui CEIon (nuclei centrali, manifestazione di paura). La CPF prelimbica invece ha innervazioni inibitorie,

togliendo la risposta di paura. Il circuito è molto controllato.

Quindi, quando un certo stimolo produrrà una forte attivazione del CEIon e una inibizione del CEIoff, il bilancio si

sposta verso la paura, dall'amigdala centrale uscirà il segnale che attiva i fenomeni che producono la risposta di paura.

Lezione 2 L'amigdala centrale si trova anche sotto il controllo della CPF, anche qui abbiamo

zone con azioni eccitatorie e inibitorie della paura, il controllo è fine, possiamo

quindi avere condizioni che favoriscono la paura e altre che la inibiscono, avendo

entrambe le possibilità.

La via infralimbica attiva dei neuroni nell'amigdala basolaterale che vanno a inibire

le CEIon, quindi la paura viene inibita. L'altra via, studiata sempre con tecniche

optogenetiche rendendo i neuroni sensibili alla luce, sulla prelimbica, c'è

un'eccitazione dei CEIon e quindi la paura viene favorita.

Il Freezing è una misura comportamentale che basta per misurare il

condizionamento alla paura? Quali altri parametri vengono misurati? Molti studi

riportano che nei ratti, lesionando o inattivando farmacologicamente il complesso dell'amigdala basolaterale, il

freezing mostrato in risposta all'indizio sonoro o al contesto precedentemente associati con lo shock diminuisce. Ciò

suggerisce che il complesso dell'amigdala basolaterale potrebbe essere critico per l'immagazzinamento

dell'associazione SC-shock appreso, inoltre potrebbe essere un luogo soggetto a neuroplasticità che media il

condizionamento. Si è visto però che lesionando o inattivando l'amigdala si blocca la risposta anche per la paura NON

appresa.

I comportamenti rintracciabili dopo un training di apprendimento che possono essere presi in considerazione come

indici di un apprendimento nel paradigma del contextual fear conditioning sono:

→ la latenza della prima entrata nella zona in cui si è esperito lo shock (memoria esplicita, quanto tempo il topo

impiega ad entrare).

→ il numero di entrate nella zona piuttosto che in un'altra (memoria esplicita).

→ il freezing (assenza totale di movimenti eccetto che per la respirazione (memoria implicita, in quanto può essere

presente anche senza una percezione conscia dello stimolo).

La componente implicita ed esplicita hanno un decorso di ritenzione diverso:

si vede che nel periodo di abituazione (in contesto neutro) i

topolini hanno la stessa attivazione, quando viene rievocato

lo shock i topolini condizionati hanno un fortissima risposta

di latenza d'ingresso, dal 14° sembrano essersi dimenticati

dell'associazione.

(compito di valutazione di memoria esplicita)

diverso il discorso per quanto riguarda la valutazione del

tempo speso in freezing. Dopo la fase di test si vede che la

traccia di memoria è presente e si attiva molto anche fino al

28° giorno.

Dal punto di vista inconscio e implicito, la traccia tende a