Psicobiologia della Resilienza e della Vulnerabilità 2 Modulo

Psicobiologia della resilienza e della vulnerabilità

Memorie di paura condizionata: formazione ed estinzione

Le memorie emotive: quando si studiano si usa un protocollo chiamato "condizionamento alla paura". Possiamo indurre delle risposte di paura a stimoli che normalmente non avrebbero nulla di negativo. Si possono dunque continuamente formare nuove associazioni tra stimoli e la risposta emotiva agli stessi. Ci sono delle paure innate, ma il sistema di controllo della paura è molto plastico (come è giusto che sia). La paura è un fenomeno del tutto funzionale, serve perché almeno non facciamo cose che ci potrebbero portare a degli svantaggi (paura di entrare in una caverna perché dentro c'è il leone). È giusto dunque che quello della paura sia un sistema plastico, adattativo.

Per studiare questi meccanismi che pensiamo possano andare fuori controllo in condizioni patologiche (DSPT) sia nell’uomo che negli animali, si possono studiare protocolli di condizionamento: c'è uno stimolo neutro (SN), poi chiamato stimolo condizionato (SC), che viene associato più di una volta a uno stimolo doloroso (SI). Quest’ultimo è uno stimolo incondizionato (dà una risposta emotiva automaticamente, non accorre un apprendimento). Grazie alla ripetuta associazione di SN con SI si otterrà paura anche per lo SN. In generale, questo tipo di protocolli si può misurare anche con parametri fisiologici (componente corporea della paura → sudorazione → aumento conduttanza cutanea, pressione sanguigna...).

Associazioni e contesti nel condizionamento alla paura

Quando si formano questi condizionamenti vengono apprese simultaneamente due associazioni:

• Associazione tra stimolo incondizionato e contesto in cui avviene l’esperimento: se un soggetto viene messo a fare il protocollo visto precedentemente, a un certo punto si mostreranno segni di attivazione emotiva anche solo relativamente al contesto (associazione contesto → risposta emotiva). Questa può avvenire anche senza SC ed è un condizionamento alla paura e al contesto.
• Se si fa un protocollo dove si associa SI e SC: SN → stimolo sensoriale. Mano mano che il soggetto viene posto allo SC e alla scossa, si forma un’associazione. Somministriamo il suono senza dare la scossa e notiamo che il soggetto mostra una risposta pari all’aver ricevuto la scossa. SC associato a SI funziona ovunque, cosa diversa dall'associazione relativa al contesto. Questo tipo di paura condizionata viene chiamato condizionamento allo stimolo.

Cosa misuriamo per essere convinti che il soggetto aveva mostrato paura? Dobbiamo usare degli indicatori fisiologici e il freezing (assenza di movimento, blocco totale). È importante anche ciò che riguarda il condizionamento alla paura allo stimolo, questo è indipendente dal contesto: ciò che l’animale ha appreso è l’associazione tra SN e Shock, ma non che SN predice shock in quel particolare ambiente. Tutte le misure che facciamo possono dare un’indicazione rispetto a quanto l’animale ha paura.

Persistenza delle memorie di paura

Normalmente si riesce facilmente a indurre questo tipo di condizionamento. Questa forma di memoria è estremamente persistente, può durare anche anni. Le memorie emotive si caratterizzano per la loro estrema forza, per il consolidamento molto forte → non è come leggere un libro, le memorie emotive sono molto persistenti.

In un esperimento si somministrano un certo numero di Shock a una di due popolazioni di topi. Questi shock erano stati associati a un suono. Si vede che vengono date queste associazioni e l’animale somma le risposte di paura. Si misura per quanto tempo l’animale è stato in condizione di freezing (baseline 15-20% di tempo in freezing). Mano mano che riceve le associazioni suono-scossa, il topo tende a immobilizzarsi sempre di più (risposta di paura acuta). Se prendiamo gli stessi due gruppi di topi un mese e mezzo dopo, se si va a testare in un contesto diverso lo stesso suono precedentemente associato alla scossa si notano livelli di freezing simili a quelli che aveva avuto un mese prima (l’esperimento, nella sua prima parte, era durato 2 minuti). Questo ci dice che la memoria non solo c’è stata ma è rimasta addirittura immutata. Ciò ci mostra l’efficacia di questa procedura.

Condizionamento alla paura nel contesto

In un altro esperimento si va a vedere il contextual fear conditioning: si va a vedere la baseline del freezing, con scossa aumenta il freezing, poi si aspetta un mese e mezzo e si rimettono i topolini nello stesso contesto (stessa gabbia in cui avevano ricevuto la scossa) senza risomministrare la scossa → si nota che c’è la paura al solo contesto. Questo tipo di esperimenti sono utilizzati anche nell’uomo, dove misuriamo la conduttanza cutanea (o altri indicatori fisiologici) invece che il freezing.

Ruolo dell'amigdala nel condizionamento alla paura

Quali strutture del cervello sono coinvolte nel recupero a lungo termine di queste forme di memoria? Ci sono varie indicazioni che ci dicono che l’amigdala sia un nucleo centrale fondamentale per questo tipo di apprendimenti. L’amigdala è parte di un circuito e fa parte del sistema limbico. L’amigdala si colloca nella parte più interna (mediale) del lobo temporale, accanto all’ippocampo. Noi parliamo in generale di amigdala, ma più in dettaglio si parla di complesso amigdaloideo (è fatta di sottonuclei): ci sono dei confini interni che la suddividono in amigdala laterale (zona superiore), amigdala basale (zona inferiore) e nucleo centrale (zona mediale).

Come sono collegati tra di loro questi nuclei dell’amigdala? La parte laterale è il punto di ingresso dell’informazione sensoriale all’interno dell’amigdala, riceve informazioni dal talamo sensoriale e dalle cortecce sensoriali, da qui passano al nucleo basolaterale e da questa al nucleo centrale (ci può finire direttamente o indirettamente dal nucleo basale) che è la principale uscita dell’amigdala. Da qui l’informazione va a strutture come l’ipotalamo che regolerà la risposta fisiologica allo stimolo.

Il freezing è un blocco motorio che si verifica grazie all’attività della materia grigia periacqueduttale quando l’informazione passa per il nucleo basale. Tutto questo passaggio è modulato da altre strutture: come per l’accumbens, tutti questi nuclei sottocorticali che condizionano molto il comportamento sono controllati dall’altro, ovvero dalla corteccia, che permette di avere una certa regolazione delle proprie emozioni. L’amigdala di per sé sarebbe un rilevatore di paura che attiva istantaneamente delle risposte, però, questo strumento è in parte organizzabile dall’attività dei centri superiori (ippocampo – corteccia prefrontale).

Integrazione dell'amigdala nel macro-circuito

Come si integra l’amigdala nel macro-circuito? La componente emotiva è non solo controllata da parte delle cortecce ma viene anche inviata alle stesse in modo tale da avere coscienza di una certa emozione.

Le prove che l'amigdala abbia tutte queste funzioni derivano da studi che stimolavano l'amigdala → risposta automatica di paura, dallo studio di PZ con lesioni alla stessa che mostrano difficoltà a reagire e a giudicare le espressioni facciali emotive anche se non avevano difficoltà a riconoscere l'identità delle facce stesse. Se c’è una lesione nell’amigdala è anche impossibile formare una nuova associazione fra stimolo e paura.

Condizionamento alla paura: cued e contextual

Inizialmente abbiamo detto che quando si fa un condizionamento alla paura possiamo attivare due tipi di condizionamento: cued (per stimolo sensoriale neutro) e contextual (contesto). Se si va a vedere quali sono le strutture importanti per questi condizionamenti l’amigdala ha un ruolo fondamentale. Specificatamente per il contextual c’è un ruolo fondamentale dell’ippocampo: se c’è una lesione avremo una mancanza di apprendimento.

Nel cued fear condition uno stimolo mi predice che entro brevissimo tempo riceverò uno stimolo doloroso. Il gruppo di controllo saranno ratti a cui saranno randomizzati gli eventi dolore dagli eventi suono.

Nella maggior parte degli studi si usano stimoli acustici, come arrivano questi all’amigdala? A monte della corteccia acustica primaria abbiamo il nucleo genicolato mediale che oltre a innervare la corteccia acustica ha già una proiezione diretta all’amigdala (basolaterale), questo vuol dire che l’amigdala riceve l’informazione acustica anche prima che venga elaborata a livello corticale (non percepita coscientemente) e poi ne riceve una copia elaborata a livello corticale. Questa avrà un contenuto informativo maggiore (aree di riconoscimento corticali). La laterale invia al nucleo centrale che guiderà tutte le sue uscite corticali e della risposta corporea. Se l’amigdala centrale sarà molto attivata saranno attivate anche maggiormente le risposte corporee e avremo, ad esempio, più freezing.

Reazioni emotive non coscienti

Se non percepisco coscientemente uno stimolo posso avere una reazione emotiva? In realtà sì, è stato fatto sull’uomo un esperimento: vengono mostrati due stimoli emotivi in velocissima successione (il primo viene visto ma è talmente breve che non se ne ha una percezione cosciente), il secondo rimane invece fisso sullo schermo. Si usano poi degli stimoli volto che erano stati utilizzati come stimolo non condizionato per un condizionamento alla paura (precedentemente si era fatta vedere una foto con due soggetti di cui uno dei due non era neutro, ma alla vista dello stesso veniva somministrato un suono fortissimo → attivazione negativa), si misurava quindi la misurazione della conduttanza cutanea alla faccia dell’uno o dell’altro. Cosa succede? Dal punto di vista della percezione il soggetto vedeva il volto non condizionato (quello rimasto sullo schermo), ma a livello di conduttanza cutanea era avvenuta un’attivazione emotiva (SC). Nel secondo caso il CS+ (appaiato al fastidio) era stato comunque in grado di attivare l’amigdala anche se dal punto di vista percettivo non aveva visto coscientemente lo stimolo negativo. Viene fatto anche l’imaging funzionale e quello che si vede è che quando lo SC non era percepito coscientemente avevamo comunque un’attivazione dell’amigdala in correlazione con l’attivazione di nuclei visivi sottocorticali (collicolo superiore e pulvinar, collegati con l’amigdala per dare informazioni su stimoli non visti coscientemente). Questo circuito sembrava essere attivato esclusivamente quando lo SC veniva visto non coscientemente. Dal punto di vista evolutivo ciò è funzionale: per uno stimolo di paura (serpente) devo essere rapido all’interpretazione e all’azione, viene quindi elaborato anche se non percepito adeguatamente.

Formazione della traccia di memoria nell'amigdala

Cosa succede quando si forma la traccia di memoria nell’amigdala? È strano che questo suono neutro prima non dia nessuna attivazione dell’amigdala ma quando appaiato con la scossa improvvisamente diventi in grado di attivarla. Sotto c’è un fenomeno di plasticità. In generale, si vede che, quando lo stimolo arriva all’amigdala laterale, riceve informazioni anche di tipo dolorifico, si verifica quindi una convergenza degli stimoli nella stessa via. Un neurone posto nell’amigdala laterale è un punto di convergenza: convergono le due tipologie di informazioni legate all’SC e all’SI. Questa attivazione simultanea sarebbe la causa del fenomeno di potenziamento sinaptico: secondo Hebb una via si potenzia se ha un’attività correlata con quella del postsinaptico. In questo caso, in condizioni normali, lo SN darebbe un’attivazione molto blanda, ma se la sua attivazione è contemporanea a quella derivante dalla via del dolore, la sua attivazione troverà un neurone postsinaptico bello attivo, si aggiungerà all’informazione acustica e si formerà un’attivazione enorme. Questa condizione fa sì che si verifichi un LTP a carico della via che porta l’informazione acustica. Dopo che questa si è potenziata non è più così debole, quindi, il semplice suono sarà in grado di attivare il neurone precedentemente attivato.

Il nucleo laterale dell’amigdala è il primo punto dove avviene questa associazione ed è lì che grazie alla plasticità sinaptica avviene il primo apprendimento del condizionamento alla paura. In realtà, a cascata, anche nei passaggi successivi di trasmissione dell’informazione all’amigdala centrale si avrà un potenziamento perché arrivano stimoli più forti. Alla fine il nucleo centrale sarà più attivo, questo spiega come mai si genera un maggior freezing o una maggiore risposta ormonale semplicemente allo stimolo neutro dopo che si è realizzato un apprendimento.

Depolarizzazione e potenziamento nell'amigdala

La forte depolarizzazione dell’amigdala laterale provocata da SI trascinerà con sé e porterà al potenziamento di tutti gli stimoli attivi in quel momento, incluso il contesto. I neuroni dell’amigdala dopo un condizionamento alla paura rispetto a uno stimolo acustico danno una risposta maggiore. In uno studio si osserva la risposta neuronale per frequenze sonore diverse. L’amigdala di un topo rispondeva di più a frequenza 2KHz, ma dopo il condizionamento con suono a 5KHz si attivava di più per questa frequenza. A livello di meccanismi di base, la plasticità sinaptica sarà coinvolta nel condizionamento alla paura. Alla fine i passaggi di base sono sempre gli stessi ma avverranno nei neuroni dove avviene il potenziamento.

Tutto questo si basa su un modello puramente Hebbiano (modello di plasticità monosinaptica), è stato però notato che questo modello non spiega come mai, per esempio, questi apprendimenti emotivi possono essere diversi in diversi momenti: se c’è già una forte attivazione emotiva di per sé l’apprendimento è massimo (fortissima attivazione di allerta) anche per stimoli deboli. La capacità di apprendimento è quindi modulata dallo stato di attivazione emotiva. Lo stato di allerta dal punto di vista neuronale è l’attività dei neuromodulatori (es, noradrenalina, dopamina), quindi, questo fenomeno Hebbiano monosinaptico può essere influenzato anche da altre sinapsi, in particolare da quelle dei neuromodulatori (>noradrenalina → più facile innestare una memoria emotiva). L’apprendimento della paura è modulabile anche in modo eterosinaptico (neuromodulatori).

Fenomeni non Hebbiani nel condizionamento alla paura

Ci sono fenomeni non Hebbiani nel processo di condizionamento alla paura. La plasticità eterosinaptica arriva da una sinapsi diversa da quella che si deve potenziare. Queste altre sinapsi mediano l’azione di neuromodulatori che non danno l’informazione specifica relativa al CS ma danno un’informazione sullo stato di allerta, se c’è una forte attivazione emotiva... questa informazione sullo stato di allerta viene portata da una sinapsi diversa da quella del CS che rende più facile che si formi l’associazione CS-US.

I neuromodulatori modulano comunque l’installarsi della traccia di paura che avviene attraverso meccanismi Hebbiani. Un tono noradrenergico alto determina maggiore probabilità che si verifichi un condizionamento alla paura.

Ruolo dell'amigdala centrale

Il ruolo dell’amigdala centrale come uscita è stato dimostrato con la stimolazione dei neuroni di questo nucleo: in un esperimento si è andati nell’amigdala centrale (centrale – mediale) ed è stato fatto sì che i neuroni esprimessero il fattore CRH2, fattore necessario perché si possa fare l’optogenetica. In questo modo i neuroni divennero luce sensibili → illuminando i neuroni si verifica se c’è una risposta di paura. In effetti, si verificava l’effetto freezing ogni qualvolta si accendeva la luce. Questo dimostra che l’amigdala centrale è sufficiente per attivare una risposta di paura.

Controllo delle risposte di paura nell'amigdala centrale

Com’è controllato questo sistema di messa in atto della risposta di paura nell’amigdala centrale? È stata registrata l’attività di questi neuroni mentre l’animale veniva sottoposto a condizionamento per vedere se gli stessi, dato il solo CS, si attivavano successivamente oppure no. Cosa è stato osservato? I neuroni dell’amigdala centrale si possono suddividere in 2 gruppi: cell ON e cell OFF.

Nell’amigdala centrale, prima del condizionamento, non c’è attivazione per il CS; dopo il condizionamento c’è invece una maggiore attivazione per alcuni neuroni (cell ON) e una riduzione della scarica per altri (cell OFF). Quindi, a livello dell’amigdala centrale, c’è un continuo bilanciamento tra neuroni che per ottenere “paura” devono essere attivati e altri che devono essere disattivati: l’amigdala centrale riceve informazione dalla basolaterale (attivazione) → c’è un sistema di neuroni cell ON che quando si attivano generano paura e cell OFF che fanno il contrario. Quindi, per gli stimoli normali, magari il segnale arriva comunque all’amigdala ma viene inibito dai cell OFF. Questo sistema permette un controllo esercitato dalla corteccia prefrontale attraverso delle innervazioni che indirettamente arrivano a questi neuroni. Anche la corteccia prefrontale può graduare sia l’aumento che la riduzione della risposta di paura.

• Amigdala laterale → va sui Cell ON (circuito interno all’amigdala).
• Corteccia → circuito di repressione della paura mediato dalla proiezione indiretta (neurone inibitorio dei cell ON nell’amigdala stessa attivato dalla corteccia prefrontale infralimbica). Se invece stimolo un’altra via che arriva dalla corteccia prelimbica, questa eccita i cell ON → aumento della paura.