Prinsip Kematangan Litar Otak Emosi

Otak mamalia tersusun dalam litar bertindih, berselang-seli, dan sekumpulan maklumat yang luas telah memberi tumpuan kepada kematangan litar deria (visual, pendengaran) dan motor (1–3). Namun, lebih kurang diketahui tentang prinsip kematangan litar otak "emosi", termasuk yang mengawal tingkah laku berkaitan ganjaran, tekanan dan ketakutan.

Mamalia ialah kelas haiwan yang mempunyai kecerdasan dan ingatan yang lebih maju, dan struktur serta fungsi otak mereka telah dipertingkatkan dan dipertingkatkan secara berterusan semasa proses evolusi yang panjang. Seperti yang kita semua tahu, manusia adalah spesies yang paling bijak di kalangan mamalia, dan otak kita yang hebat adalah sumber IQ kita.

Hubungan antara otak dan ingatan tidak dapat dipisahkan, bukan sahaja manusia tetapi juga banyak mamalia lain mempunyai fungsi ingatan yang kuat. Sebagai contoh, banyak haiwan mengingati wilayah, sumber makanan dan laluan mereka, yang semuanya penting untuk terus hidup. Penyelidikan telah mendapati bahawa hippocampus dan korteks prefrontal otak mamalia adalah kawasan yang paling penting untuk pembentukan dan penyimpanan ingatan.

Selain itu, mamalia telah membangunkan pelbagai strategi ingatan dalam tempoh evolusi yang panjang untuk menyesuaikan diri dengan persekitaran dan keperluan hidup yang berbeza. Gajah dan ikan lumba-lumba, contohnya, menggunakan ingatan vokal, monyet dan tupai menggunakan ingatan ruang, semut dan lebah menggunakan ingatan kimia, dan sebagainya.

Kerana hubungan antara otak dan ingatan sangat rapat, kita harus menghargai kecerdasan dan ingatan kita, sentiasa belajar dan meneroka pengetahuan baru, dan mengekalkan kesihatan dan kecergasan otak. Pada masa yang sama, kita juga mesti memberi perhatian dan melindungi persekitaran hidup mamalia lain, supaya mereka dapat terus menggunakan daya ingatan dan kecerdasan mereka yang kuat. Hanya dengan menjaga dan melindungi persekitaran ekologi alam bersama-sama kita boleh memperoleh lebih banyak kebijaksanaan dan kebahagiaan. Dari sudut ini, kita manusia juga perlu meningkatkan imuniti. Cistanche boleh meningkatkan imuniti dengan ketara, kerana Cistanche juga boleh mengawal keseimbangan neurotransmitter, seperti meningkatkan tahap asetilkolin dan faktor pertumbuhan, yang penting untuk ingatan dan Pembelajaran adalah sangat penting. Selain itu, daging juga boleh meningkatkan aliran darah dan menggalakkan penghantaran oksigen, yang dapat memastikan otak menerima nutrisi dan tenaga yang mencukupi, seterusnya meningkatkan daya hidup dan daya tahan otak.

Klik tahu cara untuk meningkatkan fungsi otak

Bukti menunjukkan bahawa input deria daripada persekitaran semasa tempoh sensitif dalam kehidupan awal selepas bersalin mempunyai kesan penting ke atas perkembangan litar emosi, sama seperti imej, bau dan bunyi yang buruk atau positif mempengaruhi perasaan dan tindakan pada masa dewasa.

Operasi litar emosi yang terganggu menjadi asas penyakit mental dan gangguan penggunaan bahan. Oleh itu, peningkatan pengiktirafan terhadap prinsip yang membimbing pembangunan litar ini adalah penting untuk memahami kesihatan manusia.

Penubuhan litar deria sepanjang pembangunan melibatkan fasa awal peristiwa yang didorong secara genetik dan molekul, termasuk penghijrahan neuron dan pembinaan sinaps.

Pengukuhan atau pemangkasan sinaps seterusnya ialah proses bergantung kepada aktiviti rangkaian yang memahat litar matang (4). Aktiviti rangkaian yang penting untuk proses ini pula, didorong oleh input deria khusus litar (cth, urutan nada, cahaya atau sentuhan). Di samping itu, aktiviti rangkaian dipacu isyarat deria mesti berlaku semasa tempoh kritikal atau sensitif (1–3).

Walau bagaimanapun, pelaksanaan tingkah laku kompleks pada manusia dan mamalia lain-dan pengiraan, keputusan dan emosi yang menyumbang kepada tingkah laku sedemikian-memerlukan litar otak tambahan.

Ini menerima maklumat penumpuan daripada pengekodan rangkaian dan pemprosesan isyarat persekitaran, dan daripada unjuran saraf yang menyampaikan keadaan dalaman badan (lihat rajah).

Litar peringkat tinggi ini, dianggap "emosi" atau "kognitif" mengikut penglibatan utamanya dalam tingkah laku manusia (cth, ingatan mungkin kognitif manakala "naluri" mungkin emosi), menilai banyak aliran maklumat untuk memacu tingkah laku yang kompleks. Walaupun penemuan tentang struktur dan fungsi litar emosi semakin meningkat, perkembangannya, dan khususnya pengaruh isyarat persekitaran terhadap kematangannya, masih kurang difahami.

Memfokuskan pada pengaruh isyarat deria pada awal kehidupan selepas bersalin pada kematangan litar emosi, adalah dicadangkan bahawa urutan isyarat persekitaran yang tidak dapat diramal mempengaruhi perkembangan dan penghalusan litar emosi, menggalakkan kelemahan kepada penyakit emosi.

Litar emosi terdiri daripada kawasan kortikal prefrontal, nukleus thalamic, hippocampus, amygdala, dan nukleus hipotalamus, serta kawasan subkortikal tambahan.

Aktiviti yang diselaraskan litar ini memerlukan kematangan komponennya dan penghalusan lanjut sambungan integratifnya. Walaupun banyak persoalan tentang sifat pematangan litar emosi tidak diselesaikan sepenuhnya, maklumat daripada kedua-dua pembangunan litar deria dan ingatan adalah instruktif. Lazim kepada kedua-dua proses ialah konsep hierarki: Dalam litar visual, deria-motor dan pendengaran, pembangunan bermula daripada neuron penerima isyarat periferi kepada nukleus thalamic tertib pertama ke korteks, diikuti oleh nukleus thalamic tertib kedua dan kawasan kortikal. yang, seterusnya, mengambil bahagian dalam litar emosi dan kognitif aras tinggi.

Terutama, isyarat persekitaran yang sesuai untuk setiap litar deria menentukan ekspresi gen dan identiti sel neuron urutan pertama, dan aktiviti neuron ini menentukan identiti dan fungsi sasaran kortikal mereka.

Neuron dalam litar emosi (cth, ganjaran) berfungsi sebagai sel sasaran untuk output litar deria, dan dengan itu identiti dan aktiviti mereka mungkin didorong oleh input daripada litar deria interkalasi. Untuk menyokong idea ini, kekurangan input deria mengganggu sambungan sinaptik kedua-dua neuron geganti deria utama dan neuron peringkat tinggi yang tergolong dalam litar integratif emosi (5).

Setelah litar asas ditubuhkan, ukiran tambahan litar emosi melibatkan perubahan kuantitatif dalam nombor dan/atau kekuatan sinaps dan perubahan dalam sumbangan relatif unjuran neuron khusus jenis sel kepada pelengkap sinaptik neuron di kawasan otak utama (nod hab ) litar. Dalam model ini, pembangunan hierarki litar emosi integratif bermula dengan kematangan rangkaian deria yang bergantung kepada isyarat persekitaran, ditambah pula dengan neuron geganti yang menyampaikan keadaan badan dalaman.

Hierarki pembangunan litar yang serupa, dipengaruhi oleh isyarat persekitaran deria, berlaku dalam litar hippocampal pembelajaran dan ingatan. Di sini, isyarat deria dari persekitaran disampaikan melalui kawasan persatuan dalam korteks kepada neuron lapisan cetek dalam korteks entorhinal medial, peringkat pertama dalam kematangan spatiotemporal hierarki rangkaian ini.

Urutan isyarat sinaptik (aktiviti) mereka seterusnya memacu peringkat pematangan litar yang berikutnya, termasuk neuron hippocampal di sepanjang laluan trisinaptik diikuti oleh sel korteks entorhinal sisi lapisan dalam (6). Untuk menyokong perkembangan pembelajaran dan pembangunan litar ingatan yang bergantung kepada aktiviti secara berperingkat ini, menyenyapkan aktiviti rangsangan pada mana-mana peringkat rangkaian pada tikus menjejaskan kematangan neuron hiliran tetapi bukan pada bahagian hulu.

Oleh itu, maklumat daripada kedua-dua pembangunan litar deria dan ingatan menunjukkan bahawa isyarat deria beberapa jenis, yang berlaku semasa tempoh sensitif, diperlukan untuk mewujudkan sambungan sinaptik komponen peringkat pertama dan lebih tinggi litar emosi yang baru lahir (2, 3, 5, 7).

Namun, sama ada penghalusan seterusnya sambungan neuron berfungsi yang terlibat dalam melaksanakan output tingkah laku kompleks rangkaian emosi bergantung pada isyarat deria, dan sumber serta ciri isyarat tersebut, masih tidak jelas.

Kajian manusia menyokong pengaruh kuat isyarat deria kehidupan awal dari persekitaran terhadap perkembangan dan fungsi litar emosi (8). Sumber potensi dan ciri input ini masih tidak jelas, tetapi kajian asas, disokong oleh bukti yang muncul, menunjukkan bahawa input deria yang menonjol kepada kematangan litar emosi timbul daripada persekitaran terdekat manusia yang sedang membangun (atau tikus).

Semasa tempoh sensitif di mana litar emosi ini berkembang-ditunjukkan oleh kajian terkawal rawak pada anak yatim Romania yang diterima pakai pada usia yang berbeza (9) dan kerja baru-baru ini merentasi manusia dan tikus (8) untuk merangkumi 2 tahun dan 2 minggu pertama kehidupan, masing-masing —persekitaran terdekat utama terdiri daripada ibu bapa.

Oleh itu, input deria daripada ibu bapa mungkin merupakan parameter penting yang mempengaruhi kematangan emosi dan litar asasnya.

Sifat isyarat deria ibu bapa dan persekitaran lain yang sama ada menggalakkan atau mengganggu kematangan litar otak emosi telah menarik satu set kajian pemerhatian dan mekanistik yang kaya (9-13). Kebanyakan perhatian dalam kajian manusia tertumpu pada kehadiran, kuantiti, dan kualiti isyarat ibu bapa (cth, kepekaan, responsif) tentang keperluan bayi, dengan tumpuan khusus pada tingkah laku ibu, dan bukannya bapa (8).

Walau bagaimanapun, kajian yang diilhamkan oleh kematangan rangkaian pendengaran menyokong peranan utama bukan sahaja dalam valensi positif atau negatif isyarat ibu bapa tetapi juga dalam corak atau urutan mereka dalam kematangan litar emosi (1, 12).

Pada manusia, jujukan isyarat deria ibu kepada bayi yang tidak dapat diramalkan (entropi tinggi) meramalkan hasil emosi yang buruk, termasuk kawalan emosi dan tingkah laku yang lebih lemah (kawalan berdaya usaha) (13), peramal yang mantap untuk kelemahan mental dan risiko gangguan tekanan posttraumatik kemudiannya dalam kehidupan. Terutama, dalam kajian tikus dan tikus terkawal, urutan tingkah laku empangan yang tidak dapat diramalkan secara langsung membawa kepada kematangan litar emosi yang menyimpang dan akibatnya tingkah laku seperti keseronokan yang terganggu dalam anak anjing (11, 12, 14).

Mekanisme di mana urutan isyarat deria terbitan ibu bapa yang boleh diramal atau tidak dapat diramalkan memodulasi kematangan litar otak tertentu kini baru muncul. Sebagai contoh, urutan tingkah laku penjagaan ibu tetikus yang tidak dapat diramalkan mempengaruhi ketersambungan sinaptik dalam nod otak utama yang menyumbang kepada tekanan dan litar emosi lain.

Khususnya, tikus yang dibesarkan oleh empangan yang memaparkan urutan penjagaan yang tidak dapat diramalkan (tetapi dengan jumlah penjagaan yang sama secara keseluruhan) semasa tempoh awal selepas bersalin yang sensitif telah meningkatkan ketumpatan sinaps pengujaan berfungsi pada hormon pelepas kortikotropin (CRH) yang sensitif terhadap tekanan dan pengawalseliaan -mengekspresikan hipotalamus. neuron (14).

Keterkaitan sinaptik yang menyimpang ini membawa kepada tindak balas tingkah laku dan hormon yang terganggu terhadap tekanan akut dan kronik di kemudian hari. Mekanisme untuk kegigihan sinaps rangsang pada sel CRH melibatkan pengecilan pemangkasan perkembangan normal sinaps rangsangan ini oleh sel otak mikroglial yang bersebelahan.

Khususnya, kedua-dua ekspresi dan fungsi fagositik (sinaps engulfing) mikroglial Mer tyrosine kinase reseptor (MERTK) dikurangkan. Ia belum diketahui sama ada ini terhasil daripada kesan langsung isyarat yang tidak dapat diramalkan pada mikroglia atau jika isyarat neuron kepada mikroglia terganggu.

Kajian pada manusia mencadangkan bahawa urutan isyarat deria yang tidak dapat diramalkan dan potensi kesannya terhadap kematangan litar otak pada bayi dan kanak-kanak mungkin menjelaskan sebahagian besar varians dalam hasil emosi (13).

Kajian prospektif di Amerika Syarikat dan Finland mendapati bahawa urutan tingkah laku ibu yang tidak dapat diramalkan menunjukkan defisit dalam kawalan yang bersungguh-sungguh, dan kesan ini berterusan walaupun pembetulan untuk pembolehubah kehidupan awal yang penting, termasuk kepekaan ibu terhadap keperluan bayi (ukuran biasa kualiti ibu tingkah laku penjagaan), status sosioekonomi, dan gejala kemurungan ibu (13).

Penemuan pengaruh berterusan dari urutan isyarat awal kehidupan yang tidak dapat diramalkan pada kematangan fungsi litar emosi mendedahkan jalan untuk penyelidikan masa depan. Sebagai contoh, urutan isyarat deria mungkin mendorong aktiviti neuron dalam rangkaian emosi yang sudah berkembang. Ia juga tidak diketahui sama ada terdapat perkembangan hierarki penghalusan dan kematangan sinaptik dalam litar emosi tertentu, sama dengan litar deria dan ingatan. Penyiasatan lanjut tentang populasi sel (seperti sel CRH hipotalamus) yang paling mudah terdedah kepada urutan isyarat deria yang tidak dapat diramalkan diperlukan. Selain itu, bolehkah defisit yang berkekalan dalam operasi litar emosi yang terhasil daripada isyarat awal kehidupan yang tidak dapat diramalkan dapat dicegah atau diperbaiki?

Teknologi baharu, termasuk optogenetik bukan invasif (15), akan membenarkan penyampaian urutan isyarat yang boleh diramal dan/atau tidak dapat diramalkan yang mengaktifkan populasi sel tertentu pada titik masa yang berbeza semasa tempoh sensitif atau kemudian. Eksperimen sedemikian dalam model haiwan boleh menguji sama ada pentadbiran jujukan isyarat yang boleh diramalkan mengatasi defisit dalam tingkah laku seperti emosi yang terhasil daripada pembesaran dalam persekitaran yang tidak dapat diramalkan dan mungkin memaklumkan campur tangan tingkah laku pada kanak-kanak. Sesungguhnya, rangka kerja konseptual yang diterangkan di sini membawa potensi manfaat yang besar: Jika corak isyarat deria awal kehidupan yang tidak dapat diramalkan mengganggu kematangan normal litar emosi, yang membawa kepada kelemahan kepada penyakit mental, maka corak menyimpang ini boleh dikurangkan dengan pendekatan tingkah laku pencegahan atau intervensi ( 8).

PENGHARGAAN

Kami berterima kasih kepada CM Gall, G. Lynch, dan T. Hensch atas perbincangan mereka yang berharga. Penulis disokong oleh Institut Kesihatan Nasional (geran P50 MH096889, MH73136, dan NS108296), Yayasan Bren dan Yayasan Hewitt untuk Penyelidikan Bioperubatan.

RUJUKAN DAN CATATAN

Takesian AE, Bogart LJ, Lichtman JW, Hensch TK, Nat. Neurosci 21, 218 (2018). [PubMed: 29358666]

2. Cheng S, et al. Sel 185, 311 (2022). [PubMed: 35063073]

3. Khazipov R, et al. Alam 432, 758 (2004). [PubMed: 15592414]

4. Faust TE, Gunner G, Schafer DP, Nat. Rev. Neurosci 22, 657 (2021). [PubMed: 34545240]

5. Frangeul L et al. Alam 538, 96 (2016). [PubMed: 27669022]

6. Donato F, Jacobsen RI, Moser MB, Moser EI, Sains 355, eaai8178 (2017). [PubMed: 28154241]

7. Kloc ML, Velasquez F, Niedecker RW, Barry JM, Holmes GL, Rangsangan Otak. 13, 1535 (2020). [PubMed: 32871261]

8. Luby JL, Baram TZ, Rogers CE, Barch DM, Trends Neurosci. 43, 744 (2020). [PubMed: 32863044]

9. Nelson CA 3rd et al. Sains 318, 1937 (2007). [PubMed: 18096809]

10. Muhibah HL et al. Sel Rep. 25, 2299 (2018). [PubMed: 30485800]

11. Francis D, Diorio J, Liu D, Meaney MJ, Sains 286, 1155 (1999). [PubMed: 10550053]

12. Molet J et al. Terjemahan Psikiatri 6, e702 (2016). [PubMed: 26731439]

13. Davis EP et al. EBioPerubatan 46, 256 (2019). [PubMed: 31362905]

14. Bolton JL et al. Rep. Sel 38, 110600 (2022). [PubMed: 35354026]

15. Chen R et al. Nat. Bioteknol 39, 161 (2021). [PubMed: 33020604]

For more information:1950477648nn@gmail.com