Статья на конкурс «Био/Мол/Текст»: Миндалевидное тело (миндалина, амигдала) — участок головного мозга, играющий центральную роль в формировании эмоций. Эта небольшая парная структура заставляет нас испытывать страх, тревогу, концентрировать внимание на самых значимых стимулах окружающей среды, запоминать насыщенные эмоциями моменты. Многое можно сказать о невероятном количестве других процессов, в которые миндалина так или иначе вносит свой вклад. Не удивительно, что значительная их часть позволяет нам хорошо чувствовать себя в обществе и успешно с ним взаимодействовать.
Конкурс «Био/Мол/Текст»-2020/2021
Эта работа опубликована в номинации «Свободная тема» конкурса «Био/Мол/Текст»-2020/2021.
Генеральный партнер конкурса — ежегодная биотехнологическая конференция BiotechClub, организованная международной инновационной биотехнологической компанией BIOCAD.
Спонсор конкурса — компания SkyGen: передовой дистрибьютор продукции для life science на российском рынке.
Спонсор конкурса — : крупнейший поставщик оборудования, реагентов и расходных материалов для биологических исследований и производств.
«Книжный» спонсор конкурса — «Альпина нон-фикшн»
Что такое миндалевидное тело и что оно делает?
Миндалевидное тело является частью лимбической системы и расположено в медиальной височной области кпереди и немного медиальнее гиппокампа (рис. 1). Такое расположение позволяет ей осуществлять быстрое, доступное и двустороннее взаимодействие как с подкорковыми структурами, так и с корой головного мозга. Чтобы понимать, как именно работает миндалина, придется немного углубиться в нейроанатомию.
Рисунок 1. Анатомическое расположение миндалевидного тела
«На какие медицинские исследования этого года стоит обратить внимание?»
Миндалевидное тело получает информацию от всех органов чувств [1]. Это возможно благодаря ее сообщению со структурой, скромно называемой входными воротами в мозг — таламусом. Таламус назван так неспроста — он является реле, которое направляет информацию от сенсорных органов (кроме обонятельной информации, которая поступает в амигдалу своими путями, описанными ниже) к «заинтересованным» в ней участкам мозга. Прямая связь с миндалиной нужна для быстрой реакции на внешние раздражители (услышав внезапный громкий звук рядом, мы сначала отскочим с испугом, а потом будем разбираться, что да как) [2]. Кроме того, эмоциональные реакции мы можем проявлять в отсутствие провоцирующих факторов, просто думая или воображая [3]. Для этого у миндалевидного тела есть связи с ассоциативными зонами — участками коры, осуществляющими сборку поступающей информации в цельные образы, а также с гиппокампом. Кроме того, миндалина связана с подкорковыми структурами, такими как базальные ганглии и прилежащее ядро.
Читайте также:
Интересно, что с подавляющим большинством структур миндалевидное тело связно двусторонними связями, и прежде всего, с префронтальной корой. Например, амигдала влияет на префронтальную кору (ПФК) в оценке рисков опасность/вознаграждение у животных [4], а стимуляция проекционных путей отдельных регионов ПФК к миндалине может усиливать или ослаблять просоциальное (приносящее пользу другим людям или обществу в целом) поведение [5]. Нарушение связей миндалины и ПФК можно обнаружить при ряде патологических состояний — посттравматическом стрессовом расстройстве (ПТСР), расстройствах аутистического спектра (РАС), депрессии и т.д. [6]. Миндалевидное тело связано и с гипоталамусом, что играет немаловажную роль в регуляции стрессовых реакций, полового поведения, агрессии [7].
Структурно миндалевидное тело делится на базолатеральное ядро (БЛА), центральное ядро (ЦеА), медиальное ядро (МеА), корковые ядра и вставочное ядро (рис. 2).
Рисунок 2. Иллюстрация входов и выходов ядер миндалевидного тела. La — латеральное ядро; B — базальное ядро (наряду с La часть базолатерального ядра); Се — центральное ядро; М — медиальное ядро; Itc — вставочное ядро.
[39]
Латеральное ядро (часть БЛА) принимает все входные сигналы (кроме обонятельных). Считается, что БЛА играет главную роль в запоминании эмоционально значимых стимулов, в особенности тех, которые связаны со страхом [8]. В БЛА есть группы нейронов, отвечающих как на отрицательные стимулы (страх, тревога), так и на положительные (вознаграждение) [9].
Следующее на очереди — ЦеА — главные выходные ворота миндалевидного тела. Эта часть отвечает за реакции на эмоциональные стимулы. Как пример, неприятные ощущения в эпигастрии при волнении. Латеральное ядро приняло тревожный стимул, затем ряд нейронных контуров внутри миндалины передал сигнал в ЦеА, а оттуда уже в центры, отвечающие за вегетативные реакции организма.
И последнее ядро, которое нам пригодится ниже — МеА. Помните, речь шла об обонятельных стимулах и их отдельном восприятии амигдалой? Здесь-то в игру и вступает МеА. У животных этот участок особенно важен в половом поведении, так как именно он напрямую получает сигналы о наличии феромонов. У человека МеА, главным образом, реагирует на резкие запахи [10] и принимает участие в их запоминании [11].
Чем же занимается миндалевидное тело? Первыми на этот вопрос пытались ответить психолог Генрих Клювьер и нейрохирург Пол Бюси в своих работах по удалению этого участка мозга у обезьян [12]. Животные начинали вести себя асоциально, проявляли гиперсексуальность, гиперорализм (стремление поместить в рот любой попавший под руку предмет), значительные нарушения в пищевой и эмоциональной сферах (наиболее выражено в отсутствии поведенческих реакций на опасные, угрожающие стимулы). Этот синдром, возникающий в результате двустороннего поражения медиальных участков височной доли, впоследствии был назван синдромом Клювьера—Бюси. Похожее состояние развивалось у людей и животных с болезнью Урбаха—Вите (изолированным поражением миндалин), которые в присутствии устрашающих стимулов никак на них не реагировали. Еще одни примером служат эпилептические приступы в тех случаях, когда зоной их начала является миндалевидное тело. В этих ситуациях пациенты описывают выраженный компонент ничем не спровоцированного страха [13]. Исследования последних лет демонстрируют, что миндалевидное тело активируется в ответ на все значимые стимулы, не только негативные, но и положительные [14–16].
Теперь, когда основные моменты строения и функционирования миндалевидного тела разобраны, можно переходить непосредственно к обсуждению его участия в социальном поведении.
Функции
Миндалины головного мозга специализируются на восприятии эмоций и активируются, когда человек испытывает сильные эмоциональные переживания. Основная функция – подготовка организма к реакции типа «бей или беги». Функции амигдалы распределены исходя из ее строения. Миндалевидная структура состоит из ядер разного типа, разделенных преимущественно с учетом функциональных различий:
- Базолатеральное. Связано с эмоциональными проявлениями. Входная структура, получающая разноплановую информацию сенсорного типа от корковых отделов и таламуса.
- Центральное. Состоит из латерального и медиального отделов. Медиальный отдел проецирует входящую информацию на мозговой ствол и гипоталамус, что обуславливает возникновение вегетативных и моторных реакций, соответствующих ситуации.
- Кортикальное (корковое). Реагирует на вкусовые ощущения.
- Медиальное. Связано с обонятельной системой.
Активация базолатерального, медиального и центрального ядер дает анксиогенный (состояние ужаса, страха) эффект. Торможение деятельности указанных структур сопровождается анксиолитическим (подавление беспокойства) эффектом. Дисфункция миндалин лежит в основе развития тревожно-фобических расстройств.
Слаженное взаимодействие ядер миндалины позволяет своевременно распознавать опасность и адекватно реагировать на нее. Например, неприятный запах, вкус испорченных продуктов заставляют человека испытывать чувство отвращения, неприязни, что уберегает от пищевого отравления.
Реакция на неприятный запах отходов жизнедеятельности проявляется в желании отстраниться, избежать контакта, что предотвращает заражение патогенными микроорганизмами. Тесное взаимодействие с гиппокампом предполагает фиксацию в памяти воспоминаний о пережитых событиях, которые спровоцировали чувство ужаса, сильного страха, что впоследствии влияет на возникновение соответствующей реакции на подобные стимулы.
Если индивид повторно попадает в аналогичные ситуации, соответствующие образы, хранящиеся в долговременной памяти, активизируют амигдалярный комплекс. В результате восприятия внешних стимулов, которые ассоциируются с пережитой психотравмирующей ситуацией, организм мобилизует усилия, чтобы избежать неприятностей.
Миндалевидный комплекс участвует в формировании реакции агрессии, аффективного (чувственного, эмоционального) восприятия, переживания и проявления эмоций. В задачи амигдалярного комплекса входит эмоциональная оценка стимулов, первично обработанных в корковых структурах. Стимулы, содержащие эмоциональный компонент, лучше фиксируются в памяти.
Что написано на лице?
В процессе общения с человеком мы непроизвольно отслеживаем его реакцию на наши слова. Как мы это делаем? Не будем брать в расчет те случаи, когда в ответ на наши изречения собеседник значительно повышает голос, начинает выкрикивать нелицеприятные вещи, лезет драться, обниматься или проявляет другие элементы общения участников большинства современных телевизионных передач. Если опустить все эти очевидные факторы и представить обычный повседневный разговор, то главным индикатором эмоционального состояния человека становится лицо. Основными корковыми участками, позволяющими человеку распознавать лица, являются веретенообразная извилина, затылочная область распознавания лиц, часть верхней височной борозды [17]. Предполагалось, что миндалевидное тело в этом процессе задействовано исключительно в отношении эмоциональной составляющей. Однако на современном этапе появились исследования, указывающие на роль амигдалы и в процессе распознавания лиц [18]. Тем не менее это не ее первостепенная задача, в отличие от считывания эмоций. Эмоциональное состояние человека главным образом выражает область глаз. Именно миндалевидное тело заставляет нас фиксировать внимание на этой части лица. При ряде заболеваний, таких как РАС и шизофрения, пациенты страдают от явного нарушения социальных взаимодействий, в частности, им тяжело смотреть в глаза собеседнику. В одном из недавних исследований были выделены даже отдельные участки миндалевидного тела, отвечающие за контакт «глаза-в-глаза» [19]. Макакам демонстрировали фото- и видеоматериалы с изображением отдельных участков лица особей их вида. В ответ на изображение глаз активировались нейроны БЛА и ЦеА — участки амигдалы, играющие важнейшую роль в реакциях тревожности и страха.
Как было сказано ранее, люди с РАС испытывают значительные трудности в обществе. Отчасти это связано с особенностью работы их миндалевидного тела [20], [21]. Одно из подтверждений этому — исследование ученых из Кембриджа [22]. Они взяли три группы детей — с РАС, с синдромом Уильямса (генетическим заболеванием, одним из симптомов которого является просоциальное поведение пациентов — они много улыбаются незнакомым людям, стремятся обнять их, не проявляя опасений) и контрольную (здоровых детей). С помощью фМРТ наблюдали за активностью амигдалы у детей всех групп при предъявлении социальных стимулов (лица, глаза знакомых и незнакомых людей). Миндалевидное тело пациентов с РАС демонстрировало сильную активацию на лица незнакомцев, в то время как знакомые не вызывали подобного ответа. Пациенты с синдромом Уильямса практически одинаково реагировали как на знакомые, так и на незнакомые лица (незначимая разница в активации амигдалы, вероятнее всего, и является причиной пониженного страха по отношению к незнакомцам). Причем эмоциональные выражения лиц были представлены в полной палитре — от угрожающих до доброжелательных. Группа детей с синдромом Уильямса реагировала на угрожающие лица меньшей активацией миндалевидного тела, чем контрольная группа, у которой миндалина вовсю сигнализировала о том, что данный стимул может иметь негативную составляющую. Эти результаты показывают нам два полюса — почти отсутствующую и чрезмерно повышенную социальную тревожность. Обе крайности плохо влияют на взаимодействия индивида с обществом.
В 1994 году впервые описали случай пациентки С.М. (названа по инициалам) [23]. Эта женщина имеет упомянутую выше редкую генетическую аномалию — синдром Урбаха—Витте. Уже не первый десяток лет ученые и врачи работают с этой пациенткой и исследуют то, какие особенности поведения демонстрирует человеческий мозг без миндалевидного тела. Особенность социальных контактов у этой женщины была в том, что она не фиксировала взгляд на глазах, а смотрела преимущественно в центр лица [24]. В результате этого ей было трудно распознать эмоциональное состояние человека по выражению лица. Когда же она принудительно смотрела в глаза собеседнику, она справлялась с распознаванием эмоций гораздо лучше. Однако самостоятельно сохранять контакт «глаза-в-глаза» при общении С.М. не могла. Это привело исследователей к следующему выводу — амигдала при общении помогает сфокусироваться именно на той части лица, которая дала бы нам самую ценную информацию об эмоциях собеседника — на глазах.
Социальная дистанция
В последнее время словосочетание «социальная дистанция» нам приходится слышать достаточно часто. Во время пандемии рекомендуется соблюдать дистанцию в 1,5 метра, — а какое же комфортное расстояние в среднем выбирают для себя люди в процессе социального взаимодействия и чем это регулируется? Попробуем разобраться.
Вернемся к пациентке С.М. Исследователи из Калифорнии решили измерить комфортное для нее расстояние при общении и сравнить с контрольной группой [25]. В процессе эксперимента С.М. просили подходить к незнакомому человеку на максимально близкую дистанцию, которая, по ее мнению, не будет доставлять неудобства ни ей, ни незнакомцу. Для пациентки это расстояние было равно примерно 0,3 метра. В контрольной группе комфортная дистанция оказалась в два раза больше — 0,6 метра (рис. 3). Причем С.М. понимала концепцию личного пространства и говорила о том, что она подошла бы еще ближе, но посчитала, что участник эксперимента будет чувствовать дискомфорт.
Рисунок 3. Комфортная дистанция между экспериментатором и С.М. в сравнении с контрольной группой. a — Красным изображены результаты С.М., синим — здорового испытуемого. б — Иллюстрация эксперимента.
[25]
Еще одно наблюдение было сделано в этой области с применением фМРТ [24]. Участников эксперимента поместили в томограф, а экспериментатор в процессе исследования то приближался к ним, то отдалялся, о чем испытуемых предупредили заранее. Данные фМРТ показали, что активация амигдалы ослабевала, когда люди знали, что экспериментатор находится далеко от них, и усиливалась при его приближении.
О нейробиологии процессов, определяющих границы комфортного личного пространства, на сегодняшний день известно немного. Однако нельзя отрицать, что миндалевидное тело играет важную роль в этом компоненте социального взаимодействия.
Половые различия
Структура и функционирование миндалевидного тела у мужчин и женщин проявляют заметные различия. В первую очередь это связано с большой плотностью рецепторов к половым гормонам. Основная разница между мужчинами и женщинами состоит в том, какое из двух миндалевидных тел активнее реагирует на эмоциональные стимулы. Мужчинам и женщинам показывали пугающие ролики и при помощи ПЭТ определяли уровень метаболизма в участках головного мозга [26]. Можно было наблюдать за тем, какая из миндалин наиболее активна в процессе запоминания эмоционально-значимых стимулов, а также после воспроизведения их в памяти. У женщин и мужчин активнее при просмотре оказалось левое миндалевидное тело, а при воспоминании у женщин левое, а у мужчин — правое (рис. 4) [27]. Выяснилось также, что у мужчин правая амигдала имеет бóльшую плотность нейронов и синапсов, а у женщин — наоборот.
Рисунок 4. Демонстрация различной латерализации эмоциональной памяти у мужчин и женщин. а — При предъявлении пугающего стимула у мужчин и женщин активнее реагирует левая амигдала. б — В воспоминании об эмоциональном стимуле у мужчин в большей степени задействована правая амигдала, у женщин — левая.
[27]
В другом исследовании продемонстрировали, что на негативную информацию женщины отвечают в среднем более выраженной активацией амигдалы, чем мужчины, причем у первых при предъявлении уже знакомых неприятных стимулов эта активация не снижалась, в то время как у мужской группы отмечалось снижение [28]. Эти данные свидетельствуют в пользу идеи о том, что женщины лучше запоминают эмоциональные события. Но есть и негативная сторона — возможно, в результате такой работы миндалины женский пол в большей степени подвержен развитию депрессивных и тревожных состояний, так как одним из важнейших симптомов, а также причин таковых является постоянная «прокрутка» в голове негативных событий. А вот и еще один факт — миндалевидное тело мужчин сильнее реагирует на сексуальные визуальные стимулы [29].
Совсем недавно было проведено исследование, демонстрирующее влияние тестостерона на латерализацию (доминирующую сторону) миндалевидного тела [30]. Ученые отобрали группу детей, страдающих гендерной дисфорией (мальчики-трансгендеры) и получающих тестостерон. Методом фМРТ (с предъявлением злых и испуганных лиц) до и после получения гормональной терапии ребят исследовали и сравнивали с контрольной группой мальчиков и девочек в возрасте около 16 лет. Первый этап показал ожидаемые результаты — у контрольной группы мальчиков доминировала правая амигдала, у девочек — левая, у группы, которой предстояло получать тестостерон, наблюдалось что-то среднее между двумя предыдущими (то есть не выявлено значимых латерализационных сигналов). После гормональной терапии тест был повторен. В группе трансгендерных мальчиков латерализация миндалевидного тела сместилась в правое полушарие, в то время как у контрольных групп изменений отмечено не было.
Вышеперечисленное не имеет на сегодняшний день однозначной трактовки, но в очередной раз доказывает нам, что мужчины и женщины по-разному воспринимают мир. И это нисколько не должно пугать, а наоборот, делает наши межличностные отношения гораздо интереснее.
Развитие
Миндалевидные тело резко изменяется на протяжении жизни. Необходимы несколько лет, чтоб изменились миндалины. У женщин миндалины развиваются быстрее, нежели у мужчин. Разница в развитии напрямую зависит от размеров тела: миндалины мужчин большего размера, соответственно и развиваются они на полтора года дольше. Миндалевидное тело содержит в себе ядерные рецепторы, которые связывают тестостерон. Соответственно выделяются половое различие. Оно обусловлено различным гормональным фоном. Экспрессия генов зависит от синтеза ДНК и миндалевидных рецепторов. Так как в миндалине мужчин есть серое вещество, соответственно и сама миндалина будет увеличенного размера.
Наличие тестостерона у женщины так же наблюдается, но его в значительной мере меньше чем у мужчин, а развитие миндалины напрямую зависит от обилия тестостерона. Прослеживаются различия не только по признаку пола. Важно отметить, что в разных полушариях, миндалины развиваются по разному. Например, правое тело отвечает за разпознавание лиц и чувства страха, и увеличивается по продолжительности дольше. Левое отвечает за чувство опасности и на два года быстрее правого преуспевает в развитии. Это обусловленно в необходимости различать опасность еще с малых лет. В период пубертатного возраста заметно увеличивается разница в реакции.
Социальная тревожность
Отступим на пару шагов от нормы и затронем такую патологию как социофобия. К характерным симптомам этого заболевания относятся излишняя тревожность индивида о том, что о нем подумают окружающие, боязнь осуждений, публичных выступлений, общения с незнакомыми людьми [31]. Причем нередко этот страх оборачивается тяжелыми физиологическими проявлениями: заикания, панические атаки, обмороки. Этиология заболевания до конца не раскрыта, ясно лишь, что в этом задействованы генетические факторы и элементы внешней среды [32]. Социофобия, наряду с другими фобиями, депрессией и посттравматическим стрессовым расстройством (ПТСР), относится к спектру тревожных расстройств. А в этом спектре ведущим нейробиологическим коррелятом является (барабанная дробь!) миндалевидное тело [33].
Например, одной из причин развития социофобии считают ранее пережитый негативный социальный опыт [31]. Представим, что молодой человек сделал что-то нелепое в большой компании, за что был осмеян и жестко раскритикован. Ему очень стыдно, и менее всего он хотел бы повторения подобного. Впоследствии у него сформировалась связь «большая компания — возможность быть пристыженным», он все реже проявлял себя в таких компаниях, а затем и вовсе от них отстранился. Прокручивание одних и тех же неприятных мыслей очень схоже с таковым при депрессии и ПТСР. Главенствующую роль здесь занимает механизм «обучения страху». Его нейробиологическая основа — взаимодействие БЛА и определенных частей гиппокампа [34]. Напоминая себе раз за разом о негативном опыте, мы подкрепляем эти связи и стараемся избегать ситуаций, которые могут понести для нас схожие последствия. Стимуляция путей БЛА — вентральный гиппокамп заставляло животных избегать социальных контактов, в то время как ингибирование — наоборот [35].
В основе разных фобий лежат различные стимулы. Если в томограф поместить арахнофоба и показать ему паука, на изображении фМРТ можно будет заметить значительную активацию миндалевидного тела. Однако какой стимул вызовет подобную реакцию у человека с социофобией? В исследованиях испытуемых сравнивали с контрольной группой (здоровыми индивидами), показывая им изображения человеческих лиц с различной эмоциональной валентностью (страхом, гневом, счастьем) [36–38]. Выяснилось, что у пациентов с социофобией реакция миндалевидного тела была усилена в отношении злых и напуганных, но не радостных лиц. Причем эта реакция зависела от степени гнева и испуга, выраженных на лице (ученные смогли это рассчитать, и сделать на этой основе достоверные фотографии). В эксперименте выяснилось, что у людей, страдающих социофобией, порог восприятия лица как угрожающего либо испуганного ниже, чем у контрольной группы [38].
Работа миндалевидного тела оказывает огромное влияние на жизнь в обществе. Подробное изучение отдельных структур «социального мозга» помогает ученым разобраться в механизмах наших повседневных взаимодействий. Кроме того, это дает понимание происхождения некоторых психических состояний и позволяет разрабатывать подходы к лечению заболеваний, при которых эти взаимодействия нарушаются.
Патологии
Избыточная активность структур миндалевидного тела, которое находится в височной зоне, где расположен участок между скорлупой и височным полюсом, приводит к нарушению работы многих систем организма.
Влияние на сердце
С нарушением функций миндалин мозга связывают расстройство сердечной деятельности. Повышение активности структур миндалины провоцирует развитие сердечной недостаточности.
Патогенетический механизм основан на участии миндалины в формировании таких аффектов, как страх или ярость. Когда человек подвергается стрессовому воздействию, амигдала воспринимает ситуацию как угрозу и активирует деятельность костного мозга, который усиленно продуцирует белые кровяные клетки (лейкоциты). В результате развивается воспалительная реакция в сосудах, которая прогрессируя может спровоцировать стенокардию, сердечный приступ, инсульт.
Болезнь Урбаха-Вите
Редко встречающаяся, генетически обусловленная патология, которая характеризуется разрушением амигдалы. Пациенты с болезнью Урбаха-Вите практически не испытывают чувство страха при одновременном наличии инстинкта самосохранения.
Исследования показывают, чтобы напугать больных, нужно использовать неординарные методы, например, ингаляции воздуха с повышенной (около 35%) концентрацией углекислого газа. Вдыхание такого воздуха может вызвать у пациентов паническую атаку. Клиническая картина заболевания вариабельна, представлена неврологическим дефицитом (эпилептические приступы) и дерматологическими симптомами (рубцы, папулы на коже).
