恐怖条件付け

げっ歯類の脳で示されているように、神経細胞の遺伝子発現は恐怖条件付けに応じて動的に変化します。特に、Egr1、c-Fos、Arcなどの即時初期遺伝子（IEG）の発現は、学習と記憶形成に関連する特定の脳領域の神経細胞のサブセットで迅速かつ選択的に上方制御されます。^{[ 12 ]}

2022年のレビュー^{[ 13 ]}では、恐怖条件付け中に海馬のニューロンでIEGをアップレギュレーションする複数のステップについて説明しています。同様に、扁桃体でも恐怖条件付け中にIEGがアップレギュレーションされます。 ^{[ 14 ] [ 15 ]} IEGをアップレギュレーションする複数のステップ^{[ 13 ]}には、転写因子の活性化^{[ 16 ]}、クロマチンループの形成、クロマチンループ内のエンハンサーとプロモーターの相互作用、およびトポイソメラーゼIIβによって開始される一時的なDNA二本鎖切断が含まれます。

恐怖条件付けによって上方制御される少なくとも 2 つの IEG、Egr1とDnmt 3A2 (Oliveira ら^{[ 17 ]}によって IEG であることが示された) は、多くの遺伝子のDNA メチル化、ひいてはその発現に影響を与える。上方制御された EGR1 タンパク質は、既存の核TET1タンパク質と結合し、EGR1 タンパク質は TET1 タンパク質を数百の遺伝子に運び、TET1 がそれ​​らの遺伝子のDNA 脱メチル化を開始できるようにする。^{[ 18 ]} DNMT3A2 タンパク質は、DNA 中のシトシンにメチル化を付加する新規DNA メチルトランスフェラーゼである。培養中の海馬ニューロンにおける DNMT3A2 タンパク質の発現は、シナプス可塑性に関与する 200 を超える遺伝子への新規メチル化の付加を優先的に標的とした。^{[ 19 ]} IEG の発現は、恐怖条件付けに応答したその後のニューロン遺伝子発現の動的な変化の源である。

恐怖条件付けは、扁桃体と呼ばれる脳の領域に依存していると考えられています。扁桃体は、条件付けられた恐怖記憶の獲得、保存、および発現に関与しています。^{[ 11 ]}病変研究では、恐怖条件付けの前に扁桃体に病変を掘ると恐怖の条件付け反応の獲得が妨げられ、条件付け後に扁桃体に病変を掘ると条件付け反応が忘れられることが明らかになっています。^{[ 20 ]} 扁桃体からの電気生理学的記録では、その領域の細胞が長期増強（LTP）を起こし、学習の根底にあると考えられているシナプス可塑性の一形態であることが示されています。^{[ 21 ]}薬理学的研究、シナプス研究、およびヒトの研究でも、扁桃体が恐怖の学習と記憶の主な責任を負っていることが示唆されています。^{[ 11 ]}さらに、扁桃体のニューロンの抑制は恐怖の獲得を阻害し、これらのニューロンの刺激はげっ歯類の凍りつき行動などの恐怖関連行動を引き起こす可能性があります。^{[ 22 ]}これは、扁桃体の適切な機能が恐怖条件付けに必要であると同時に、恐怖行動を引き起こすのに十分であることを示している。扁桃体は恐怖の中枢であるだけでなく、さまざまな環境刺激に反応する領域でもある。いくつかの研究では、予測不可能な中立刺激に直面すると扁桃体の活動が増加することが示されている。したがって、必ずしも恐怖ではない不確実な状況でも、扁桃体は安全と生存反応を促す他の脳領域に警告する役割を果たしている。^{[ 23 ]}

1950年代半ば、ローレンス・ワイスクランツは 、扁桃体に病変のあるサルは嫌悪刺激を避けることができなかったのに対し、正常なサルはそれを避けることを学習したことを実証した。彼は、扁桃体の重要な機能は外部刺激と嫌悪的な結果を結びつけることであると結論付けた。^{[ 24 ]}ワイスクランツの発見後、多くの研究者が恐怖の神経メカニズムを研究するために回避条件付けを使用した。^{[ 25 ]}

ジョセフ・E・ルドゥーは、恐怖条件付けにおける扁桃体の役割を解明する上で重要な役割を果たしてきた。彼は、恐怖条件付け中に扁桃体が長期増強を受けること、そして扁桃体細胞の除去が恐怖の学習と表現の両方を阻害することを最初に示した人物の一人である。^{[ 26 ]}

恐怖条件付けには、扁桃体と双方向の解剖学的接続を持つ海馬も関与することがある。^{[ 27 ]}海馬が文脈学習や空間学習において一般的に果たす役割と一致して、海馬は特に文脈に対する恐怖条件付けと関連付けられてきた。^{[ 28 ] [ 29 ]}しかし、文脈刺激を伴わない恐怖条件付け、例えば音に対する恐怖条件付けにも、海馬、特に腹側海馬が必要であるという証拠もある。^{[ 30 ] [ 31 ]}

海馬は、文脈的恐怖条件付け後に遺伝子発現に大きな変化が生じる脳領域の1つです。ラットに文脈的恐怖条件付けを適用すると、約500個の遺伝子が上方制御され（おそらくCpG部位のDNA脱メチル化による）、約1,000個の遺伝子が下方制御されます（プロモーター領域のCpG部位のDNAメチル化と相関することが観察されています）（学習と記憶における転写の調節を参照）。^{[ 8 ]} イベントから24時間後には、ラット海馬ニューロンのゲノム内の遺伝子の9.17%が差次的メチル化されています。海馬ニューロン内の誘導および抑制された遺伝子のパターンは、海馬における文脈的恐怖条件付けの初期の一時的な記憶を形成するための分子基盤を提供しているようです。^{[ 8 ]} 同様の文脈恐怖条件付けをマウスに適用したところ、文脈恐怖条件付けから 1 時間後には、マウスの脳の海馬領域に 675 個の脱メチル化遺伝子と 613 個の過メチル化遺伝子が存在した。^{[ 9 ]} これらの変化は海馬ニューロンでは一時的なものであり、4 週間後には海馬にこれらの DNA メチル化の変化はほとんど存在しなかった。しかし、文脈恐怖条件付けを受けたマウスでは、4 週間後には、長期記憶が保存されるマウスの前帯状皮質に 1,000 個以上の差次的メチル化遺伝子と 1,000 個以上の差次的発現遺伝子が存在した。^{[ 9 ]}

条件付けられた恐怖は世代を超えて遺伝する可能性がある。ある実験では、マウスをアセトフェノン臭を恐れるように条件付けし、その後、次の世代のマウスを繁殖させた。これらの次の世代のマウスもアセトフェノンに対する行動的感受性を示し、それは親の配偶子から遺伝したと考えられる神経解剖学的およびエピジェネティックな変化を伴っていた。^{[ 40 ]}

トラウマとなる出来事に先行するストレス要因の履歴は、げっ歯類における恐怖条件付けの効果を高める。^{[ 44 ]この現象はストレス増強恐怖学習（SEFL）と呼ばれ、若いげっ歯類（例：Poulos et al. 2014 [ 45 ]}）と成体げっ歯類（例：Rau et al. 2009 ^{[ 46 ]} ）の両方で実証されている。SEFLを支える生物学的メカニズムはまだ明らかになっていないが、最初のストレス要因の後にストレスホルモンであるコルチコステロンが上昇することと関連付けられている。^{[ 47 ]}