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Cosa succede nel nostro cervello quando abbiamo paura

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Dal disagio struggente di essere soli in un vicolo buio all’angoscia sorda che si può provare verso un futuro incerto, la paura assume sapori diversi. Se questa emozione ci arriva da un meccanismo basilare di sopravvivenza (proteggersi dai pericoli mortali), molti disturbi psicologici legati alla paura vanno oltre questa funzione iniziale: attacchi di panico, fobie sociali, disturbi da stress post-traumatico, solo per citarne alcuni. Questi disturbi hanno tutti in comune l’emozione della paura e sintomi di reazione a qualche forma di minaccia.

I progressi tecnologici nelle neuroscienze oggi consentono di esplorare come il cervello crea stati di paura e difesa. Le tecniche per identificare e manipolare specifiche aree cerebrali degli organismi viventi hanno portato alla scoperta di nuove aree cerebrali coinvolte nei processi cognitivi legati alla paura, nonché all’identificazione di meccanismi su scala neurale che governano la nostra “memoria della paura“, cioè il nostro ricordo di eventi legati alla paura che sono accaduti in passato.

Indice

Come definire scientificamente la paura?

Di fronte a una minaccia, il nostro cervello promuove meccanismi di difesa per cercare di mitigare le conseguenze della minaccia e migliorare le possibilità di sopravvivenza. Il risultato è sia cognitivo che comportamentale: è questa combinazione che percepiamo consapevolmente come paura.

Di fronte a una situazione pericolosa, come gli animali, abbiamo tre opzioni: combattere, fuggire o restare fermi (per passare inosservati). Da una prospettiva evolutiva, queste tre risposte hanno implicazioni diverse. Ad esempio, molti predatori individuano le loro prede vedendole muoversi: per le specie che compongono la loro preda, ha senso congelarsi. Questa reazione è spesso osservata nei roditori, per esempio. In effetti, gran parte della nostra conoscenza scientifica su questo argomento e sul cervello proviene da esperimenti comportamentali sugli animali.

Storicamente, molte ricerche volte a comprendere i meccanismi cerebrali della paura sono state condotte utilizzando una procedura chiamata “condizionamento alla paura“, o “condizionamento di Pavlov“. Come vedremo, questi esperimenti di condizionamento ci permettono di esplorare alcuni meccanismi coinvolti nella paura. Tuttavia, è essenziale capire che esiste una distinzione tra le diverse componenti della paura e come queste possono essere studiate.

Infatti, nel paradigma di Pavlov, si ripetono uno stimolo neutro (un suono per esempio) e uno stimolo avversivo (come una scossa elettrica). Nel tempo, questi stimoli neutri e avversivi si associano, tanto che il solo suono può innescare una risposta comportamentale di paura, anche in assenza di una scossa elettrica.

Questo tipo di procedura di condizionamento è stato spesso utilizzato sui roditori, che poi si congelano in risposta al suono. I ricercatori utilizzano le caratteristiche di questa immobilizzazione, come la sua durata e il ritardo del suono, per quantificare la risposta comportamentale suscitata dal suono.

Ciò che questo condizionamento ci permette di studiare è diverso dal sentimento cosciente di paura: quando si verifica un suono, esso attiva nel cervello un’associazione appresa tra suono e dolore e porta all’espressione di risposte difensive tipiche della specie per affrontare il pericolo. In altre parole, quando i ricercatori studiano il condizionamento alla paura negli animali, in realtà stanno valutando le risposte difensive suscitate da una minaccia, piuttosto che i sentimenti di paura. Questa componente della risposta difensiva è un processo cognitivo all’interno del dominio delle emozioni e, come per altre emozioni, la sua comprensione avviene principalmente attraverso studi sull’uomo.

La paura stessa può essere definita come una “esperienza emotiva cosciente“, o in altre parole, la consapevolezza che uno, se stesso, è in pericolo. Inoltre, mentre si può pensare che la paura derivi da una risposta a uno stimolo esterno, l’ansia è un fenomeno più duraturo che si verifica in risposta a minacce più vaghe e meno imminenti.

Le basi neurobiologiche della paura

Diversi circuiti cerebrali sono coinvolti nelle risposte alla paura, ciascuno per componenti diversi.

Diverse parti del cervello coinvolte nella sensazione di paura
Diverse parti del cervello coinvolte nella sensazione di paura. Ana Pinto/WikipediaCC BY-SA

L’amigdala svolge un ruolo importante nella percezione della minaccia: riceve input sensoriali dal talamo e da altre regioni sensoriali, consentendole di identificare rapidamente potenziali minacce. Una volta rilevata una minaccia, l’amigdala attiva il sistema nervoso simpatico, che innesca il rilascio di adrenalina e altri ormoni dello stress. Ciò porta a una serie di risposte fisiologiche, come l‘aumento della frequenza cardiaca, la respirazione accelerata e la sudorazione, che aiutano a preparare il corpo all’azione immediata.

A loro volta, queste risposte fisiologiche contribuiscono anche ai nostri sentimenti coscienti di paura.

I dettagli dell’incontro con la minaccia sono codificati e immagazzinati nell’ippocampo, una regione del cervello coinvolta nella formazione e nel recupero dei ricordi. Quindi, quando in seguito incontriamo una situazione simile, l’ippocampo recupera la memoria immagazzinata e ci aiuta a riconoscere la minaccia.

La corteccia prefrontale, coinvolta nel processo decisionale, nella pianificazione e nella risoluzione dei problemi, è responsabile della regolazione e del controllo delle risposte emotive e comportamentali. In situazioni in cui la minaccia non è immediata o pericolosa, la corteccia prefrontale può ignorare la risposta di paura avviata dall’amigdala, permettendoci di rimanere calmi e razionali.

Il condizionamento alla paura è stato studiato anche negli esseri umani, compresi gli esseri umani con lesioni cerebrali accidentali. Ad esempio, i pazienti con danno ippocampale non ricordano di essere stati condizionati, ma esprimono risposte difensive. In effetti, il ricordo di essere stati condizionati è una forma di memoria esplicita, che richiede l’intervento dell’ippocampo. D’altra parte, l’apprendimento della risposta difensiva è una forma di memoria implicita, che si basa sull’azione congiunta di più regioni del cervello.

Al contrario, il danno all’amigdala compromette la capacità di acquisire una risposta difensiva, ma non influisce sulla memoria cosciente di essere stato condizionato a farlo.

Possiamo manipolare la paura?

Così, prima degli anni 2000, gli studi sfruttavano la presenza di lesioni per capire quali regioni sono coinvolte nella risposta alla paura, e come. Ma danneggiando intere regioni del cervello, i ricercatori non hanno potuto studiare le funzioni dei diversi tipi di neuroni presenti in quelle regioni del cervello, impedendo una comprensione su larga scala dei circuiti cerebrali.

Al giorno d’oggi, varie tecniche consentono ai ricercatori di attivare o disattivare con precisione specifiche popolazioni di neuroni in breve tempo, utilizzando tecniche come la “chemogenetica“. Questa tecnica utilizza proteine ​​appositamente progettate situate all’interno dei neuroni nel cervello degli animali da ricerca. Quando viene somministrato un composto chimico specifico, può attivare o disattivare in modo specifico i neuroni che esprimono la proteina appositamente progettata, che nel nostro caso sarebbe collegata, ad esempio, a una risposta di paura.

Pertanto, il modo in cui regoliamo i nostri ricordi di paura è un aspetto importante della risposta alla paura, su cui i ricercatori si sono concentrati, perché spegnere questi ricordi di paura è fondamentale per il recupero dall’ansia o dai disturbi traumatici. Conosciuta anche come “estinzione della paura“, questa forma di apprendimento (o disapprendimento) si basa principalmente sulla corteccia prefrontale, che controlla le risposte emotive e comportamentali.

In uno studio recente, il team dell’École Normale Supérieure di Parigi ha identificato una nuova regione cerebrale collegata alla corteccia prefrontale e ha dimostrato che questa connessione è coinvolta nell’estinzione della paura. Questo è il “nucleo fastigiale“, parte del cervelletto. Quest’ultimo è così chiamato perché ha un gran numero di neuroni, ed è una regione di recente interesse per la ricerca sulla paura.

I ricercatori del team hanno addestrato i topi in un compito di condizionamento della paura simile a Pavlov. Normalmente, dopo un po’ di tempo senza la presenza della scossa elettrica, i topi smettono di immobilizzarsi quando sentono il suono. Ciò indica l’estinzione dell’associazione tra lo stimolo sonoro e la scossa elettrica, cioè il ricordo della paura svanisce. Ma curiosamente, quando i ricercatori hanno inibito i neuroni nella corteccia prefrontale che comunicano con il nucleo fastigiale usando la chemogenetica, questi topi hanno continuato a immobilizzarsi, più a lungo dei topi normali.

Ciò suggerisce che i topi manipolati non sono stati in grado di estinguere adeguatamente i loro ricordi di paura, evidenziando l’importanza di questa comunicazione tra la corteccia prefrontale e il nucleo del fastigio nella regolazione dell’estinzione dei ricordi di paura.

Questo è solo uno dei tanti studi recenti che sfruttano le nuove tecnologie disponibili nelle neuroscienze per esplorare la paura e il cervello. Infatti, mettere insieme i pezzi del puzzle dei circuiti cerebrali alla base dell’acquisizione e dell’espressione dei comportamenti difensivi è fondamentale per ottenere una visione completa della complessità di questi processi. Ciò incoraggerà ulteriori ricerche su nuovi approcci terapeutici per il trattamento dei disturbi legati alla paura negli esseri umani.

Autore

Ana Margarida PintoEcole Normale Supérieure (ENS) – PSL