بررسی ارتباط عملکردی میان پیاز بویایی و قشر پیش ‏پیشانی مغز هنگام بروز رفتار اضطراب در موش صحرایی

اضطراب پاسخ طبیعی موجودات به وجود شرایط تهدیدکننده در محیط می‏باشد که در آن، پاسخ سمپاتیک تحت اثر سیستم عصبی خودکار[1] برای کمک به انجام واکنش‏های درگیری یا گریز دیده می‏شود. این واکنش‏ها شامل افزایش نرخ و تعداد ضربان قلب، افزایش ظرفیت تنفسی ریوی به‏وسیله افزایش قطر مجاری تنفسی، افزایش قطر عروق مربوط به عضلات اسکلتی و کاهش فعالیت ارگان‏های گوارشی و کلیه‏ها می‏باشند. پاسخ اضطراب تحت کنترل محور هیپوتالاموس-هیپوفیز می‏باشد که با ترشح هورمون ها و پیام‏های عصبی به قسمت‏های مختلف بدن، پاسخ سمپاتیک را کنترل می‏کنند. مدار هیپوتالاموس-هیپوفیز خود تحت کنترل بخش‏های دیگری از مغز می‏باشد که از مهم‏ترین این قسمت‏ها می‏توان به آمیگدال با تاثیر تحریکی و هیپوکامپ با تاثیر مهاری بر مدارهای فوق اشاره کرد. به شرایطی که اضطراب از حد طبیعی شدیدتر شده و یا به‏صورت طولانی‏مدت بروز نماید، اختلالات اضطرابی می‏گویند. تخمین زده می‏شود در آمریکا حدود ۱۵% افراد، درگیر اختلالات ناشی از اضطراب شامل وحشت، ترس از مکان‏های شلوغ، اختلال اضطراب عمومی، ترس از اجتماع و دیگر ترس‏های خاص می‏باشند. اختلالات اضطرابی در شکل‏گیری بیماری‏های خطرناک‏تر جسمی، مانند اختلالات مختلف قلبی-عروقی و یا اختلالات روانی پیشرفته‏تر مانند سندرم پس از حادثه[2] و اختلال وسواس فکری-عملی[3] نقش مهمی دارد. در حال حاضر درمان‏های رایج برای این گونه اختلالات شامل روان‏درمانی و استفاده از داروهای از بین‏برنده اضطراب می‏باشد؛ اغلب داروهای مورد استفاده در این موارد شامل مهارکننده‏های انتخابی بازجذب سروتونین[4] و مهارکننده‏های گیرنده‏های نوروترنسمیتر مهاری گابا[5]، بنزودیازپین‏ها، می‏باشند؛ در کنار مزایای ذکر شده، درمان‏های مذکور، دارای معایبی نیز می‏باشند که از جمله مهم‏ترین آنها می‏توان به عدم عملکرد موفق بر همه بیماران، پیدایش مقاومت به دارو حین درمان، اختلالات گوارشی مانند حالت تهوع واستفراغ، اختلالات خواب و حتی افزایش احتمال ایجاد مشکلات حرکتی اشاره کرد (1-7).

سیستم بویایی یکی از مهم‏ترین سیستم‏ها برای شناسایی محیط اطراف در انسان و سایر مهره‏داران می‏باشد که علاوه‏بر نقش پررنگ در حس بویایی، نقش مکمل بسیار مهمی را نیز برای سیستم چشایی دارا می‏باشد. عصب بویایی[6] یا عصب زوج یک مغزی، از سلول‏های عصبی که گیرنده‏های آنها در بافت پوششی سقف بینی قرار دارد شروع شده، به پیاز بویایی در مغز رفته و از آن جا به قسمت‏های مختلف مغزی از جمله قشر پیش‏پیشانی، آمیگدال و هیپوکامپ وارد می‏شود (8). دو دسته اصلی از سلول‏هایی که اطلاعات را از پیاز بویایی به نقاط دیگر مغز می‏برند شامل سلول‏های میترال و سلول‏های پرزدار می‏باشند، که در این بین، سلول‏های پرزدار بیشتر به سمت قشر پیش‏پیشانی[7] و سلول‏های میترال به سمت قسمت‏های مختلف از جمله قشر پیری‏فورم، که در فرایند بویایی نقش مهمی دارد، می‏روند(9). تعدادی از سلول‏های گیرنده موجود در بافت پوششی سقف حفره بینی به حرکت مکانیکی جریان هوا در حفره بینی حساس بوده و به این واسطه، نوسان‏هایی را به پیاز بویایی در مغز می‏رسانند. با توجه به وجود پیام‏های حاصل از شناساگرهای حرکات مکانیکی ناشی از تنفس در پیاز بویایی و اتصالات پیاز بویایی به قسمت‏های مختلف مغز، احتمالا می‏توان نقش‏های مهمی را برای این نوسانات متصور بود (8, 10, 11).

قشر پیش‏پیشانی یکی از قدامی‏ترین بخش‏های مغز در پستانداران می‏باشد. این بخش نواحی 8، 9-14، 24-25، 32، 44-47 را در تقسیم‏بندی برودمن[8] شامل می‏شود که به‏طور کلی به ۴ قسمت داخلی[9]، شکمی[10]، پشتی‏طرفی[11] و شکمی‏طرفی[12] تقسیم‏بندی می‏گردد (12). قشر پیش‏پیشانی یکی از مهم‏ترین قسمت‏های مغز در کنترل و بروز رفتارهای پیچیده ارادی و غیرارادی از جمله یادگیری، ذخیره اطلاعات مربوط به حافظه بلندمدت، احساسات، مانند اضطراب، و سایر اعمال اجرایی[13]، می باشد (1, 13, 14). لازم به ذکر است که بین دو ناحیه پیاز بویایی و قشر پیش‏پیشانی در مغز اتصال فیزیکی[14] برقرار می‏باشد (15)؛ در مطالعه Salimi و همکاران، تخریب مدار بین پیاز بویایی و قشر پیش‏پیشانی در موش‏های مدل شده برای التهاب آرژیک مخاط بینی باعث بروز رفتار شبه اضطرابی شده است، که این یافته احتمالا می‏تواند نشان‏دهنده ارتباط عملکردی[15] این دو ناحیه هنگام بروز رفتار اضطرابی باشد (16). در مطالعه دیگری نیز Moberly و همکاران نشان داده‏اند دو قسمت پیاز بویایی و قشر پیش‏پیشانی به‏وسیله نوسان‏هایی از سمت پیاز بویایی که تحت تاثیر تنفس و سلول‏های حساس به امواج مکانیکی ایجاد شده است با هم مرتبط می‏باشند، که این هماهنگی در هنگام بروز رفتار ایستایی ناشی از ترس و در طیف ۴ هرتز به شکل قابل توجهی افزایش می‏یابد (17). هم‏چنین طبق گزارش Karalis و همکاران ارتباط مدار قسمتی از قشر پیش‏پیشانی با آمیگدال در هنگام بروز رفتار ایستایی ناشی از ترس با طیف مشابه ۴ هرتز مشاهده شده است (18).

با توجه به مطالعه Moberly و همکاران مبنی بر ارتباط پیاز بویایی و قشر پیش‏پیشانی، گزارش Karalis و همکاران مبنی بر ارتباط قشر پیش‏پیشانی و آمیگدال، تاثیرات قابل توجهی که آمیگدال بر ایجاد اضطراب و رفتارهای ناشی از آن دارد (1, 17, 18)، و سایر مطالب مطرح شده در بالا، احتمالا می‏توان نقش بسیار مهمی را برای مدار مغزی پیاز بویایی-قشر پیش‏پیشانی در شکل‏گیری و بروز رفتار اضطرابی متصور بود؛ واضح است که شناخت بیشتر مکانیزم‏های دخیل در بروز اضطراب، خصوصا توجه به نقش‏های القایی یا مهاری مدارهای مغزی در این موضوع، می‏تواند نقش بسیار سازنده‏ای را در رسیدن به درمان‏های تازه، با کارایی بیشتر و عوارض کمتر ایفا کند. نتیجتا، هدف از مطالعه حاضر بررسی ارتباط عملکردی میان پیاز بویایی و قشر پیش‏پیشانی مغز هنگام بروز رفتار اضطرابی در موش صحرایی می‏باشد. هم‏چنین لازم به ذکر است با توجه به جستجوهای انجام شده توسط تیم پژوهش، مطالعه‏ای مبنی بر هدف مطالعه حاضر یافت نشد، که این امر اهمیت انجام پژوهشی برای پاسخ به پرسش مطرح شده را بیش از پیش می‏کند؛ نهایتا، امید است نتایج پژوهش حاضر بتواند راه را برای شناخت هرچه بهتر پاتوفیزیولوژی‏های دخیل در اضطراب فراهم آورد.

مروری بر متون:

در مطالعه Salimi و همکاران، تخریب مدار بین پیاز بویایی و قشر پیش‏پیشانی در موش‏های مدل شده برای التهاب آرژیک مخاط بینی باعث بروز رفتار شبه اضطرابی شده است، که این یافته احتمالا می‏تواند نشان‏دهنده ارتباط عملکردی[16] این دو ناحیه هنگام بروز رفتار اضطرابی باشد (16).

در مطالعه دیگری نیز Moberly و همکاران نشان داده‏اند دو قسمت پیاز بویایی و قشر پیش‏پیشانی به‏وسیله نوسان‏هایی از سمت پیاز بویایی که تحت تاثیر تنفس و سلول‏های حساس به امواج مکانیکی ایجاد شده است با هم مرتبط می‏باشند، که این هماهنگی در هنگام بروز رفتار ایستایی ناشی از ترس و در طیف ۴ هرتز به شکل قابل توجهی افزایش می‏یابد (17).

هم‏چنین طبق گزارش Karalis و همکاران ارتباط مدار قسمتی از قشر پیش‏پیشانی با آمیگدال در هنگام بروز رفتار ایستایی ناشی از ترس با طیف مشابه ۴ هرتز مشاهده شده است (18).

1. چه دامنه‏ای از طیف فرکانسی پیاز بویایی هنگام بروز رفتار اضطرابی و غیراضطرابی مشاهده می‏گردد؟
2. چه دامنه‏ای از طیف فرکانسی قشر پیش‏پیشانی هنگام بروز رفتار اضطرابی و غیراضطرابی مشاهده می‏گردد؟
3. آیا هماهنگ شدن طیف فرکانسی پیاز بویایی و قشر پیش ‏پیشانی هنگام بروز رفتار اضطرابی مشاهده می‏شود؟

تعیین ارتباط عملکردی میان پیاز بویایی و قشر پیش‏پیشانی مغز هنگام بروز رفتار اضطراب در موش صحرایی

1. تعیین و مقایسه طیف فرکانسی پیاز بویایی هنگام بروز رفتار اضطرابی و غیراضطرابی.
2. تعیین و مقایسه طیف فرکانسی قشر پیش‏پیشانی هنگام بروز رفتار اضطرابی و غیراضطرابی.
3. تعیین هماهنگ شدن[1] طیف فرکانسی پیاز بویایی و قشر پیش‏پیشانی هنگام بروز رفتار اضطرابی و غیراضطرابی.

1. دانشگاه علوم پزشکی زاهدان
2. مراکز تحقیقاتی فعال دانشگاه علوم پزشکی زاهدان

ندارد

توصیفی-تحلیلی

موش‏های صحرایی سالم از جنس نر.

با توجه به اینکه داده های مطالعه حاصل بررسی و مقایسه قبل از آزمون (ورود به بازوی باز ماز) و بعد از آزمون می باشد، مطالعه از یک گروه تشکیل شده و بنابر مطالعات قبلی، N=24 در نظر گرفته می شود. 

در این مطالعه از روش نمونه ‏گیری آسان در دسترس استفاده خواهد گردید.

ابزار جمع‏آوری داده‏ها در مطالعه حاضر سیستم رکوردر الکتروفیزیولوژیک برای گرفتن ثبت‏های پتانسیل‏های میدانی موضعی[1] (LFP) در نواحی مغزی مورد بررسی و نیز تست رفتاری Elevated Plus Maze برای بررسی وضعیت اضطرابی موش خواهد بود.

ج-6-1) روند اجرای طرح:

) در ابتدا پس از تایید کمیته اخلاق دانشگاه و هماهنگی با مرکز حیوانات آزمایشگاهی دانشگاه علوم پزشکی زاهدان، پژوهشگران اقدام به تهیه حیوانات و تجهیزات مورد آزمایش خواهند کرد. در مرحله بعد، حیوانات مورد آزمایش تحت تست‏های رفتاری به‏صورت موازی با ثبت‏های الکتروفیزیولوژیک قرار خواهند گرفت. سپس، پژوهشگران اقدام به بررسی نتایج به‏دست آمده در مرحله قبل، تجزیه و تحلیل داده‏های به‏دست آمده با استفاده از نرم‏افزار MATLAB v2019، و نهایتا تهیه گزارش نهایی خواهند کرد.

ج-6-2)جراحی: موش‏ها به‏وسیله تزریق داخل صفاقی ترکیب کتامین (100 mg/kg) و زایلازین (10 mg/kg) بی‏هوش خواهند شد و در صورت طولانی‏تر شدن فرایند جراحی، تزریقات بیشتری به منظور بی‏هوشی کامل حیوان در تمامی مراحل جراحی صورت خواهد گرفت؛ هم‏چنین از داروی دگزامتازون (0.1 mL) نیز به سبب پیشگیری از تورم مغز استفاده خواهد شد. سپس حیوان در دستگاه استریوتاکس قرار خواهدگرفت و برش در قسمت خط مرکزی سر به انجام خواهد رسید. در مرحله بعد دو الکترود در سمت راست مغز حیوان در قسمت‏های لوب بویایی با مختصات (AP: 8.5 mm , ML:-1 mm , DV: -1.5 mm) و میانی لوب پیش پیشانی با مختصات (AP: +3.2mm; L: -0.6mm; DV: -3.6mm) قرار خواهد گرفت. نهایتا، پژوهشگران با انجام مراقبت‏های مورد نیاز پس از عمل جراحی، فرایند ریکاوری حیوانات را به انجام خواهند رساند. در این مرحله، پس از گذشتن دوره نقاهت، حیوان آماده گرفتن ثبت تست الکتروفیزولوژیک خواهد بود.

ج-6-3) تست رفتاری Elevated Plus Maze (EPM):

EPM یک تست رفتاری به نسبت ساده بوده که برای اندازه‏گیری و کمی‏سازی میزان اضطراب موش صحرایی ایجاد گردیده است؛ هم‏چنین نشان داده شده است که EPM یک تست رفتاری کارامد برای ارزیابی سطح اضطراب در جوندگان می‏باشد. اساس این تست در جوندگان بر مبنای تمایل ذاتی این جانوران برای فضاهای سربسته و تاریک[1] (Approach)، ترسی غیرشرطی از فضاهای سرباز/ ارتفاعات[2] (Avoidance)، و نیز انگیزه درونی بالای این جانوران برای جستجوی محیط‏های جدید می‏باشد. EPM یک دستگاه متشکل از چهار بازو بوده که به شکل نماد ریاضی '+' در کنار هم قرار گرفته‏اند؛ نحوه قرارگیری بازوها به‏صورت دو بازوی سرباز (Open arms) در مقابل هم و نیز دو بازوی سربسته (Closed arms) در مقابل هم می‏باشد که در ارتفاع یک متری از سطح زمین قرار گرفته‏اند (19). در این پژوهش از این تست به‏صورت همزمان با ثبت LFP استفاده خواهد شد.

ج-6-4) ثبت الکتروفیزیولوژیک: بعد از گذشتن دوران نقاهت حیوان از جراحی و اطمینان از محکم قرار گرفتن سوکت بر روی سر حیوان، به‏منظور گرفتن ثبت الکتروفیزیولوژی، الکترودها به‏وسیله سیم مسی به سیستم گیرنده امواج (BIODAC-ESR18622, TRITA WaveGram Co) متصل گریده و سیستم، آماده ثبت پتانسیل میدانی موضعی (LFP) به صورت همزمان از هر دو الکترود خواهد گردید. در این مرحله پژوهشگران اقدام به انجام همزمان تست رفتاری EPM و گرفتن ثبت الکتروفیزیولوژیک از حیوان خواهند کرد. سپس از LFP های ثبت شده در زمان‏های ورود و نیز زمان‏های سپری شده در بازوهای بسته در 5 دقیقه اول پس از قرار دادن حیوان در محل تلاقی بازوها، به‏عنوان معیاری از زمان‏های اضطراب، برای تحلیل و نتیجه‏ گیری استفاده خواهد شد.

به منظور تخمین چگالی طیف های مختلف از روش welch به‏وسیله تابع آماده در متلب استفاده خواهد شد. به همین منوال به منظور بررسی همبستگی بین طیف‏های ثبت شده نیز از توابع correlation و coherence استفاده خواهد شد. در انتها برای تحلیل آماری داده‏ها از t-test استفاده خواهد شد. در تحلیل داده‏های به‏دست آمده در این پژوهش، مرز معنی‏داری از لحاظ آماری p<0.05 خواهد بود.

در این مطالعه از حیوانات آزمایشگاهی موجود در مرکز حیوانات آزمایشگاهی دانشگاه علوم پزشکی زاهدان استفاده خواهد گردید. کدهای 1، 2 و 4 از دفترچه راهنمای اخلاق پژوهش بر روی حیوانات آزمایشگاهی در این طرح رعایت می‏شوند.

دفترچه راهنمای اخلاقی تعیین شدت مداخلات بر روی حیوانات آزمایشگاهی مطالعه گردیده، و بر اساس آن مدخلات پژوهش حاضر شدید ارزیابی میگردد. 

دفترچه راهنمای مراقبت و استفاده از حیوانات آزمایشگاهی در امور علمی مطالعه گردیده است. 

امکان عدم تامین مناسب تجهیزات آزمایشگاهی مورد نیاز برای اجرای طرح، با توجه به محدودیت منابع مالی، که برای مدیریت این محدودیت و هم‏چنین مدیریت منابع مالی، در صورت امکان، برخی از تجهیزات مورد نیاز به ‏صورت دستی تهیه خواهند شد.

Olfactory Bulb؛ Prefrontal Cortex؛ Anxiety

1.       Bear M, Connors B, Paradiso MA. Neuroscience: Exploring the brain: Jones & Bartlett Learning, LLC; 2020.

2.       Tully PJ, Cosh SM, Baune BT. A review of the affects of worry and generalized anxiety disorder upon cardiovascular health and coronary heart disease. Psychology, health & medicine. 2013;18(6):627-44.

3.       Gorman JM. Treating generalized anxiety disorder. Journal of Clinical Psychiatry. 2003;64(1):24-9.

4.       Baldwin DS, Birtwistle J. The side effect burden associated with drug treatment of panic disorder. The Journal of clinical psychiatry. 1998;59:39-44; discussion 5-6.

5.       Stahl SM. Mechanism of action of serotonin selective reuptake inhibitors: serotonin receptors and pathways mediate therapeutic effects and side effects. Journal of affective disorders. 1998;51(3):215-35.

6.       Paulus MP, Stein MB. Interoception in anxiety and depression. Brain structure and Function. 2010;214(5-6):451-63.

7.       Rauch SA, Favorite T, Giardino N, Porcari C, Defever E, Liberzon I. Relationship between anxiety, depression, and health satisfaction among veterans with PTSD. Journal of Affective Disorders. 2010;121(1-2):165-8.

8.       Hall JE. Guyton and Hall textbook of medical physiology e-Book: Elsevier Health Sciences; 2010.

9.       Igarashi KM, Ieki N, An M, Yamaguchi Y, Nagayama S, Kobayakawa K, et al. Parallel mitral and tufted cell pathways route distinct odor information to different targets in the olfactory cortex. Journal of Neuroscience. 2012;32(23):7970-85.

10.     Connelly T, Yu Y, Grosmaitre X, Wang J, Santarelli LC, Savigner A, et al. G protein-coupled odorant receptors underlie mechanosensitivity in mammalian olfactory sensory neurons. Proceedings of the National Academy of Sciences. 2015;112(2):590-5.

11.     Grosmaitre X, Santarelli LC, Tan J, Luo M, Ma M. Dual functions of mammalian olfactory sensory neurons as odor detectors and mechanical sensors. Nature neuroscience. 2007;10(3):348-54.

12.     Murray EA, Wise SP, Graham KS. The evolution of memory systems: ancestors, anatomy, and adaptations: Oxford University Press; 2017.

13.     Badre D, Kayser AS, D'Esposito M. Frontal cortex and the discovery of abstract action rules. Neuron. 2010;66(2):315-26.

14.     Price JL. Prefrontal cortical networks related to visceral function and mood. Annals of the New York Academy of Sciences. 1999;877(1):383-96.

15.     Price JL, Carmichael ST, Carnes KM, Clugnet M-C, Kuroda M, Ray JP. Olfactory input to the prefrontal cortex. Olfaction: A model system for computational neuroscience. 1991:101-20.

16.     Salimi M, Ghazvineh S, Zare M, Parsazadegan T, Dehdar K, Nazari M, et al. Distraction of olfactory bulb-medial prefrontal cortex circuit may induce anxiety-like behavior in allergic rhinitis. PloS one. 2019;14(9):e0221978.

17.     Moberly AH, Schreck M, Bhattarai JP, Zweifel LS, Luo W, Ma M. Olfactory inputs modulate respiration-related rhythmic activity in the prefrontal cortex and freezing behavior. Nature communications. 2018;9(1):1-10.

18.     Karalis N, Dejean C, Chaudun F, Khoder S, Rozeske RR, Wurtz H, et al. 4-Hz oscillations synchronize prefrontal–amygdala circuits during fear behavior. Nature neuroscience. 2016;19(4):605-12.

19.     Ari C, D’Agostino DP, Diamond DM, Kindy M, Park C, Kovács Z. Elevated plus maze test combined with video tracking software to investigate the anxiolytic effect of exogenous ketogenic supplements. JoVE (Journal of Visualized Experiments). 2019(143):e58396.

ندارد