Structural plasticity of the adult brain: how animal models help us understand brain changes in depression and systemic disorders related to depression

Dialogues Clin Neurosci. 2004 Jun;6(2):119-33. doi: 10.31887/DCNS.2004.6.2/bmcewen.

Abstract

The brain interprets experiences and translates them into behavioral and physiological responses. Stressful events are those which are threatening or, at the very least, unexpected and surprising, and the physiological and behavioral responses are intended to promote adaptation via a process called "allostasis. " Chemical mediators of allostasis include cortisol and adrenalin from the adrenal glands, other hormones, and neurotransmitters, the parasympathetic and sympathetic nervous systems, and cytokines and chemokines from the immune system. Two brain structures, the amygdala and hippocampus, play key roles in interpreting what is stressful and determining appropriate responses. The hippocampus, a key structure for memories of events and contexts, expresses receptors that enable it to respond to glucocorticoid hormones in the blood, it undergoes atrophy in a number of psychiatric disorders; it also responds to stressors with changes in excitability, decreased dendritic branching, and reduction in number of neurons in the dentate gyrus. The amygdala, which is important for "emotional memories, " becomes hyperactive in posttraumatic stress disorder and depressive illness, in animal models of stress, there is evidence for growth and hypertrophy of nerve cells in the amygdala. Changes in the brain after acute and chronic stressors mirror the pattern seen in the metabolic, cardiovascular, and immune systems, that is, short-term adaptation (allostasis) followed by long-term damage (allostatic load), eg, atherosclerosis, fat deposition obesity, bone demineralization, and impaired immune function. Allostatic load of this kind is seen in major depressive illness and may also be expressed in other chronic anxiety and mood disorders.

El cerebro interpreta experiencias y las traduce en respuestas conductuales y fisiologicas. Los acontecimientos estresantes son aquellas situaciones amenazantes, o al menos, inesperadas y sorpresivas; y las respuestas fisiológicas y conductuales intentan promover una adaptación a través de un proceso llamado “alostasis. ” Los mediadores químicos de la alosiasis incluyen el cortisol y la adrenal ina de las glándulas adrenales, otras hormonas y neurotransmisores, el sistema nervioso parasimpático y simpático, y citoquinas y quimioquinas del sistema inmune. Dos estructuras cerebrales, la amígdala y el hipocampo, juegan papeles clave en la interpretación de lo que es estresante y en la determinación de respuestas apropiadas. El hipocampo, una estructura clave para las memorias de los acontecimientos y del contexte, expresa receptores que lo capacitan para responder a hormonas glucocorticoídeas de la sangre. El hipocampo se atrofia en numerosos trastornos psiquiátricos y también responde a estresores con cambios en la excitabilidad, disminución de las ramificaciones dendríticas y reducción del número de neuronas del giro dentado. La amígdala, que es importante para las “memorias emocionales,” aumenta su actividad en el trasiorno por estrés postraumático y en la enfermedad depresiva. En modelos animales de estrés existen evidencias del crecimiento e hipertrofia de células nerviosas en la amígdala. Los cambios en el cerebro después de situaciones de estrés agudo y crónico reflejan el patrón observado en los sistemas metabólico, cardiovascular e inmune; esto es, una adaptación a corto plazo (alosiasis) seguida de un daño a largo plazo (carga alostática), como por ejemplo, ateroesclerosis, obesidad localizada, desmineralización del hueso y deterioro de la función inmune. La carga alostática de este tipo se observa en la depresión mayor y también se puede expresar en otros trastornos ansiosos y afectivos crónicos.

Le cerveau interprète les expériences et les traduit en réponses comportementales et physiologiques. Les événements stressants sont ceux qui sont menaçants ou tout au moins inattendus et surprenants et les réponses physiologiques et comportementales ont pour but de promouvoir l'adaptation via tin processus appelé « allostasie ». Les médiateurs chimiques de l'allostasie incluent le cortisol et l'adrénaline sécrétés par les glandes surrénales, d'autres hormones et des neurotransmetteurs, les systèmes nerveux sympathique et parasympathique, et les cytokines et chimiokines produites par le système immunitaire. Deux structures cérébrales, l'amygdale et l'hippocampe, jouent un rôle-clé dans l'identification des événements stressants et l'élaboration de réponses appropriées. L'hippocampe, une structure-clé pour les souvenirs des événements et contextes, exprime des récepteurs qui lui permettent de répondre aux hormones glucocorticoïdes du sang, il subit une atrophie au cours de nombreux troubles psychiatriques et réagit également aux facteurs de stress par des changements de l'excitabilité, une diminution de la ramification dendritique et une baisse du nombre de neurones dans le gyrus denté. L'amygdale, qui joue en rôle important dans les « souvenirs émotionnels », devient hyperactive dans l'état de stress posttraumatique et la dépression. Les modèles animaux de stress montrent l'existence d'une croissance et d'une hypertrophie des cellules nerveuses dans l'amygdale. La chronologie des modifications du cerveau à la suite de stress aigus ou chroniques (adaptation à court terme [allostasie] suivie d'une altération à long terme [charge allostatique]), reflète celle observée au cours des affections touchant, par ex,, les systèmes métabolique, cardiovasculaire et immunitaire, où la phase d'adaptation se complique, respectivement, d'athérosclérose et obésité localisée, de déminéralisation osseuse et d'altérations de la fonction immunitaire. Une telle charge allostatique se rencontre dans la dépression majeure et peut aussi s'exprimer dans l'anxiété chronique et d'autres troubles de l'humeur.

Keywords: allostasis; allostatic load; anxiety; brain; depression; stress; structural plasticity.