Ein neuartiges Pavlovian Fear Conditioning Paradigma zur Untersuchung von Einfrieren und Flugverhalten
Summary
Defensive Verhaltensreaktionen sind abhängig von Bedrohungsintensität, Nähe und Kontext der Exposition. Basierend auf diesen Faktoren haben wir ein klassisches Konditionierungsparadigma entwickelt, das klare Übergänge zwischen konditioniertem Einfrieren und Flugverhalten innerhalb einzelner Subjekte hervorruft. Dieses Modell ist entscheidend für das Verständnis der Pathologien, die an Angstzuständen, Panik und posttraumatischen Belastungsstörungen beteiligt sind.
Abstract
Angst- und Angstverhalten tragen wesentlich zum Überleben eines Organismus bei. Übertriebene abwehrende Reaktionen auf wahrgenommene Bedrohungen sind jedoch charakteristisch für verschiedene Angststörungen, die die häufigste Form psychischer Erkrankungen in den Vereinigten Staaten sind. Die Entdeckung der neurobiologischen Mechanismen, die für defensive Verhaltensweisen verantwortlich sind, wird bei der Entwicklung neuartiger therapeutischer Interventionen helfen. Pavlovian Angst Konditionierung ist ein weit verbreitetes Labor paradigma, um Angst-bezogenes Lernen und Gedächtnis zu studieren. Eine große Einschränkung der traditionellen Pavlovian Angst Konditionierung Paradigmen ist, dass das Einfrieren ist das einzige defensive Verhalten überwacht. Wir haben vor kurzem ein modifiziertes Pavlovian Fear Conditioning Paradigma entwickelt, das es uns ermöglicht, sowohl konditioniertes Einfrieren als auch Fluchtverhalten (auch als Flucht) Verhalten innerhalb einzelner Probanden zu studieren. Dieses Modell verwendet eine höhere Intensität Fußschocks und eine größere Anzahl von Paarungen zwischen dem konditionierten Stimulus und unkonditionierten Stimulus. Darüber hinaus nutzt dieses konditionierte Flugparadigma die serielle Darstellung von reinem Ton und weißen Rauschen-Hörreizen als konditionierten Stimulus. Nach der Konditionierung in diesem Paradigma zeigen Mäuse ein gefrierendes Verhalten als Reaktion auf den Tonreiz und Flugreaktionen während des weißen Rauschens. Dieses Konditionierungsmodell kann auf die Untersuchung von schnellen und flexiblen Übergängen zwischen Verhaltensreaktionen angewendet werden, die für das Überleben notwendig sind.
Introduction
Angst ist eine evolutionär konservierte adaptive Antwort auf eine unmittelbare Bedrohung1,2. Während Organismen angeborene abwehrende Reaktionen auf eine Bedrohung besitzen, sind gelehrte Assoziationen entscheidend, um geeignete defensive Reaktionen auf Reize zu auslösen, die die Gefahr vorhersagen3. Dysregulation in Gehirnkreisen, die defensive Reaktionen steuern, trägt wahrscheinlich zu maladaptiven Reaktionen bei, die mit multiplen schwächenden Angststörungen verbunden sind, wie posttraumatische Belastungsstörung (PTSD), Panikstörung4und spezifische Phobien5,6. Die Prävalenzrate in den Vereinigten Staaten für Angststörungen beträgt 19,1% bei Erwachsenen und 31,9% bei Jugendlichen7,8. Die Belastung durch diese Krankheiten ist extrem hoch für den Alltag des Einzelnen und wirkt sich negativ auf ihre Lebensqualität aus.
In den letzten Jahrzehnten hat Pavlovian Angst konditionierung als ein leistungsfähiges Modellsystem gedient, um enorme Einblicke in die neuronalen Mechanismen zugrunde angstbezogenes Lernen und Gedächtnis9,10,11zu gewinnen. Pavlovian Angst Konditionierung beinhaltet die Kombination eines konditionierten Stimulus (CS, wie ein auditiver Stimulus) mit einem aversiven unkonditionierten Stimulus (US; zum Beispiel ein elektrischer Fußschock)12. Da das Einfrieren das vorherrschende Verhalten ist, das in den üblichen Pavlovian-Konditionierungsparadigmen evoziert und gemessen wird, bleiben die neuronalen Steuerungsmechanismen aktiver Formen des Abwehrverhaltens wie Flucht-/Flugreaktionen weitgehend unerforscht. Frühere Studien zeigen, dass verschiedene Formen des Abwehrverhaltens, wie z. B. Flucht, in Abhängigkeit von der Bedrohungsintensität, Der Nähe und dem Kontext13,14evoziert werden. Das Studium, wie das Gehirn verschiedene Arten von Abwehrverhalten steuert, kann erheblich zum Verständnis der neuronalen Prozesse beitragen, die bei Angst- und Angststörungen dysreguliert sind.
Um diesem kritischen Bedürfnis gerecht zu werden, haben wir ein modifiziertes Pavlovian Konditionierungsparadigma entwickelt, das neben dem Einfrierenvon 15auch Flucht- und Fluchtsprünge hervorruft. In diesem Paradigma werden Mäuse mit einem seriellen zusammengesetzten Stimulus (SCS) konditioniert, der aus einem reinen Ton besteht, gefolgt von weißem Rauschen. Nach zwei Tagen der Paarung des SCS mit einem starken elektrischen Fußschock zeigen Mäuse Frieren als Reaktion auf die Tonkomponente und den Flug während des weißen Rauschens. Verhaltensschalter zwischen konditioniertem Gefrieren und Flugverhalten sind schnell und konsistent. Interessanterweise zeigen Mäuse Flugverhalten nur, wenn das weiße Rauschen CS im gleichen Kontext wie ein zuvor gelieferter Fußschock (der Konditionierungskontext) dargestellt wird, aber nicht in einem neutralen Kontext. Stattdessen dominieren gefrierende Reaktionen in diesem neutralen Kontext, mit deutlich höheren Niveaus des Einfrierens als Reaktion auf das weiße Rauschen im Vergleich zum Ton. Dies steht im Einklang mit der Rolle des Kontextes bei der Modulation der Defensive Response Intensität und mit der regulatorischen Rolle der kontextbezogenen Information in angstbezogenen Lernen und Gedächtnis in traditionellen Bedrohungskonditionierung Paradigmengefunden 16,17gefunden. Dieses Modell ermöglicht direkte, innerhalb des Subjekts durchgeführte Vergleiche mehrerer Defensivverhalten auf kontextspezifische Weise.
Protocol
Representative Results
Discussion
Die beschriebenen Schall- und Schockparameter sind wichtige Elemente dieses Protokolls. Daher ist es wichtig, die Stoßamplitude und den Schalldruckpegel zu testen, bevor die Experimente beginnen. Fear-Konditionierungsstudien verwenden in der Regel 70-80 dB Schalldruckpegel und 0,1-1 mA Stoßintensität18; Die beschriebenen Parameter liegen somit innerhalb der Grenzen traditioneller Angstkonditionierungsparadigmen. In einem früheren CS-only-Kontrollexperiment (kein Fußschock) haben wir keine Flu…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Diese Arbeit wurde vom Louisiana Board of Regents durch den Board of Regents Support Fund (LEQSF(2018-21)-RD-A-17) und das National Institute of Mental Health der National Institutes of Health unter der Nummer R01MH122561 unterstützt. Der Inhalt liegt allein in der Verantwortung der Autoren und stellt nicht unbedingt die offizielle Meinung der National Institutes of Health dar.
Materials
| Neutral context | Plexiglass cylinder 30 X 30 cm | ||
| Fear conditioning box | Med Associates, Inc. | VFC-008 | 25 X 30 X 35 cm dimentions |
| Audio generator | Med Associates, Inc. | ANL-926 | |
| Shocker | Med Associates Inc. | ENV-414S | Stainless steel grid |
| Speaker | Med Associates, Inc. | ENV-224AM | Suitable for pure tone and white noise |
| C57/BL6J mice | Jackson laboratory, USA | 664 | Aged 3-5 month |
| Cineplex software (Editor/ studio) | Plexon | CinePlex Studio v3.8.0 | For video tracking and behavioral scoring analysis |
| MedPC software V | Med Associates, Inc. | SOF-736 | |
| Neuroexplorer | Plexon | Used to extract the freezing data scored in PlexonEditor | |
| GraphPad Prism 8 | GraphPad Software, Inc. | Version 8 | Statistical analysis software |
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