JoVE Journal > Behavior
Summary
Abstract
Introduction
Protocol
Ergebnisse
Discussion
Offenlegungen
Acknowledgements
Materials
Referenzen
Please note that all translations are automatically generated. Click here for the English version.
Verhalten

Rädsla Inkubation Med hjälp av en utökad Fear-Conditioning Protokoll för råttor

Published: August 22, 2020
doi:
10.3791/60537
, , , , , , , ,
1School of Psychology,Universidad Pedagógica y Tecnológica de Colombia, 2Animal Behavior Laboratory,Fundación Universitaria Konrad Lorenz, 3Department of Psychology,Universidad de Los Andes, 4School of Veterinary Medicine, Animal Health Department,Universidad Nacional de Colombia, 5Department of Psychology,Troy University, 6Department of Neurobiology,University of Alabama at Birmingham

Summary

Vi beskriver en utökad rädsla-konditionering protokoll som producerar överträning och rädsla inkubation hos råttor. Detta protokoll innebär ett enda träningspass med 25 ton-chock-parningar (dvs. överträning) och en jämförelse av konditionerade fryssvar under sammanhang och cue-tester 48 h (kortvariga) och 6 veckor (långsiktiga) efter träning.

Abstract

Emotionellt minne har främst studerats med rädsla-konditionering paradigm. Rädsla konditionering är en form av lärande genom vilken individer lära sig relationerna mellan aversive händelser och i övrigt neutrala stimuli. De mest utnyttjade förfarandena för att studera känslomässiga minnen innebär rädsla konditionering hos råttor. I dessa uppgifter, den obetingade stimulans (USA) är en fotskalv presenteras en eller flera gånger över enstaka eller flera sessioner, och konditionerade svar (CR) fryser. I en version av dessa förfaranden, kallas cued rädsla konditionering, en ton (konditionerad stimulans, CS) är ihopkopplad med fotchocker (USA) under utbildningen fas. Under det första testet utsätts djuren för samma sammanhang i vilket utbildning ägde rum, och fryssvar testas i avsaknad av fotchocker och toner (dvs. ett sammanhangstest). Under det andra testet mäts frysningen när sammanhanget ändras (t.ex. genom att man manipulerar lukten och väggarna i experimentkammaren) och tonen presenteras i avsaknad av fotchocker (dvs. ett cue-test). De flesta cued rädsla konditionering förfaranden medför några ton-chock ihopkopplingar (t.ex. 1-3 försök i en enda session). Det finns ett växande intresse för mindre vanliga versioner som involverar ett omfattande antal parningar (dvs. överträning) relaterade till den långvariga effekten som kallas rädsla inkubation (dvs. rädsla svar ökar över tiden utan ytterligare exponering för aversive händelser eller konditionerade stimuli). Utökade rädsla-konditionering uppgifter har varit nyckeln till förståelsen av rädsla inkubationens beteendemässiga och neurobiologiska aspekter, inklusive dess förhållande till andra psykologiska fenomen (t.ex. posttraumatiskt stressyndrom). Här beskriver vi ett utökat rädsla-konditionering protokoll som producerar överträning och rädsla inkubation hos råttor. Detta protokoll innebär ett enda träningspass med 25 ton-chock-parningar (dvs. överträning) och en jämförelse av konditionerade fryssvar under sammanhang och cue-tester 48 h (kortvariga) och 6 veckor (långsiktiga) efter träning.

Introduction

Minnet är en psykologisk process som omfattar olika faser: informationsinhämtning, konsolidering (möjliggör stabilitet av förvärvad information), och hämtning (bevis för konsolideringsprocessen)1. Under konsolideringsfasen sker upprättandet av nya synaptiska anslutningar och modifiering av redan existerande anslutningar. Detta tyder på nödvändigheten under en tidsperiod under vilken molekylära och fysiologiska händelser som ansvarar för dessa förändringar inträffar1,2. Dessa fysiologiska eller molekylära förändringar varierar om de hämtade händelserna är känslomässigt laddade eller inte (dvs. emotionellt minne). Till exempel har forskning visat att den laterala kärnan och basolateral amygdala komplexa är särskilt relevanta för emotionellt minne3,4,5.

Emotionella minne fenomen har främst studerats med rädsla konditionering paradigm5,6. Rädsla konditionering är en form av lärande genom vilket individer lära sig relationerna mellan aversive händelser och i övrigt neutrala stimuli7. Rädsla konditionering paradigm producerar molekylära, cellulära, och strukturella förändringar i amygdala. Dessutom ändrar rädsla konditionering anslutning av hippocampus under konsolidering och hämtning processer av emotionellt minne.

En av de vanligaste förfarandena för att studera rädsla minnen är klassisk (Pavlovian) konditionering hos råttor. Detta förfarande använder vanligtvis fotchocker (USA) som aversive stimulans, som levereras en gång eller flera gånger över en eller flera sessioner. Det konditionerade svaret (CR) hos råttor som exponeras för detta förfarande är frysning (dvs., “generaliserad orörlighet orsakad av en generaliserad tonisk respons av djurens skelettmuskulatur utom de muskler som används vid andning”7 ). Detta svar skulle kunna bedömas på två typer av tester: sammanhang och cue tester. För kontexttestet genomgår försökspersonen ett givet antal fotchocker under träningspasset, och avlägsnas sedan från experimentkammaren under en definierad tid. Under provet återförs försökspersonen till samma sammanhang där utbildningen ägde rum och olika mått på frysning samlas in om det inte finns några fotchocker (t.ex. varaktighet, procentandel eller frekvens för frysningsepisoderna), och jämfört med baslinjenivåer som fastställts under utbildningsfasen. För den andra typen av test, cue test, en stimulans (typiskt en ton) är ihopkopplad med fotchocker under utbildningen fas (dvs villkorsstyrd stimulans, CS). Efter att träningen är avslutad tas djuret bort från träningssammanhanget för en definierad tid och placeras därefter i ett modifierat sammanhang (t.ex. en annan experimentkammare som har olika former av väggar och olika lukt). Köen presenteras sedan ett givet antal gånger, och frysning svar på cue mäts och jämfört med baslinjenivåer samlas in under träning. Den vanligaste versionen av detta paradigm använder 1 till 3 ton-chock-parningar under en enda träningspass, följt av sammanhang och cue tester som genomförts ett antal timmar eller några dagar senare.

Andra mindre ofta genomförda rädsla konditionering förfaranden innebär ett omfattande antal chock-cue pairings (dvs. prövningar), som ofta har kallats överträning förfaranden8. Ett växande intresse för dessa uppgifter är relaterat till deras långvariga och ökade minneseffekter som kallas rädsla inkubation (dvs. betingade rädsla svar ökar över tiden i avsaknad av ytterligare exponering för aversive händelser eller konditionerade stimuli)9,10,11. Ett exempel på sådana överträningsprocedurer innebär en träningsfas på 100 ton-chock-parningar fördelade på 10 sessioner, följt av kontext- och cue-tester utförda 48 h och 30 dagarsenare 11,12. För att undvika omfattande utbildning spridda över flera dagar, maren (1998) rapporterade att överträning kunde upprättas och optimeras i en enda session med 25 parningar8. Inkubationseffekten är beläggs i betydligt högre nivåer av konditionerad rädsla hos råttor som testats 31 dagar efter träning, jämfört med råttor som testats 48 h efter. Utökade rädsla-konditionering uppgifter har varit nyckeln för förståelsen av beteendemässiga och neurobiologiska aspekter som ligger bakom rädsla inkubation, inklusive dess förhållande till andra psykologiska fenomen (t.ex. fördröjd-debuten posttraumatiskt stressyndrom)11,12,13.

Här beskriver vi ett utökat rädsla-konditionering protokoll som inducerar överträning och rädsla inkubation hos råttor. Annorlunda än andra paradigm som kräver flera dagars utbildning11, är det nuvarande protokollet inriktat på en enda träningspass8. Vi använde 25 tone-shock pairings att producera högre betingade frysning svar under sammanhang och cue tester som utförts 6 veckor efter träning, jämfört med tester som utförts 48 h efter.

Protocol

Följande protokoll godkändes av Fundación Universitaria Konrad Lorenz (IACUC-KL) kommitté för institutionsvård och djurvård och användning. Den allmänna deklarationen om djurens rättigheter som utfärdats av International League of Animal Rights, Genève, Schweiz (1989), och etiska principer för experiment med djur som utfärdats av ICLAS respekterades. 1. Ämnesberedning Välj manliga vuxna Wistar råttor (n = 12). Hus dem i grupper om fyra per bur för tre dagar av ackli…

Representative Results

Variationer i procent av frystiden under olika stadier av träningspasset analyserades för alla försökspersoner (n = 12) med hjälp av ett beroende t-test (tabell 1). Djur var aktiva och utforskade experimentkammaren under de första tre minuterna av träningspasset (första dagen av protokollet), tid under vilken inga toner eller stötar levererades (dvs. baslinje-BL). Som framgår av figur 2A, procent av frystiden under de efterföl…

Discussion

Den nuvarande utökade rädsla-konditionering protokollet är en effektiv och giltig metod för att bedöma emotionella minne över korta (48 h) och långsiktiga perioder (6 veckor). Således tillåter protokollet att studera överträning och rädsla inkubation fenomen hos råttor. Bland de olika fördelarna med detta protokoll är följande. Den erbjuder två typer av minnestester, nämligen sammanhang och cue, som gör det möjligt att identifiera den differentiella effekten av två förseningar (48 h och 6 veckor) ö…

Offenlegungen

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Ekonomiskt stöd till denna forskning tillhandahölls av Fundación Universitaria Konrad Lorenz – bidragsnummer 9IN15151. Författarna vill tacka kommunikationsavdelningen vid Konrad Lorenz-universitetet för deras hjälp med att spela in och redigera videon, i synnerhet Natalia Rivera och Andrés Serrano (Producenter). Även Nicole Pfaller-Sadovsky och Lucia Medina för deras kommentarer om manuskriptet, och Johanna Barrero, dekanus vid Korporacion Universitaria Iberoamericana, för institutionellt samarbete. Författarna har inga intressekonflikter.

Materials

Acetic acid (ethanoic acid) https://pubchem.ncbi.nlm.nih.gov/compound/acetic_acid
Aversive Stimulation Current Package MED Associates Inc ENV-420 https://www.med-associates.com/product/aversive-stimulation-current-test-package/
Contextual test protocol.pro https://osf.io/4nkfq/?view_only=0640852a88544b239549462f9c21175b.
Cue test protocol.pro https://osf.io/4nkfq/?view_only=0640852a88544b239549462f9c21175b.
Curved Wall Insert MED Associates Inc VFC-008-CWI https://www.med-associates.com/product/curved-wall-insert/
Data processing.zip https://osf.io/4nkfq/?view_only=0640852a88544b239549462f9c21175b.
NIR/White Light Control Box MED Associates Inc NIR-100
Pellets BioServ F0165 http://www.bio-serv.com/pdf/F0165.pdf
Quick Change Floor/Pan Unit for Mouse MED Associates Inc ENV-005FPU-M https://www.med-associates.com/product/quick-change-floorpan-unit-for-mouse/
Small Tabletop Cabinet and Power Supply MED Associates Inc SG-6080D https://www.med-associates.com/product/small-tabletop-cabinet-and-power-supply-120v-60-hz/
Standalone Aversive Stimulator/Scrambler (115 V / 60 Hz) MED Associates Inc ENV-414S https://www.med-associates.com/product/standalone-aversive-stimulatorscrambler-115-v-ac-60-hz/
Standard Fear Conditioning Chamber MED Associates Inc VFC-008 https://www.med-associates.com/product/standard-fear-conditioning-chamber/
Training protocol VFC.pro https://osf.io/4nkfq/?view_only=0640852a88544b239549462f9c21175b.
Video Fear Conditioning Package for Rat MED Associates Inc MED-VFC-SCT-R https://www.med-associates.com/product/nir-video-fear-conditioning-system-for-rat/
DOWNLOAD MATERIALS LIST

Referenzen

  1. Frankland, P. W., Bontempi, B. The organization of recent and remote memories. Nature Reviews Neuroscience. 6 (2), 119-130 (2005).
  2. Suzuki, A., Mukawa, T., Tsukagoshi, A., Frankland, P. W., Kida, S. Activation of LVGCCs and CB1 receptors required for destabilization of reactivated contextual fear memories. Learning & Memory. 15 (6), 426-433 (2008).
  3. Hermans, E. J., et al. How the amygdala affects emotional memory by altering brain network properties. Neurobiology of Learning and Memory. 112, 2-16 (2014).
  4. Moryś, J., Berdel, B., Jagalska-Majewska, H., ŁUczyńSka, A. The basolateral amygdaloid complex -its development, morphology and functions. Folia Morphologica. 58 (3), 29-46 (1998).
  5. LeDoux, J. E. Emotional memory systems in the brain. Behavioural Brain Research. 58 (1-2), 69-79 (1993).
  6. Labar, K. S. Beyond fear: Emotional memory mechanisms in the human brain. Current Directions in Psychological Science. 16 (4), 173-177 (2007).
  7. Izquierdo, I., Furini, C. R. G., Myskiw, J. C. Fear Memory. Physiological Reviews. 96 (2), 695-750 (2016).
  8. Maren, S. Overtraining Does Not Mitigate Contextual Fear Conditioning Deficits Produced by Neurotoxic Lesions of the Basolateral Amygdala. The Journal of Neuroscience. 18 (8), 3097-3097 (1998).
  9. Pickens, C. L., Golden, S. A., Nair, S. G. Incubation of fear. Current Protocols in Neuroscience. 64, (2013).
  10. Morrow, J. D., Saunders, B. T., Maren, S., Robinson, T. E. Sign-tracking to an appetitive cue predicts incubation of conditioned fear in rats. Behavioural Brain Research. 276, 59-66 (2015).
  11. Pickens, C. L., Golden, S. A., Adams-Deutsch, T., Nair, S. G., Shaham, Y. Long-lasting incubation of conditioned fear in rats. Biological Psychiatry. 65 (10), 881-886 (2009).
  12. Schaap, M. W. H., et al. Nociception and Conditioned Fear in Rats: Strains Matter. PLoS ONE. 8 (12), 83339 (2013).
  13. Shoji, H., Takao, K., Hattori, S., Miyakawa, T. Contextual and Cued Fear Conditioning Test Using a Video Analyzing System in Mice. Journal of Visualized Experiments. (85), e50871 (2014).
  14. Patel, T. P., et al. An open-source toolbox for automated phenotyping of mice in behavioral tasks. Frontiers in Behavioral Neuroscience. 8, 349 (2014).
  15. Kabra, M., Robie, A. A., Rivera-Alba, M., Branson, S., Branson, K. JAABA: Interactive machine learning for automatic annotation of animal behavior. Nature Methods. 10 (1), 64-67 (2013).
  16. Anagnostaras, S. G. Automated assessment of Pavlovian conditioned freezing and shock reactivity in mice using the VideoFreeze system. Frontiers in Behavioral Neuroscience. 4 (58), (2010).
  17. Moyer, J. R., Brown, T. H. Impaired Trace and Contextual Fear Conditioning in Aged Rats. Behavioral Neuroscience. 120 (3), 612-624 (2006).
  18. Schuette, S. R., Hobson, S. Conditioned contextual fear memory to assess natural forgetting and cognitive enhancement in rats. Journal of Biological Methods. 5 (3), 99 (2018).
  19. Chang, C. H., et al. Fear extinction in rodents. Current Protocols in Neuroscience. , (2009).
  20. Pickens, C. L., Golden, S. A., Nair, S. G. Incubation of fear. Current Protocols in Neuroscience. 64, 1-18 (2013).
  21. Izquierdo, I., Furini, C. R. G., Myskiw, J. C. Fear Memory. Physiological Reviews. 96 (2), 695-750 (2016).
  22. Vetere, G., et al. Chemogenetic Interrogation of a Brain-wide Fear Memory Network in Mice Article Chemogenetic Interrogation of a Brain-wide Fear Memory Network in Mice. Neuron. 94 (2), 363-374 (2017).
  23. Koob, G. F., Zimmer, A. Chapter 9 – Animal models of psychiatric disorders. Neurobiology of Psychiatric Disorders. 106, 137-166 (2012).
  24. Bourin, M. Animal models for screening anxiolytic-like drugs: a perspective. Dialogues in clinical neuroscience. 17 (3), 295-303 (2015).
  25. Murray, S. B., et al. Fear as a translational mechanism in the psychopathology of anorexia nervosa. Neuroscience & Biobehavioral Reviews. 95, 383-395 (2018).
  26. Pamplona, F. A., et al. Prolonged fear incubation leads to generalized avoidance behavior in mice. Journal of Psychiatric Research. 45 (3), 354-360 (2011).
  27. Török, B., Sipos, E., Pivac, N., Zelena, D. Modelling posttraumatic stress disorders in animals. Progress in Neuro-Psychopharmacology and Biological Psychiatry. 90, 117-133 (2019).
  28. Bhakta, A., Gavini, K., Yang, E., Lyman-Henley, L., Parameshwaran, K. Chronic traumatic stress impairs memory in mice: Potential roles of acetylcholine, neuroinflammation and corticotropin releasing factor expression in the hippocampus. Behavioural Brain Research. 335, 32-40 (2017).
  29. Uniyal, A., et al. Pharmacological rewriting of fear memories: A beacon for post-traumatic stress disorder. European Journal of Pharmacology. , 172824 (2019).
  30. Barad, M. Fear extinction in rodents: basic insight to clinical promise. Current Opinion in Neurobiology. 15 (6), 710-715 (2005).
  31. Haaker, J., et al. Making translation work: Harmonizing cross-species methodology in the behavioural neuroscience of Pavlovian fear conditioning. Neuroscience & Biobehavioral Reviews. 107, 329-345 (2019).
  32. Heroux, N. A., Horgan, C. J., Pinizzotto, C. C., Rosen, J. B., Stanton, M. E. Medial prefrontal and ventral hippocampal contributions to incidental context learning and memory in adolescent rats. Neurobiology of Learning and Memory. 166, 107091 (2019).
  33. Rossi, M. A., Yin, H. H. Methods for Studying Habitual Behavior in Mice. Current Protocols in Neuroscience. 60 (1), 8-29 (2012).
  34. Brady, A. M., Floresco, S. B. Operant Procedures for Assessing Behavioral Flexibility in Rats. Journal of Visualized Experiments. (96), (2015).
  35. Zoccolan, D., Di Filippo, A. Methodological Approaches to the Behavioural Investigation of Visual Perception in Rodents. Handbook of Behavioral Neuroscience. , (2018).
  36. Lguensat, A., Bentefour, Y., Bennis, M., Ba-M’hamed, S., Garcia, R. Susceptibility and Resilience to PTSD-Like Symptoms in Mice Are Associated with Opposite Dendritic Changes in the Prelimbic and Infralimbic Cortices Following Trauma. Neurowissenschaften. 418, 166-176 (2019).
  37. Li, Q., et al. N-Acetyl Serotonin Protects Neural Progenitor Cells Against Oxidative Stress-Induced Apoptosis and Improves Neurogenesis in Adult Mouse Hippocampus Following Traumatic Brain Injury. Journal of Molecular Neuroscience. 67 (4), 574-588 (2019).
  38. Pantoni, M. M., Carmack, S. A., Hammam, L., Anagnostaras, S. G. Dopamine and norepinephrine transporter inhibition for long-term fear memory enhancement. Behavioural Brain Research. 378 (112266), 112266 (2020).
  39. Smith, K. L., et al. Microglial cell hyper-ramification and neuronal dendritic spine loss in the hippocampus and medial prefrontal cortex in a mouse model of PTSD. Brain, Behavior, and Immunity. 80, 889-899 (2019).
  40. Liu, X., Zheng, X., Liu, Y., Du, X., Chen, Z. Effects of adaptation to handling on the circadian rhythmicity of blood solutes in Mongolian gerbils. Animal Models and Experimental. 2 (2), 127-131 (2019).
  41. Landgraf, D., McCarthy, M. J., Welsh, D. K. The role of the circadian clock in animal models of mood disorders. Behavioral Neuroscience. 128 (3), 344-359 (2014).
  42. Refinetti, R., Kenagy, G. J. Diurnally active rodents for laboratory research. Laboratory annimals. 52 (6), 577-587 (2018).
  43. Hurtado-Parrado, C., et al. Assessing Mongolian gerbil emotional behavior: effects of two shock intensities and response-independent shocks during an extended inhibitory-avoidance task. PeerJ. 5, (2017).
  44. Frey, P., Eng, S., Gavinf, W. Conditioned suppression in the gerbil. Behavior Research Methods & Instrumentation. 4 (5), 245-249 (1972).
  45. Woolley, M. L., Haman, M., Higgins, G. A., Ballard, T. M. Investigating the effect of bilateral amygdala lesions on fear conditioning and social interaction in the male Mongolian gerbil. Brain Research. 1078 (1), 151-158 (2006).
  46. Ballard, T. M., Sänger, S., Higgins, G. a Inhibition of shock-induced foot tapping behaviour in the gerbil by a tachykinin NK1 receptor antagonist. European Journal of Pharmacology. 412 (3), 255-264 (2001).
  47. Luyten, L., Schroyens, N., Hermans, D., Beckers, T. Parameter optimization for automated behavior assessment: plug-and-play or trial-and-error. Frontiers in Behavioral Neuroscience. 8 (28), (2014).

Tags

Fear ConditioningEmotional MemoryConsolidationFear IncubationPavlovian ConditioningAversive TrainingContextual MemoryCue MemoryWistar Rats

Play Video
PDF
DOI
DOWNLOAD MATERIALS LIST
Diesen Artikel zitieren
Acevedo-Triana, C., Rico, J. L., Ortega, L. A., Cardenas, M. A. N., Cardenas, F. P., Rojas, M. J., Forigua-Vargas, J. C., Cifuentes, J., Hurtado-Parrado, C. Fear Incubation Using an Extended Fear-Conditioning Protocol for Rats. J. Vis. Exp. (162), e60537, doi:10.3791/60537 (2020).
Zitat herunterladen
Nachdrucke und Berechtigungen

View Video

✖

To prove you're not a robot, please enter the text in the image below

CAPTCHA Image
Play CAPTCHA Audio
Refresh Image