En roman Pavlovian Fear Condition Paradigm å studere frysing og flight atferd
Summary
Defensive atferdsresponser er betinget av trusselintensitet, nærhet og kontekst av eksponering. Basert på disse faktorene utviklet vi et klassisk kondisjoneringsparadigme som fremkaller klare overganger mellom betinget frysing og flyatferd hos individuelle. Denne modellen er avgjørende for å forstå patologiene som er involvert i angst, panikk og posttraumatiske stresslidelser.
Abstract
Frykt- og angstrelatert atferd bidrar betydelig til kroppens overlevelse. Imidlertid er overdrevne defensive svar på oppfattet trussel karakteristisk for ulike angstlidelser, som er den mest utbredte formen for psykisk sykdom i USA. Å oppdage de nevrobiologiske mekanismene som er ansvarlige for defensiv atferd, vil hjelpe til med utviklingen av nye terapeutiske inngrep. Pavlovian frykt condition er et mye brukt laboratorieparadigme for å studere fryktrelatert læring og minne. En stor begrensning av tradisjonelle Pavlovian frykt condition paradigmer er at frysing er den eneste defensive atferd overvåket. Vi har nylig utviklet en modifisert Pavlovian frykt condition paradigme som tillater oss å studere både betinget frysing og fly (også kjent som flukt) atferd i individuelle. Denne modellen benytter høyere intensitet fotskjelv og et større antall sammenkoblinger mellom den betingede stimulansen og ubetinget stimulans. I tillegg benytter dette bedede flyparadigmet seriell presentasjon av ren tone og hvit støy auditive stimuli som den bedede stimulansen. Etter kondisjonering i dette paradigmet viser mus frysing som svar på tonestimulansen, og flyresponser under den hvite støyen. Denne kondisjoneringsmodellen kan brukes på studiet av raske og fleksible overganger mellom atferdsresponser som er nødvendige for å overleve.
Introduction
Frykt er en evolusjonært bevart adaptiv respons på en umiddelbar trussel1,2. Mens organismer har medfødte defensive svar på en trussel, er lærde assosiasjoner avgjørende for å fremkalle passende defensive svar på stimuli prediktiv for fare3. Dysregulering i hjernekretser som kontrollerer defensive responser vil sannsynligvis bidra til misforstående reaksjoner forbundet med flere svekkende angstlidelser, som posttraumatisk stresslidelse (PTSD), panikklidelse4og spesifikke fobier5,6. Prevalensen i USA for angstlidelser er 19,1% for voksne og 31,9% hos ungdom7,8. Byrden av disse sykdommene er ekstremt høy på den daglige rutinen til enkeltpersoner og påvirker deres livskvalitet negativt.
I løpet av de siste tiårene har Pavlovian frykt condition fungert som et kraftig modellsystem for å få enorm innsikt i nevrale mekanismer underliggende frykt-relatert læring og minne9,10,11. Pavlovian frykt condition innebærer parring en betinget stimulans (CS, for eksempel en auditiv stimulans) med en aversiv ubetinget stimulans (USA; for eksempel en elektrisk fotsjokk)12. Fordi frysing er den dominerende oppførselen fremkalt og målt i standard Pavlovian condition paradigmer, de nevrale kontrollmekanismer av aktive former for defensiv atferd som flukt / flyresponser forblir i stor grad uutforsket. Tidligere studier viser at ulike former for defensiv atferd, for eksempel fly, fremkales avhengig av trusselintensiteten, nærheten ogkonteksten 13,14. Studere hvordan hjernen kontrollerer ulike typer defensiv atferd kan betydelig bidra til forståelsen av nevronale prosesser som er dysregulert i frykt og angstlidelser.
For å løse dette kritiske behovet utviklet vi et modifisert Pavlovian condition paradigme som fremkaller fly- og flukthopp, i tillegg til frysing15. I dette paradigmet er mus betinget med en seriell sammensatt stimulans (SCS) bestående av en ren tone etterfulgt av hvit støy. Etter to dager med parring av SCS med et sterkt elektrisk fotsjokk, viser mus frysing som svar på tonekomponenten og flygingen under den hvite støyen. Atferdsbrytere mellom betinget frysing og flyatferd er raske og konsekvente. Interessant, mus viser flyatferd bare når den hvite støyen CS presenteres i samme sammenheng som et tidligere levert fotsjokk (kondisjoneringskonteksten), men ikke i nøytral sammenheng. I stedet dominerer fryseresponser i denne nøytrale konteksten, med betydelig større nivåer av frysing som svar på den hvite støyen i forhold til tonen. Dette er i samsvar med kontekstens rolle i å modulere defensiv responsintensitet og med den regulatoriske rollen kontekstuell informasjon i fryktrelatert læring og minne som finnes i tradisjonelle trusselkondisjoneringsparadigmer16,17. Denne modellen muliggjør direkte, innenfor-emne sammenligninger av flere defensive atferd på en kontekst-spesifikk måte.
Protocol
Representative Results
Discussion
De beskrevne lyd- og sjokkparametrene er viktige elementer i denne protokollen. Det er derfor avgjørende å teste sjokkalituden og lydtrykknivået før du starter eksperimentene. Frykt condition studier bruker vanligvis 70-80 dB lydtrykknivåer og 0,1-1 mA sjokkintensitet18; dermed er de beskrevne parametrene innenfor grensene for tradisjonelle frykt condition paradigmer. I et tidligere CS-bare (ingen fotsjokk) kontrolleksperiment observerte vi ikke fly- eller fryseresponser hos musene, noe som i…
Divulgaciones
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Dette arbeidet ble støttet av Louisiana Board of Regents gjennom Board of Regents støttefond (LEQSF (2018-21)-RD-A-17) og National Institute of Mental Health av National Institutes of Health under prisnummer R01MH122561. Innholdet er utelukkende forfatternes ansvar og representerer ikke nødvendigvis de offisielle synspunktene til National Institutes of Health.
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 |
Referencias
- Gross, C. T., Canteras, N. S. The many paths to fear. Nature Reviews Neuroscience. 13 (9), 651-658 (2012).
- LeDoux, J. Rethinking the Emotional Brain. Neuron. , (2012).
- Maren, S. Neurobiology of Pavlovian fear conditioning. Annual Review of Neuroscience. 24, 897-931 (2001).
- Johnson, P. L., Truitt, W. A., Fitz, S. D., Lowry, C. A., Shekhar, A. Neural pathways underlying lactate-induced panic. Neuropsychopharmacology. 33 (9), 2093-2107 (2008).
- Mobbs, D., et al. From threat to fear: The neural organization of defensive fear systems in humans. Journal of Neuroscience. 29 (39), 12236-12243 (2009).
- Münsterkötter, A. L., et al. Spider or no spider? neural correlates of sustained and phasic fear in spider phobia. Depression and Anxiety. 32 (9), 656-663 (2015).
- Kessler, R. C., Wai, T. C., Demler, O., Walters, E. E. Prevalence, severity, and comorbidity of 12-month DSM-IV disorders in the National Comorbidity Survey Replication. Archives of General Psychiatry. 62 (6), 617-627 (2005).
- National Institute of Mental Health. Generalized anxiety disorder. National Institute of Mental Health. , 3-8 (2017).
- Herry, C., Johansen, J. P. Encoding of fear learning and memory in distributed neuronal circuits. Nature Neuroscience. 17 (12), 1644-1654 (2014).
- Janak, P. H., Tye, K. M. From circuits to behaviour in the amygdala. Nature. 517 (7534), 284-292 (2015).
- Tovote, P., Fadok, J. P., Lüthi, A. Neuronal circuits for fear and anxiety. Nature Reviews Neuroscience. 16 (6), 317-331 (2015).
- Seidenbecher, T., Laxmi, T. R., Stork, O., Pape, H. C. Amygdalar and hippocampal theta rhythm synchronization during fear memory retrieval. Science. 301 (5634), 846-850 (2003).
- Blanchard, D. C., Blanchard, R. J., Blanchard, D. C. Defensive behaviors, fear, and anxiety. Handbook of Anxiety and Fear. Handbook of behavioral neuroscience. , 63-79 (2008).
- Perusini, J. N., Fanselow, M. S. Neurobehavioral perspectives on the distinction between fear and anxiety. Learning and Memory. 22 (9), 417-425 (2015).
- Fadok, J. P., et al. A competitive inhibitory circuit for selection of active and passive fear responses. Nature. 542 (7639), 96-99 (2017).
- Maren, S. Neurotoxic or electrolytic lesions of the ventral subiculum produce deficits in the acquisition and expression of Pavlovian fear conditioning in rats. Behavioral Neuroscience. 113 (2), 283-290 (1999).
- Xu, C., et al. Distinct hippocampal pathways mediate dissociable roles of context in memory retrieval. Cell. 167 (4), 961-972 (2016).
- Curzon, P., Rustay, N. R. Chapter 2: Cued and contextual fear conditioning for rodents. Methods of Behavior Analysis in Neuroscience. 2nd edition. , (2009).
- Mollenauer, S., Bryson, R., Robison, M., Phillips, C. Noise avoidance in the C57BL/6J mouse. Animal Learning & Behavior. 20 (1), 25-32 (1992).
- Hersman, S., Allen, D., Hashimoto, M., Brito, S. I., Anthony, T. E. Stimulus salience determines defensive behaviors elicited by aversively conditioned serial compound auditory stimuli. eLife. 9, (2020).
- Dong, P., et al. A novel cortico-intrathalamic circuit for flight behavior. Nature Neuroscience. 22 (6), 941-949 (2019).
- Borkar, C. D., et al. Sex differences in behavioral responses during a conditioned flight paradigm. Behavioural Brain Research. 389, 112623 (2020).
- Fadok, J. P., Markovic, M., Tovote, P., Lüthi, A. New perspectives on central amygdala function. Current Opinion in Neurobiology. 49, 141-147 (2018).
- Pitman, R. K., et al. Biological studies of post-traumatic stress disorder. Nature Reviews Neuroscience. 13 (11), 769-787 (2012).
- Canteras, N. S., Graeff, F. G. Executive and modulatory neural circuits of defensive reactions: Implications for panic disorder. Neuroscience and Biobehavioral Reviews. , (2014).
