생쥐의 비행 행동을 유도하기 위한 수정된 공포 조건화
Summary
두려운 맥락에서 비행 행동을 연구하기 위해 수정된 공포 조건화 프로토콜을 도입합니다. 이 프로토콜은 마우스가 공포 조건화에서 신호를 제시하는 동안 일관되게 비행 행동을 보이도록 합니다.
Abstract
위협적인 상황에서 방어 행동을 적절하게 표현하는 것은 생존에 매우 중요합니다. 지배적인 이론에 따르면 점프 또는 빠른 돌진과 같은 능동적 방어 행동은 높은 위협 임박 또는 실제 위협에서 표현되는 반면, 동결과 같은 수동적 방어 행동은 위협이 예측되지만 위협 임박성이 상대적으로 낮을 때 표현됩니다. 고전적 공포 조건화에서 피험자는 일반적으로 조건화된 방어 반응으로 얼어붙는 모습을 보이며, 대부분의 경우 적극적인 방어 행동이 거의 발현되지 않는다. 여기에서는 생쥐가 냉동에서 비행으로 또는 그 반대로 전환되는 것을 관찰하기 위해 이틀 동안 조건화된 자극(CS; 연속 톤, 8kHz, 95dB SPL(음압 레벨))과 무조건 자극(US; 발 충격, 0.9mA, 1.0초)의 5가지 반복적인 쌍을 포함하는 수정된 공포 조건화 절차를 소개합니다. 이 수정된 공포 조건화 절차는 비교적 많은 수의 조건화 세션과 조건화 일수를 필요로 하지만 비행 행동의 적당한 표현을 위해 고강도의 발 충격을 필요로 하지 않습니다. 컨디셔닝 및 두드러진 CS 프레젠테이션에 동일한 컨텍스트를 사용하는 것은 비행 행동을 유도하는 데 필수적입니다. 이 수정된 공포 조건화 절차는 쥐의 적극적인 방어 행동을 관찰하기 위한 신뢰할 수 있는 방법이며, 두려움이 있는 상황에서 그러한 행동의 미세한 메커니즘과 특성을 설명할 수 있는 기회를 제공합니다.
Introduction
위협적인 상황에서 방어 행동을 적절하게 선택하는 것은 모든 동물의 생존에 매우 중요합니다. 방어 행동은 위협 근접성에 따라 점진적으로 전환되는데, 예를 들어 동결 행동과 비행 행동 사이의 전환이그렇다 1,2,3. 이러한 행동의 조절 장애는 다양한 정신 장애에서 자주 관찰된다4. 외상 후 스트레스 장애(PTSD)는 위협적이지 않은 자극에 대한 공황 반응과 같은 과장된 방어 행동을 특징으로 하는 장애 중 하나이다4.
설치류의 고전적 공포 조건화는 일반적으로 PTSD 5,6,7의 모델로 사용되지만, 설치류는 이 모델8에서 도피(공황과 같은) 행동을 표현하지 않는다. 결과적으로, 종종 ‘설치류 PTSD 모델’이라고 불리는 고전적인 공포 조건화 모델은 인간의 PTSD에 대한 얼굴 타당성이 부족하며, 특히 잘 연구되지 않은 비행 또는 공황과 유사한 증상을 포착하는 데 부족합니다.
최근에, 몇 가지 수정된 공포 조건화 프로토콜은 설치류 피험자가 이러한 절차 중에 비행 행동을 보인다는 것을 성공적으로 입증했습니다. 예를 들어, 조건자극(CS)과 무조건자극(US)을 하루에 7번 반복적으로 연관시키면 암컷 쥐는 비행 행동과 유사한 돌진 행동을 보일 수 있었다9. 연속 복합 자극(serial compound stimuli, SCS; 음색과 소음으로 구성됨)을 사용한 이틀간의 공포 조건화에서, 마우스는 SCS 프리젠테이션10,11,12의 소음 부분에서 비행 행동을 보이기 시작했다. SCS 방법에 대한 상세한 설명은 프로토콜 보고서(13)에 제공된다. SCS를 이용한 3일간의 공포 조건화는 쥐가 비행 행동을 유도하는 데에도 효과가 있었다14. 그러나 이러한 새 프로토콜에는 몇 가지 제한 사항이 있습니다. 예를 들어, 직렬 큐 프리젠테이션의 사용은 방어 행동에 대한 근접 추정의 영향을 배제하는 것을 허용하지 않습니다. 쥐에서 CS-US의 7회 연관성의 경우, 대부분의 비행 반응은 수컷이 아닌 암컷에서 관찰되었습니다.
이러한 고려 사항에 비추어 우리는 쥐가 두려운 상황에서 비행 행동을 조사할 수 있도록 수정된 공포 조건화 프로토콜을 도입합니다. 수컷 쥐는 우리의 수정된 공포 조절 과정에서 일관되게 비행 행동을 보인다. 이 프로토콜에서는 두드러진 신호음이 SCS 대신 CS로 사용됩니다. 또한, 최소 이틀 동안 하루에 최소 5쌍의 CS-US가 필요하며, 조건화된 상황에 의한 공포 강화가 필요합니다. 이 프로토콜은 연구 목적에 따라 이전 프로토콜을 보완하여 비행 행동을 조사하기 위한 또 다른 옵션을 제공합니다.
Protocol
Representative Results
Discussion
이 글에서 소개하는 수정된 공포 조건화 프로토콜은 공포 상황에서 비행 행동을 조사하기 위한 안정적인 방법이다. 이 프로토콜을 사용함으로써 우리는 두려운 상황에서 쥐의 비행 행동이 두드러진 자극에 의해 촉발되고 상황에 따라 달라진다는 것을 발견했습니다. 비행 행동을 관찰할 수 있는 적절한 프로토콜이 없었기 때문에 비행 행동의 특성은 잘 조사되지 않았습니다. 이 프로토콜은 두려?…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
이 작업은 KAKENHI Grants JP22K15795(T.F.), JP22K09734(N.K.), JP21K07489(R.Y.), Kanazawa Medical University(C2022-3, D2021-4, R.Y.) 및 The Naito Foundation(T.F.)의 지원을 받았습니다.
Materials
| Audio speaker | Fostex | FT17H | |
| Amplifier | Sony | TA-F500 | |
| CMOS camera | Sanwa Supply Inc. | CMS-V43BK | |
| Fear conditioning chamber | Panlab S.L.U. | LE116 | |
| Food pellets | Nosan | Labo MR standard | |
| LED | Yamazen | LT-B05N | |
| Microphone | ACO | type 4156N | |
| Scramble shocker | Panlab S.L.U. | LE 100-26 | |
| Sound card | Behringer | UMC202 | |
| Sound software | Syntrillium Software | Cool Edit 2000 | |
| Transducer | Panlab S.L.U. | LE 111 |
Riferimenti
- Fanselow, M. S., Lester, L. S. . Evolution and learning. , 185-212 (1988).
- Fanselow, M. S. Neural organization of the defensive behavior system responsible for fear. Psychonomic Bulletin & Review. 1 (4), 429-438 (1994).
- Mobbs, D., Headley, D. B., Ding, W., Dayan, P. Space, time, and fear: Survival computations along defensive circuits. Trends in Cognitive Sciences. 24 (3), 228-241 (2020).
- Black, D. W., Grant, J. E. Dsm-5 guidebook: The essential companion to the diagnostic and statistical manual of mental disorders. American Psychiatric Pub. , (2014).
- Bienvenu, T. C., et al. The advent of fear conditioning as an animal model of post-traumatic stress disorder: Learning from the past to shape the future of ptsd research. Neuron. 109 (15), 2380-2397 (2021).
- Johnson, L. R., Mcguire, J., Lazarus, R., Palmer, A. A. Pavlovian fear memory circuits and phenotype models of ptsd. Neuropharmacology. 62 (2), 638-646 (2012).
- Yehuda, R., Ledoux, J. Response variation following trauma: A translational neuroscience approach to understanding ptsd. Neuron. 56 (1), 19-32 (2007).
- Ledoux, J. E. Emotion circuits in the brain. Annual Review of Neuroscience. 23 (1), 155-184 (2000).
- Gruene, T. M., Flick, K., Stefano, A., Shea, S. D., Shansky, R. M. Sexually divergent expression of active and passive conditioned fear responses in rats. Elife. 4, e11352 (2015).
- Fadok, J. P., et al. A competitive inhibitory circuit for selection of active and passive fear responses. Nature. 542 (7639), 96-100 (2017).
- 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, e53803 (2020).
- Trott, J. M., Hoffman, A. N., Zhuravka, I., Fanselow, M. S. Conditional and unconditional components of aversively motivated freezing, flight and darting in mice. Elife. 11, e75663 (2022).
- Borkar, C. D., Fadok, J. P. A novel pavlovian fear conditioning paradigm to study freezing and flight behavior. Journal of Visualized Experiments. 167, e61536 (2021).
- Totty, M. S., et al. Behavioral and brain mechanisms mediating conditioned flight behavior in rats. Scientific Reports. 11 (1), 8215 (2021).
- Furuyama, T., et al. Multiple factors contribute to flight behaviors during fear conditioning. Scientific Reports. 13 (1), 10402 (2023).
- Cain, C. K. Avoidance problems reconsidered. Current Opinion in Behavioral Sciences. 26, 9-17 (2019).
- Ledoux, J. E., Moscarello, J., Sears, R., Campese, V. The birth, death and resurrection of avoidance: A reconceptualization of a troubled paradigm. Molecular Psychiatry. 22 (1), 24-36 (2017).
- Bouchekioua, Y., et al. Serotonin 5-ht2c receptor knockout in mice attenuates fear responses in contextual or cued but not compound context-cue fear conditioning. Translational Psychiatry. 12 (1), 58 (2022).
- Bouchekioua, Y., Nishitani, N., Ohmura, Y. Conditioned lick suppression: Assessing contextual, cued, and context-cue compound fear responses independently of locomotor activity in mice. Bio-Protocol. 12 (23), e4568 (2022).
