Condizionamento della paura modificato per indurre comportamenti di volo nei topi
概要
Per studiare i comportamenti di volo in un contesto di paura, introduciamo un protocollo di condizionamento della paura modificato. Questo protocollo assicura che i topi mostrino costantemente comportamenti di volo durante la presentazione del segnale nel condizionamento della paura.
Abstract
La manifestazione appropriata di un comportamento difensivo in una situazione minacciosa è fondamentale per la sopravvivenza. La teoria prevalente suggerisce che un comportamento difensivo attivo, come il salto o il guizzo rapido, è espresso in condizioni di imminenza di minaccia elevata o minaccia effettiva, mentre il comportamento difensivo passivo, come il congelamento, è espresso quando la minaccia è prevista, ma l’imminenza della minaccia è relativamente bassa. Nel condizionamento classico della paura, i soggetti mostrano tipicamente il congelamento come risposta difensiva condizionata, con poca espressione di comportamento difensivo attivo nella maggior parte dei casi. Qui, introduciamo una procedura modificata di condizionamento della paura per i topi per osservare la transizione dal congelamento al volo e viceversa, che coinvolge cinque accoppiamenti ripetitivi di stimoli condizionati (CS; tono continuo, 8 kHz, 95 dB SPL (livelli di pressione sonora)) e stimoli incondizionati (US; shock del piede, 0,9 mA, 1,0 s) nell’arco di due giorni. Questa procedura modificata di condizionamento della paura richiede un numero relativamente elevato di sessioni di condizionamento e giorni di condizionamento, ma non richiede una scossa del piede ad alta intensità per una modesta espressione del comportamento di volo. L’uso dello stesso contesto per il condizionamento e le presentazioni CS salienti è essenziale per suscitare comportamenti di volo. Questa procedura modificata di condizionamento della paura è un metodo affidabile per osservare i comportamenti difensivi attivi nei topi, fornendo l’opportunità di chiarire i meccanismi e le caratteristiche di tali comportamenti in un contesto di paura.
Introduction
La selezione appropriata di comportamenti difensivi in circostanze minacciose è fondamentale per la sopravvivenza di tutti gli animali. I comportamenti difensivi si spostano gradualmente dall’uno all’altro in base alla vicinanza della minaccia, come la transizione tra i comportamenti di congelamento e di fuga 1,2,3. La disregolazione di questi comportamenti è spesso osservata in vari disturbi mentali4. Il disturbo da stress post-traumatico (PTSD) è uno di questi disturbi caratterizzati da comportamenti difensivi esagerati, come le risposte di panico a stimoli non minacciosi4.
Il condizionamento classico della paura nei roditori è comunemente usato come modello per il PTSD 5,6,7, ma i roditori non esprimono comportamenti di fuga (simili al panico) in questo modello8. Di conseguenza, il classico modello di condizionamento della paura, spesso indicato come “modello PTSD dei roditori”, manca di validità facciale per il PTSD negli esseri umani, in particolare nel catturare sintomi di fuga o di panico, che non sono stati ben studiati.
Recentemente, diversi protocolli modificati di condizionamento della paura hanno dimostrato con successo che i soggetti roditori mostrano un comportamento di volo durante queste procedure. Ad esempio, le associazioni ripetitive di uno stimolo condizionato (CS) e uno stimolo incondizionato (US) sette volte in un giorno hanno permesso alle femmine di ratto di esibire comportamenti guizzanti simili ai comportamenti di volo9. Nei condizionamenti di paura di due giorni utilizzando stimoli composti seriali (SCS; composti da tono seguito da rumore), i topi hanno iniziato a mostrare comportamenti di volo durante la parte di rumore delle presentazioni SCS 10,11,12. La descrizione dettagliata del metodo SCS è fornita in un rapporto di protocollo13. Un condizionamento della paura di tre giorni con SCS ha funzionato anche per i ratti per indurre comportamenti di fuga14. Tuttavia, questi nuovi protocolli presentano alcune limitazioni. Ad esempio, l’uso della presentazione seriale dei segnali non consente di escludere l’influenza della stima di prossimità sul comportamento difensivo. Nel caso di sette volte l’associazione di CS-US nei ratti, la maggior parte delle risposte di volo sono state osservate nelle femmine piuttosto che nei maschi.
Alla luce di queste considerazioni, introduciamo un protocollo modificato di condizionamento della paura per i topi per studiare i comportamenti di volo in un contesto di paura. I topi maschi mostrano costantemente un comportamento di volo durante il nostro condizionamento della paura modificato. In questo protocollo, il tono saliente viene utilizzato come CS invece di SCS. Inoltre, è richiesto un minimo di cinque accoppiamenti di CS-US in un giorno per almeno due giorni, insieme al potenziamento della paura da parte del contesto condizionato. Il protocollo fornisce un’altra opzione per studiare i comportamenti di volo, integrando i protocolli precedenti, a seconda dello scopo della ricerca.
Protocol
Representative Results
Discussion
Il protocollo di condizionamento della paura modificato introdotto in questo articolo è un metodo stabile per studiare i comportamenti di volo in un contesto di paura. Impiegando questo protocollo, abbiamo scoperto che i comportamenti di fuga dei topi nel contesto pauroso sono innescati da stimoli salienti e dipendono dal contesto. Le caratteristiche del comportamento di volo non sono state ben studiate, in quanto non esisteva un protocollo adatto per osservare i comportamenti di volo. Questo protocollo sarà uno dei me…
開示
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Questo lavoro è stato sostenuto in parte da KAKENHI Grants JP22K15795 (a T.F.), JP22K09734 (a N.K.), JP21K07489 (a R.Y.), Kanazawa Medical University (C2022-3, D2021-4, a R.Y.) e The Naito Foundation (a T.F.).
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 |
参考文献
- 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).
