Korku Kuluçka Fareler için Genişletilmiş Fear-Klima Protokolü kullanma
Summary
Biz farelerde aşırı eğitim ve korku kuluçka üreten genişletilmiş bir korku klima protokolü açıklar. Bu protokol, 25 ton-şok eşleşmeleri (yani, aşırı eğitim) ve bağlam ve işaret testleri sırasında koşullu donma yanıtlarının eğitimden sonra 48 saat (kısa süreli) ve 6 hafta (uzun süreli) karşılaştırılması ile tek bir eğitim seansı gerektirir.
Abstract
Duygusal bellek öncelikle korku-klima paradigmaları ile çalışılmıştır. Korku koşullandırması, bireylerin aversive olaylar ve başka bir şekilde nötr uyaranlar arasındaki ilişkileri öğrendikleri bir öğrenme biçimidir. Duygusal anıları incelemek için en yaygın olarak kullanılan prosedürler farelerde korku klima gerektirir. Bu görevlerde, koşulsuz uyarıcı (ABD) tek veya birkaç seans boyunca bir veya birkaç kez sunulan bir ayak şokudur ve koşullu yanıt (CR) donuyor. Bu prosedürlerin bir sürümünde, cued korku klima denilen, bir sesi (şartlı uyarıcı, CS) eğitim aşamasında ayak şokları (ABD) ile eşlenir. İlk test sırasında hayvanlar eğitimin gerçekleştiği bağlamın aynısına maruz kalır lar ve ayak şoku ve tonları (yani bağlam testi) yokluğunda donma yanıtları test edilir. İkinci test sırasında, bağlam değiştirildiğinde (örneğin, deney odasının kokusu ve duvarları manipüle edilerek) donma ölçülür ve ayak şoku (yani bir işaret testi) yokluğunda tonu sunulur. En cued korku klima prosedürleri birkaç ton-şok eşleşmeleri (örneğin, tek bir oturumda 1-3 deneme) gerektirir. Korku kuluçka (yani, korku tepkileri daha fazla maruz kalmadan zaman içinde artış) denilen uzun süreli etkisi ile ilgili eşleştirmeler (yani, aşırı eğitim) geniş bir sayı içeren daha az yaygın sürümleri artan bir ilgi vardır. Korku-koşullandırma görevleri, korku kuluçkasının diğer psikolojik fenomenlerle (örneğin travma sonrası stres bozukluğu) ilişkisi de dahil olmak üzere davranışsal ve nörobiyolojik yönlerini anlamanın anahtarı olmuştur. Burada, farelerde aşırı eğitim ve korku kuluçka üreten uzun bir korku koşullandırma protokolünü tanımlıyoruz. Bu protokol, 25 ton-şok eşleşmeleri (yani, aşırı eğitim) ve bağlam ve işaret testleri sırasında koşullu donma yanıtlarının eğitimden sonra 48 saat (kısa süreli) ve 6 hafta (uzun süreli) karşılaştırılması ile tek bir eğitim seansı gerektirir.
Introduction
Bellek farklı aşamaları kapsayan psikolojik bir süreçtir: bilgi edinimi, konsolidasyon (elde edilen bilgilerin istikrarı için izin verir) ve alma (konsolidasyon süreci için kanıt)1. Konsolidasyon aşamasında, yeni sinaptik bağlantıların kurulması ve önceden varolan bağlantıların değiştirilmesi gerçekleşir. Bu, bu değişikliklerden sorumlu moleküler ve fizyolojik olayların meydana geldiği bir süre için gerekliliği göstermektedir1,2. Bu fizyolojik veya moleküler değişiklikler, alınan olayların duygusal olarak yüklü olup olmadığını (yani duygusal hafıza) değiştirir. Örneğin, araştırma lateral çekirdek ve bazolateral amigdala kompleksi özellikle duygusalbellek3,4,5ilgili olduğunu göstermiştir .
Duygusal bellek fenomenleri öncelikle korku koşullandırma paradigmaları ile incelenmiştir5,6. Korku koşullandırma, bireylerin aversive olaylar ve aksi takdirde nötr uyaranlar arasındaki ilişkileri öğrenmek hangi öğrenme şeklidir7. Korku koşullandırma paradigmaları amigdalamoleküler, hücresel ve yapısal değişiklikler üretir. Buna ek olarak, korku klima duygusal bellek konsolidasyon ve alma süreçleri sırasında hipokampus bağlantısını değiştirir.
Korku anılarını incelemek için en sık kullanılan yöntemlerden biri sıçanlarda klasik (Pavlovian) klima. Bu prosedür genellikle bir veya birkaç seans boyunca bir veya birkaç kez teslim edilir aversive uyarıcı olarak footshock (ABD) kullanır. Bu prosedüre maruz kalan sıçanların koşullu tepkisi (CR) donma (yani, “hayvanların iskelet kaslarının solunumda kullanılan kaslar dışında genelleştirilmiş bir tonik tepkisinden kaynaklanan yaygın hareketsizlik”7). Bu yanıt iki tür testte değerlendirilebilir: bağlam ve işaret testleri. Bağlam testi için, konu eğitim oturumu sırasında belirli sayıda ayak şokundan geçer ve daha sonra belirli bir süre için deneysel odadan çıkarılır. Test sırasında, konu eğitimin gerçekleştiği bağlamına geri döndürülür ve ayak şoku (örneğin, donma ataklarının süresi, yüzdesi veya sıklığı) yokluğunda ve eğitim aşamasında belirlenen temel düzeylerle karşılaştırıldığında farklı donma önlemleri toplanır. Test, işaret testi, bir uyarıcı (genellikle bir ton) ikinci tip için eğitim aşamasında ayak şokları ile eşleştirilmiş (yani, koşullu uyarıcı, CS). Eğitim tamamlandıktan sonra, hayvan belirli bir süre için eğitim bağlamından çıkarılır ve daha sonra değiştirilmiş bir bağlamda yerleştirilir (örneğin, farklı şekillerde duvarlar ait ve farklı kokuya sahip farklı bir deneysel oda). Daha sonra işaret belirli bir sayıda sunulur ve işarete verilen donma yanıtları ölçülür ve eğitim sırasında toplanan temel düzeylere göre karşılaştırılır. Bu paradigmanın en yaygın sürümü, tek bir eğitim oturumu sırasında 1 ila 3 ton-şok eşleşmeleri kullanır, ardından bağlam ve işaret testleri birkaç saat veya birkaç gün sonra yapılır.
Diğer daha az sıklıkta uygulanan korku klima prosedürleri şok-isteka eşleşmeleri geniş bir sayı içerir (örneğin, denemeler), genellikle aşırı eğitimprosedürleri8 çağrıldı . Bu görevlerde artan bir ilgi korku kuluçka denilen uzun ömürlü ve artan bellek etkileri ile ilgilidir (yani, önsezif olaylar veya koşullu uyaranlara daha fazla maruz kalma yokluğunda zaman içinde şartlı korku tepkileri artış)9,10,11. Bu tür aşırı eğitim prosedürleri bir örnek 10 oturumlar arasında dağıtılan 100 ton-şok eşleştirmeleri bir eğitim aşaması gerektirir, bağlam ve işaret testleri 48 h ve 30 gün sonra11,12yapılan izledi . Birkaç gün boyunca yaygın eğitim önlemek için, Maren (1998) aşırı eğitim kurulmuş ve 25 eşleşmeleri8ile tek bir oturumda optimize olabileceğini bildirdi. Kuluçka etkisi, eğitimden 31 gün sonra test edilen sıçanlarda önemli ölçüde daha yüksek oranda şartlı korku yla kanıtlanmıştır, çünkü 48 saat sonra test edilen sıçanlara kıyasla. Genişletilmiş korku-klima görevleri diğer psikolojik olaylar (örneğin, gecikmiş başlangıçlı travma sonrası stres bozukluğu)11,12,13ile ilişkisi de dahil olmak üzere, korku kuluçka altında yatan davranışsal ve nörobiyolojik yönlerini anlamak için anahtar olmuştur.
Burada, farelerde aşırı eğitim ve korku kuluçka neden uzun bir korku klima protokolü açıklar. Eğitim birkaç gün gerektiren diğer paradigmalar farklı11,mevcut protokol tek bir eğitim oturumu8odaklanmıştır. Biz bağlam ve işaret testleri sırasında daha yüksek koşullu dondurma yanıtları üretmek için 25 ton-şok eşleşmeleri kullanılan eğitimden sonra 6 hafta yapılan, testler 48 saat sonra yapılan karşılaştırıldığında.
Protocol
Representative Results
Discussion
Mevcut genişletilmiş korku-koşullandırma protokolü kısa (48 saat) ve uzun süreli (6 hafta) duygusal belleği değerlendirmek için etkili ve geçerli bir yaklaşımdır. Böylece protokol, farelerde aşırı eğitim ve korku kuluçka fenomenlerinin incelenmesine olanak sağlar. Bu protokolün farklı avantajları arasında şunlar yer alıyor. Bağlam ve işaret manipülasyonları arasında iki gecikmenin (48 saat ve 6 hafta) diferansiyel etkisini belirlemeye olanak tanıyan iki tür bellek testi, yani bağlam ve …
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Bu araştırma için mali destek Fundación Universitaria Konrad Lorenz tarafından sağlanmıştır – hibe numarası 9IN15151. Yazarlar, özellikle Natalia Rivera ve Andrés Serrano (Yapımcılar) olmak üzere videonun kaydedilmesi ve düzenlenmesindeki yardımları için Konrad Lorenz Üniversitesi İletişim Bölümü’ne teşekkür etmek isterler. Ayrıca, Nicole Pfaller-Sadovsky ve Lucia Medina el yazması kendi yorumları için, ve Johanna Barrero, Corporacion Universitaria Iberoamericana dekan, kurumsal işbirliği için. Yazarların çıkar çatışması yok.
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/ |
References
- Frankland, P. W., Bontempi, B. The organization of recent and remote memories. Nature Reviews Neuroscience. 6 (2), 119-130 (2005).
- 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).
- 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).
- 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).
- LeDoux, J. E. Emotional memory systems in the brain. Behavioural Brain Research. 58 (1-2), 69-79 (1993).
- Labar, K. S. Beyond fear: Emotional memory mechanisms in the human brain. Current Directions in Psychological Science. 16 (4), 173-177 (2007).
- Izquierdo, I., Furini, C. R. G., Myskiw, J. C. Fear Memory. Physiological Reviews. 96 (2), 695-750 (2016).
- 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).
- Pickens, C. L., Golden, S. A., Nair, S. G. Incubation of fear. Current Protocols in Neuroscience. 64, (2013).
- 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).
- 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).
- Schaap, M. W. H., et al. Nociception and Conditioned Fear in Rats: Strains Matter. PLoS ONE. 8 (12), 83339 (2013).
- 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).
- Patel, T. P., et al. An open-source toolbox for automated phenotyping of mice in behavioral tasks. Frontiers in Behavioral Neuroscience. 8, 349 (2014).
- 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).
- 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).
- Moyer, J. R., Brown, T. H. Impaired Trace and Contextual Fear Conditioning in Aged Rats. Behavioral Neuroscience. 120 (3), 612-624 (2006).
- 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).
- Chang, C. H., et al. Fear extinction in rodents. Current Protocols in Neuroscience. , (2009).
- Pickens, C. L., Golden, S. A., Nair, S. G. Incubation of fear. Current Protocols in Neuroscience. 64, 1-18 (2013).
- Izquierdo, I., Furini, C. R. G., Myskiw, J. C. Fear Memory. Physiological Reviews. 96 (2), 695-750 (2016).
- 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).
- Koob, G. F., Zimmer, A. Chapter 9 – Animal models of psychiatric disorders. Neurobiology of Psychiatric Disorders. 106, 137-166 (2012).
- Bourin, M. Animal models for screening anxiolytic-like drugs: a perspective. Dialogues in clinical neuroscience. 17 (3), 295-303 (2015).
- Murray, S. B., et al. Fear as a translational mechanism in the psychopathology of anorexia nervosa. Neuroscience & Biobehavioral Reviews. 95, 383-395 (2018).
- Pamplona, F. A., et al. Prolonged fear incubation leads to generalized avoidance behavior in mice. Journal of Psychiatric Research. 45 (3), 354-360 (2011).
- 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).
- 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).
- Uniyal, A., et al. Pharmacological rewriting of fear memories: A beacon for post-traumatic stress disorder. European Journal of Pharmacology. , 172824 (2019).
- Barad, M. Fear extinction in rodents: basic insight to clinical promise. Current Opinion in Neurobiology. 15 (6), 710-715 (2005).
- 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).
- 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).
- Rossi, M. A., Yin, H. H. Methods for Studying Habitual Behavior in Mice. Current Protocols in Neuroscience. 60 (1), 8-29 (2012).
- Brady, A. M., Floresco, S. B. Operant Procedures for Assessing Behavioral Flexibility in Rats. Journal of Visualized Experiments. (96), (2015).
- Zoccolan, D., Di Filippo, A. Methodological Approaches to the Behavioural Investigation of Visual Perception in Rodents. Handbook of Behavioral Neuroscience. , (2018).
- 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. Neuroscience. 418, 166-176 (2019).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- Refinetti, R., Kenagy, G. J. Diurnally active rodents for laboratory research. Laboratory annimals. 52 (6), 577-587 (2018).
- 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).
- Frey, P., Eng, S., Gavinf, W. Conditioned suppression in the gerbil. Behavior Research Methods & Instrumentation. 4 (5), 245-249 (1972).
- 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).
- 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).
- 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).
