Роман Павловский Страх кондиционирования Парадигма для изучения замораживания и поведение полета
Summary
Оборонительные поведенческие реакции зависят от интенсивности угрозы, близости и контекста воздействия. Основываясь на этих факторах, мы разработали классическую парадигму кондиционирования, которая вызывает четкие переходы между условным замораживанием и поведением полета в отдельных субъектах. Эта модель имеет решающее значение для понимания патологий, связанных с тревогой, паникой и посттравматическими стрессовыми расстройствами.
Abstract
Поведение, связанное со страхом и тревогой, в значительной степени способствует выживанию организма. Тем не менее, преувеличенные оборонительные ответы на предполагаемую угрозу характерны для различных тревожных расстройств, которые являются наиболее распространенной формой психических заболеваний в Соединенных Штатах. Открытие нейробиологических механизмов, ответственных за оборонительное поведение, поможет в разработке новых терапевтических вмешательств. Павловский страх кондиционирования является широко используемой лабораторной парадигмы для изучения страха, связанных с обучением и памятью. Основным ограничением традиционных парадигм кондиционирования страха Павлова является то, что замораживание является единственным оборонительным поведением, контролируемым. Недавно мы разработали модифицированную парадигму кондиционирования страха Павлова, которая позволяет нам изучать как обусловленное замораживание, так и поведение полета (также известного как побег) в отдельных субъектах. Эта модель использует более высокую интенсивность footshocks и большее количество пар между условным стимулом и безусловным стимулом. Кроме того, эта обусловленная парадигма полета использует серийную презентацию чистого тона и белого шума слуховых стимулов в качестве обусловленного стимула. После кондиционирования в этой парадигме, мыши проявляют замораживание поведение в ответ на тон стимула, и полет ответы во время белого шума. Эта модель кондиционирования может быть применена к изучению быстрых и гибких переходов между поведенческими реакциями, необходимыми для выживания.
Introduction
Страх эволюционно сохраняется адаптивной реакции на непосредственную угрозу1,2. В то время как организмы обладают врожденными оборонительными ответами на угрозу, выученные ассоциации имеют решающее значение для получения соответствующих защитных ответных мер на стимулы, предсказываяопасность 3. Дисрегуляция в мозговых цепях, контролирующих защитные реакции, скорее всего, будет способствовать неадаптивным реакциям, связанным с множественными изнурительными тревожными расстройствами, такими как посттравматическое стрессовое расстройство(ПТСР), паническоерасстройство 4 и специфическиефобии 5,6. Распространенность в Соединенных Штатах для тревожных расстройств составляет 19,1% для взрослых и 31,9%у подростков 7,8. Бремя этих болезней чрезвычайно высоко влияет на повседневную жизнь людей и негативно сказывается на их качестве жизни.
За последние несколько десятилетий, Павловский страх кондиционирования служил в качестве мощной модели системы, чтобы получить огромное представление о нейронных механизмов, лежащих в основе страха,связанных с обучением и памятью 9,10,11. Павловский страх кондиционирования влечет за собой сопряжение условный стимул (CS, такие как слуховой стимул) с обратным безусловным стимулом (США; например, электрический footshock)12. Поскольку замораживание является доминирующим поведением, вызываемым и измеряемым в стандартных парадигмах кондиционирования Павлова, нейронные механизмы управления активными формами оборонительного поведения, такими как ответы на побег/полет, остаются в значительной степени неисследованными. Предыдущие исследования показывают, что различные формы оборонительного поведения, такие как полет, вызываются в зависимости от интенсивности угрозы,близости и контекста 13,14. Изучение того, как мозг контролирует различные типы оборонительного поведения может значительно способствовать пониманию нейронных процессов, которые дисрегулируются в страхе и тревожных расстройств.
Для решения этой критической необходимости, мы разработали модифицированную парадигму кондиционирования Павлова, которая вызывает полет и побег прыжки, в дополнение кзамораживанию 15. В этой парадигме, мыши обусловлены серийным стимулом соединения (SCS), состоящий из чистого тона следуют белый шум. После двух дней сопряжения SCS с сильным электрическим footshock, мыши проявляют замораживание в ответ на тон компонента и полета во время белого шума. Поведенческие переключатели между условным замораживанием и поведением полета являются быстрыми и последовательными. Интересно, что мыши демонстрируют поведение полета только тогда, когда белый шум CS представлен в том же контексте, что и ранее поставленный footshock (контекст кондиционирования), но не в нейтральном контексте. Вместо этого, замораживание ответы доминируют в этом нейтральном контексте, со значительно более высокими уровнями замораживания в ответ на белый шум по сравнению с тоном. Это согласуется с ролью контекста в модулирование интенсивности оборонительных ответных мер и с регулятивной ролью контекстуальной информации в обучении, связанном со страхом, и памяти, найденной в традиционныхпарадигмах кондиционирования угроз 16,17. Эта модель позволяет проводить прямые, внутри предмета сравнения нескольких оборонительных поведения в контексте конкретных образом.
Protocol
Representative Results
Discussion
Описанные параметры звука и удара являются важными элементами этого протокола. Поэтому крайне важно проверить амплитуду удара и уровень звукового давления перед началом экспериментов. Страх кондиционирования исследований, как правило, используют 70-80 дБ уровень звукового давления и 0,…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Эта работа была поддержана Советом регентов Луизианы через Фонд поддержки регентов (LE-SF(2018-21)-RD-A-17) и Национальным институтом психического здоровья Национальных институтов здравоохранения под номером R01MH122561. Содержание является исключительно ответственностью авторов и не обязательно отражает официальные взгляды Национальных институтов здравоохранения.
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 |
References
- 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).
