Donma ve Uçuş Davranışını İncelemek İçin Yeni Bir Pavlovian Korku Şartlandırma Paradigması
Summary
Savunma amaçlı davranışsal tepkiler tehdit yoğunluğuna, yakınlığa ve maruz kalma bağlamı üzerine kuruludur. Bu faktörlere dayanarak, bireysel deneklerde koşullandırılmış donma ve uçuş davranışı arasında net geçişler sağlayan klasik bir şartlandırma paradigması geliştirdik. Bu model anksiyete, panik ve travma sonrası stres bozukluklarında yer alan patolojilerin anlaşılması için çok önemlidir.
Abstract
Korku ve anksiyete ile ilgili davranışlar bir organizmanın hayatta kalmasına önemli ölçüde katkıda bulunur. Bununla birlikte, algılanan tehdide karşı abartılı savunma yanıtları, AMERIKA Birleşik Devletleri’nde en yaygın akıl hastalığı şekli olan çeşitli anksiyete bozukluklarının karakteristiğidir. Savunma davranışlarından sorumlu nörobiyolojik mekanizmaların keşfedilmeleri, yeni terapötik müdahalelerin geliştirilmesine yardımcı olacaktır. Pavlovian korku şartlandırma, korkuya bağlı öğrenme ve hafızayı incelemek için yaygın olarak kullanılan bir laboratuvar paradigmasıdır. Geleneksel Pavlovian korku şartlandırma paradigmalarının önemli bir sınırlaması, donma izlenen tek savunma davranışıdır. Son zamanlarda, bireysel denekler içinde hem koşullandırılmış dondurma hem de uçuş (kaçış olarak da bilinir) davranışını incelememizi sağlayan değiştirilmiş bir Pavlovian korku şartlandırma paradigması geliştirdik. Bu model, daha yüksek yoğunluklu ayak depremleri ve koşullandırılmış uyaran ile koşulsuz uyaran arasında daha fazla sayıda eşleştirme istihdam eder. Ek olarak, bu şartlı uçuş paradigması, koşullandırılmış uyaran olarak saf ton ve beyaz gürültü işitsel uyaranların seri sunumunu kullanır. Bu paradigmadaki koşullandırmayı takiben, fareler ton uyaranlarına yanıt olarak donma davranışı ve beyaz gürültü sırasında uçuş tepkileri sergiler. Bu koşullandırma modeli, hayatta kalmak için gerekli davranışsal tepkiler arasındaki hızlı ve esnek geçişlerin incelenmesine uygulanabilir.
Introduction
Korku, acil bir tehdide evrimsel olarak korunmuş uyarlanabilir bir yanıttır1,2. Organizmalar bir tehdide doğuştan gelen savunma tepkilerine sahip olsa da, öğrenilen ilişkiler tehlikenin uyaranlarına uygun savunma tepkileri ortaya çıkarmak için çok önemlidir3. Savunma tepkilerini kontrol eden beyin devrelerindeki düzensizlik, travma sonrası stres bozukluğu (TSSB), panik bozukluk 4 ve spesifik fobiler5,6gibi birdenfazla zayıflatıcı anksiyete bozukluğu ile ilişkili maladaptif reaksiyonlara katkıda bulunma olasılığı yüksektir. Amerika Birleşik Devletleri’nde anksiyete bozukluklarında yaygınlık oranı yetişkinler için% 19.1 ve ergenlerde% 31.9’dur7,8. Bu hastalıkların yükü bireylerin günlük rutini üzerinde son derece yüksektir ve yaşam kalitelerini olumsuz yönde etkiler.
Son birkaç on yılda Pavlovian korku koşullandırması, korkuyla ilgili öğrenme ve hafızanın altında yatan sinirsel mekanizmalar hakkında muazzam bir fikir edinmek için güçlü bir model sistemi olarak hizmet etti9,10,11. Pavlovian korku şartlandırması, koşullandırılmış bir uyaranın (işitsel bir uyaran gibi CS) karşıt koşulsuz bir uyaranla (ABD; örneğin, bir elektrik ayağı)12. Donma, standart Pavlovian şartlandırma paradigmalarında uyandırılan ve ölçülen baskın davranış olduğundan, kaçış/uçuş tepkileri gibi aktif savunma davranışlarının sinir kontrol mekanizmaları büyük ölçüde keşfedilmemiştir. Önceki çalışmalar, tehdit yoğunluğuna, yakınlığa ve içeriğe bağlı olarak uçuş gibi farklı savunma davranışı biçimlerinin uyandırdığını göstermektedir13,14. Beynin farklı savunma davranışlarını nasıl kontrol ettiğini incelemek, korku ve anksiyete bozukluklarında düzensiz olan nöronal süreçlerin anlaşılmasına önemli ölçüde katkıda bulunabilir.
Bu kritik ihtiyacı gidermek için, donma15‘e ek olarak uçuş ve kaçış atlayışları ortaya çıkan değiştirilmiş bir Pavlovian şartlandırma paradigması geliştirdik. Bu paradigmada, fareler saf bir tondan ve ardından beyaz gürültüden oluşan bir seri bileşik uyaran (SCS) ile şartlandırılmıştır. SCS’yi güçlü bir elektrikli ayakla eşleştirdikten iki gün sonra, fareler beyaz gürültü sırasında ton bileşenine ve uçuşa yanıt olarak donma sergiler. Koşullandırılmış dondurma ve uçuş davranışı arasındaki davranışsal anahtarlar hızlı ve tutarlıdır. İlginçtir ki, fareler uçuş davranışını yalnızca beyaz gürültü CS’i daha önce teslim edilen bir ayakla (koşullandırma bağlamı) aynı bağlamda sunulduğunda, ancak nötr bir bağlamda olmadığında sergiler. Bunun yerine, donma tepkileri bu nötr bağlamda baskındır ve tona kıyasla beyaz gürültüye yanıt olarak önemli ölçüde daha fazla donma seviyesine sahiptir. Bu, savunma tepki yoğunluğunu modüle etmedeki bağlamın rolü ve geleneksel tehdit koşullandırma paradigmalarında bulunan korkuya bağlı öğrenme ve bellekte bağlamsal bilgilerin düzenleyici rolü ile tutarlıdır16,17. Bu model, birden çok savunma davranışının içeriğe özgü bir şekilde doğrudan, konu içinde karşılaştırılmalarına izin verir.
Protocol
Representative Results
Discussion
Açıklanan ses ve şok parametreleri bu protokolün önemli unsurlarıdır. Bu nedenle, deneylere başlamadan önce şok genliği ve ses basıncı seviyesini test etmek önemlidir. Korku şartlandırma çalışmaları tipik olarak 70-80 dB ses basıncı seviyeleri ve 0.1-1 mA şok yoğunluğu18kullanır; bu nedenle, açıklanan parametreler geleneksel korku şartlandırma paradigmalarının sınırları içindedir. Önceki bir CS-only (ayakçık yok) kontrol deneyinde, farelerde uçuş veya donma…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Bu çalışma Louisiana Vekiller Kurulu tarafından Vekiller Kurulu destek fonu (LEQSF(2018-21)-RD-A-17) ve Ulusal Sağlık Enstitüleri Ulusal Ruh Sağlığı Enstitüsü tarafından R01MH122561 ödül numarası altında desteklendi. İçerik sadece yazarların sorumluluğundadır ve Ulusal Sağlık Enstitülerinin resmi görüşlerini temsil etmek zorunda değildir.
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).
