Gemodificeerde angstconditionering voor het induceren van vlieggedrag bij muizen
Summary
Om vluchtgedrag in een angstige context te bestuderen, introduceren we een aangepast angstconditioneringsprotocol. Dit protocol zorgt ervoor dat muizen consequent vluchtgedrag vertonen tijdens cue-presentatie in de angstconditionering.
Abstract
De juiste manifestatie van defensief gedrag in een bedreigende situatie is van cruciaal belang om te overleven. De heersende theorie suggereert dat actief defensief gedrag, zoals springen of snel schieten, tot uiting komt bij een hoge dreiging of daadwerkelijke dreiging, terwijl passief defensief gedrag, zoals bevriezing, wordt uitgedrukt wanneer de dreiging wordt voorspeld, maar de dreiging relatief laag is. Bij klassieke angstconditionering vertonen proefpersonen doorgaans bevriezing als een geconditioneerde defensieve reactie, met in de meeste gevallen weinig uiting van actief defensief gedrag. Hier introduceren we een aangepaste angstconditioneringsprocedure voor muizen om de overgang van bevriezing naar vlucht te observeren en vice versa, met vijf repetitieve paren van geconditioneerde stimuli (CS; continue toon, 8 kHz, 95 dB SPL (geluidsdrukniveaus)) en ongeconditioneerde stimuli (VS; voetschok, 0,9 mA, 1,0 s) gedurende twee dagen. Deze aangepaste angstconditioneringsprocedure vereist een relatief groot aantal conditioneringssessies en conditioneringsdagen, maar vereist geen voetschok met hoge intensiteit voor een bescheiden uiting van vlieggedrag. Het gebruik van dezelfde context voor conditionering en opvallende CS-presentaties is essentieel om vluchtgedrag uit te lokken. Deze aangepaste angstconditioneringsprocedure is een betrouwbare methode voor het observeren van actief defensief gedrag bij muizen, en biedt de mogelijkheid om de fijne mechanismen en kenmerken van dergelijk gedrag in een angstige context op te helderen.
Introduction
De juiste selectie van defensief gedrag onder bedreigende omstandigheden is cruciaal voor het voortbestaan van alle dieren. Defensief gedrag verschuift geleidelijk van het ene naar het andere op basis van de nabijheid van de dreiging, zoals de overgang tussen bevriezings- en vluchtgedrag 1,2,3. Ontregeling van dit gedrag wordt vaak waargenomen bij verschillende psychische stoornissen4. Posttraumatische stressstoornis (PTSS) is zo’n stoornis die wordt gekenmerkt door overdreven defensief gedrag, zoals paniekreacties op niet-bedreigende stimuli4.
Klassieke angstconditionering bij knaagdieren wordt vaak gebruikt als model voor PTSS 5,6,7, maar knaagdieren vertonen geen vluchtgedrag (paniekachtig) in dit model8. Bijgevolg mist het klassieke angstconditioneringsmodel, vaak aangeduid als het ‘knaagdier-PTSS-model’, gezichtsvaliditeit voor PTSS bij mensen, met name bij het vastleggen van vlucht- of paniekachtige symptomen, die niet goed zijn bestudeerd.
Onlangs hebben verschillende aangepaste angstconditioneringsprotocollen met succes aangetoond dat knaagdierproefpersonen tijdens deze procedures vluchtgedrag vertonen. Bijvoorbeeld, herhaalde associaties van een geconditioneerde stimulus (CS) en een ongeconditioneerde stimulus (US) zeven keer per dag zorgden ervoor dat vrouwelijke ratten dartelgedrag vertoonden dat vergelijkbaar was met vluchtgedrag9. In tweedaagse angstconditioneringen met behulp van seriële samengestelde stimuli (SCS; samengesteld uit toon gevolgd door geluid), begonnen muizen vluchtgedrag te vertonen tijdens het lawaaigedeelte van SCS-presentaties 10,11,12. De gedetailleerde beschrijving van de SCS-methode is opgenomen in een protocolrapport13. Een driedaagse angstconditionering met SCS werkte ook voor ratten om vluchtgedrag op te wekken14. Deze nieuwe protocollen hebben echter enkele beperkingen. Het gebruik van seriële cue-presentatie laat bijvoorbeeld niet toe om de invloed van nabijheidsschatting op defensief gedrag uit te sluiten. In het geval van zeven keer associatie van CS-US bij ratten, werd de meerderheid van de vluchtreacties waargenomen bij vrouwtjes in plaats van bij mannetjes.
In het licht van deze overwegingen introduceren we een aangepast angstconditioneringsprotocol voor muizen om vluchtgedrag in een angstige context te onderzoeken. Mannelijke muizen vertonen consequent vluchtgedrag tijdens onze aangepaste angstconditionering. In dit protocol wordt de saillante toon gebruikt als de CS in plaats van SCS. Bovendien is een minimum van vijf paringen van CS-US op een dag gedurende ten minste twee dagen, samen met angstpotentiëring door de geconditioneerde context, vereist. Het protocol biedt een andere optie voor het onderzoeken van vlieggedrag, als aanvulling op eerdere protocollen, afhankelijk van het onderzoeksdoel.
Protocol
Representative Results
Discussion
Het aangepaste angstconditioneringsprotocol dat in dit artikel wordt geïntroduceerd, is een stabiele methode voor het onderzoeken van vluchtgedrag in een angstige context. Door dit protocol toe te passen, hebben we ontdekt dat het vluchtgedrag van muizen in de angstige context wordt veroorzaakt door opvallende stimuli en afhankelijk is van de context. De kenmerken van vlieggedrag waren niet goed onderzocht, omdat er geen geschikt protocol was om vlieggedrag te observeren. Dit protocol zal een van de geschikte methoden z…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Dit werk werd gedeeltelijk ondersteund door KAKENHI Grants JP22K15795 (aan T.F.), JP22K09734 (aan N.K.), JP21K07489 (aan R.Y.), Kanazawa Medical University (C2022-3, D2021-4, aan R.Y.) en The Naito Foundation (aan 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 |
References
- 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).
