Модифицированное обусловливание страха для индуцирования поведения бегства у мышей
Summary
Для изучения поведения в полете в контексте страха мы вводим модифицированный протокол обусловливания страха. Этот протокол гарантирует, что мыши постоянно демонстрируют поведение в бегстве во время предъявления сигнала в условии страха.
Abstract
Адекватное проявление оборонительного поведения в угрожающей ситуации имеет решающее значение для выживания. Господствующая теория предполагает, что активное защитное поведение, такое как прыжок или быстрый рывок, выражается при высокой угрозе или фактической угрозе, в то время как пассивное защитное поведение, такое как замирание, выражается, когда угроза предсказана, но угроза относительно низкая. При классическом обусловливании страха испытуемые, как правило, демонстрируют замирание в качестве условной защитной реакции, с незначительным выражением активного защитного поведения в большинстве случаев. Здесь мы вводим модифицированную процедуру обусловливания страха для мышей, чтобы наблюдать переход от замирания к бегству и наоборот, включающую пять повторяющихся пар условных стимулов (CS; непрерывный тон, 8 кГц, 95 дБ SPL (уровни звукового давления)) и безусловных стимулов (УЗИ; шок ногой, 0,9 мА, 1,0 с) в течение двух дней. Эта модифицированная процедура обусловливания страха требует относительно большого количества сеансов и дней тренировки, но не требует высокоинтенсивного удара ногой для умеренного выражения поведения в полете. Использование одного и того же контекста для обусловливания и характерных презентаций CS имеет важное значение для выявления поведения в полете. Эта модифицированная процедура обусловливания страха является надежным методом наблюдения за активным защитным поведением у мышей, предоставляя возможность пролить свет на тонкие механизмы и характеристики такого поведения в контексте страха.
Introduction
Правильный выбор защитного поведения в угрожающих обстоятельствах имеет решающее значение для выживания всех животных. Защитное поведение постепенно переходит от одного к другому в зависимости от близости угрозы, например, переход от замирания к бегству 1,2,3. Дисрегуляция этого поведения часто наблюдается при различных психических расстройствах4. Посттравматическое стрессовое расстройство (ПТСР) является одним из таких расстройств, характеризующихся преувеличенным защитным поведением, таким как панические реакции на неугрожающиестимулы.
Классическое обусловливание страха у грызунов обычно используется в качестве модели для ПТСР 5,6,7, но грызуны не проявляют бегство (паническое) поведение в этой модели8. Следовательно, классическая модель обусловливания страха, часто называемая «моделью ПТСР грызунов», не обладает валидностью для ПТСР у людей, особенно в том, что касается захвата симптомов бегства или паники, которые не были хорошо изучены.
Недавно несколько модифицированных протоколов обусловливания страха успешно продемонстрировали, что испытуемые грызуны демонстрируют поведение в полете во время этих процедур. Например, повторяющиеся ассоциации условного стимула (КС) и безусловного стимула (УЗИ) семь раз в день позволяли самкам крыс демонстрировать поведение, похожее на поведение в полете. В двухдневном обусловливании страха с использованием последовательных составных стимулов (SCS; состоит из тона, за которым следует шум), мыши начали демонстрировать поведение в полете во время шумовой части презентаций SCS10, 11, 12. Подробное описание метода СКС приведено в протокольном отчете13. Трехдневное обусловливание страха с помощью SCS также сработало для крыс, чтобы индуцировать поведение бегства14. Однако эти новые протоколы имеют некоторые ограничения. Например, использование серийного предъявления реплик не позволяет исключить влияние оценки близости на защитное поведение. В случае семикратной ассоциации CS-US у крыс большинство реакций на бегство наблюдалось у самок, а не у самцов.
В свете этих соображений мы вводим модифицированный протокол обусловливания страха для мышей, чтобы исследовать поведение при бегстве в контексте страха. Самцы мышей постоянно демонстрируют поведение в полете во время нашего модифицированного обусловливания страха. В этом протоколе выступающий тон используется в качестве CS вместо SCS. Кроме того, требуется не менее пяти пар CS-US в день в течение, по крайней мере, двух дней, наряду с потенцированием страха условным контекстом. Протокол предоставляет еще один вариант для исследования поведения в полете, дополняя предыдущие протоколы, в зависимости от цели исследования.
Protocol
Representative Results
Discussion
Модифицированный протокол обусловливания страха, представленный в этой статье, является стабильным методом исследования поведения в полете в контексте страха. Используя этот протокол, мы обнаружили, что поведение мышей в бегстве в контексте страха вызывается значимыми стимулами и за…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Эта работа была частично поддержана грантами KAKENHI JP22K15795 (Т.Ф.), JP22K09734 (Н.К.), JP21K07489 (Р.Й.), Медицинским университетом Канадзавы (C2022-3, D2021-4, Р.Й.) и Фондом Найто (Т.Ф.).
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).
