Stress-forbedret frykt læring, en Robust gnager modell av posttraumatisk stresslidelse
Summary
Her beskriver vi detaljerte metodikken må utføre stress forbedret frykt læring (SEFL) eksperimenter, en prekliniske modell av posttraumatisk stresslidelse, både rotter og mus. Modellen benytter aspekter av Pavlovian frykt condition og frysing som en indeks av forbedret frykt i gnagere.
Abstract
Frykt atferd er viktig for overlevelse, men uforholdsmessig høye nivåer av frykt kan øke sikkerhetsproblemet for å utvikle psykiske lidelser som post-traumatisk stresslidelse (PTSD). For å forstå de biologiske mekanismene av frykt feilregulering i PTSD, er det viktig å starte med en gyldig dyr modell av uorden. Denne protokollen beskriver metodene som kreves for å utføre stress forbedret frykt læring (SEFL) eksperimenter, en prekliniske modell av PTSD, både rotter og mus. SEFL ble utviklet recapitulate kritiske aspekter av PTSD, inkludert langsiktige sensibilisering frykt læring forårsaket av en akutt stressor. SEFL bruker aspekter av Pavlovian frykt condition, men gir en tydelig og robust sensibilisert angst respons langt større enn vanlig betinget frykt svar. Traumer prosedyren innebærer å plassere en gnager i en condition kammer og administrere 15 unsignaled sjokk tilfeldig fordelt over 90 minutter (for rotte eksperimenter, for musen eksperimenter, 10 unsignaled sjokk tilfeldig fordelt over 60 minutter brukes) . På dag 2, er gnagere plassert i en roman condition konteksten der de får et enkelt sjokk; 3 de er så på dag plassert tilbake i samme kontekst som på dag 2 og testet for endringer i iskaldt nivåer. Gnagere som fikk traumer skjermen forbedret nivåer av frysing test dag sammenlignet med de som fikk ingen sjokk på den første dagen. Dermed, med denne modellen, en enkelt svært stressende opplevelse (traumer) gir ekstrem frykt for stimuli forbundet med traumatisk hendelse.
Introduction
Frykt er en kritisk atferd for å overleve, slik at enkeltpersoner å gjenkjenne og reagere på trusler. Imidlertid kan overdrevet frykt svar bidra til utviklingen av psykiske lidelser som post-traumatisk stresslidelse (PTSD). En karakteristikk av PTSD er en overdrevet svar på milde stressorer, spesielt de som minner om den opprinnelige traumaet, og en tendens til å utvikle nye frykt1,2. I laboratoriet måles ofte frykt gjennom frysing atferd, som er en pålitelig og ethologically gyldig indeks av frykt i mennesker og gnagere3,4. Mens det er kjent at PTSD innebærer feilregulering av frykt og forbedret frykt uttrykk, er det mangel på robuste dyr modeller av PTSD som pålitelig fange dette utvidet frykt svaret til en relativt harmløse stimulans.
Denne protokollen gir detaljert metodikken må utføre stress forbedret frykt læring (SEFL) eksperimenter, en driftssikker og robust prekliniske modell av PTSD, både rotter og mus. SEFL benytter aspekter Pavlovian frykt condition, men det produserer forskjellige svar fra normal frykt condition og viser forbedret frykt følgende traumatisk stress observert i PTSD pasienter5,6. I denne modellen en enkelt svært stressende opplevelse (omtalt her som traumer) fører til varige atferdsendringer, inkludert ekstreme frykt stimuli forbundet med traumatisk hendelse, økt angst, økt skremmeeffekt reaktivitet og endret glukokortikoid signalering7,8. De viktigste funksjonen av SEFL er at følgende eksponering for en traumatisk stressor (en serie av unsignaled sjokk) i ulike sammenheng dyr viser en overdrevet frykt respons til en mild stressor (f.eks., et enkelt sjokk) i en annen sammenheng. Viktigere, er SEFL effekten ikke på grunn av utbredte fra traumer konteksten til romanen sammenheng eller økt sjokk følsomhet5. I vår modell bruke vi målbevisst prosedyrer som reduserer noen generalisering for en ny kontekst som distinkte transport, lukt og rutenett gulvet mønster. Derfor, i motsetning til normal frykt condition, SEFL er en ikke-tilknyttet prosessen som fører til en ny frykt-læring som er uforholdsmessig knyttet til miljømessige stikkordene ikke direkte knyttet til traumatisk opplevelse. Omfattende arbeid viser at en enkelt 90-minutters økt med 15 uforutsigbare støt i rotter (eller en enkelt 60-minutters økt med 10 uforutsigbare støt i mus) induserer en langvarig sensibilisering frykt condition sammen med økt angst og feilregulering i biologiske rytmen av basale corticosterone. I kontrast, pre-eksponering til en enkelt footshock produserer ikke SEFL9. Videre kan SEFL benyttes pålitelig i både rotter og mus.
Derfor er SEFL modell av PTSD et kraftig verktøy for undersøkelser de biologiske mekanismene som er involvert i PTSD patofysiologi. Bruker SEFL, kan forskere undersøke hvordan eksponering for en traume kan påvirke fremtidige frykt læring. I tillegg kan denne modellen være nyttig for å undersøke bestemte cellulære og molekylære mekanismer som kan være involvert i regulering forbedret frykt uttrykk som observert i PTSD.
Protocol
Representative Results
Discussion
SEFL er en robust atferdsmessige PTSD kan være recapitulated i rotter og mus og kan brukes til å studere sensibilisert frykt svarene som karakteriserer PTSD. Etter traumatisk stress viser gnagere en økt frykt respons i en utpreget annerledes kontekst etter den sammenhengen er sammenkoblet med en mild stressor som fungerer som en påminnelse om en tidligere traumatisk opplevelse. Etter traumatisk stress viser gnagere overraskende høye nivåer av frykt når tilbake til traumatisk stress sammenheng på dag 2, som indike…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Dette arbeidet ble finansiert av National Institute for Health R01AA026530 (MSF), Staglin senter for hjerne og atferdsmessige helse (MSF), NRSA-F32 MH10721201A1 og NARSAD 26612 (AKR) og NSF DGE-1650604 (SG).
Materials
| Fear Conditioning Chamber for Low Profile Floors | Med Associates Inc. | VFC-008-LP | Fear conditioning chamber |
| Sound Attenuating Cubicle | Med Associates Inc. | NIR-022SD | Sound-attentuaing cubicle to prevent intrusion of outside noise |
| NIR/White Light Control Box | Med Associates Inc. | NIR-100VR | Light control box capable of delivering white and near-infrared light |
| NIR VFC Light Box | Med Associates Inc. | NIR-100L2 | White overhead houselight |
| Windex Original Glass Cleaner | Windex | Solution for cleaning and scenting fear conditioning chambers between animals | |
| Acetic acid | Fisher Scientific | A38-212 | Solution for cleaning and scenting fear conditioning chambers between animals |
| A-Frame Chamber Insert | Med Associates Inc. | ENV-008-IRT | Black Plexiglas triangular insert to differentiate internal layout of Contexts A and B |
| Curved Wall Insert | Med Associates Inc. | VFC-008-CWI | White plastic sheet to differentiate internal layout of Contexts A and B |
| Low Profile Contextual Grid Floor with 1/8" Grid Rods for Mouse | Med Associates Inc. | VFC-005A | Flat grid floor for mice |
| Low Profile Contextual Grid Floor with Alternating 1/8" & 3/16" Grid Rods Mouse | Med Associates Inc. | VFC-005-S | Staggered grid floor for mice |
| Low Profile Contextual Grid Floor with 1/8" Staggered Grid Rods for Mouse | Med Associates Inc. | VFC-005A-L | Alternating grid floor for mice |
| Low Profile Contextual Grid Floor with 3/16" Grid Rods for Rat | Med Associates Inc. | VFC-005 | Flat grid floor for rats |
| Low Profile Contextual Grid Floor with Alternating 3/16" & 3/8" Grid Rods | Med Associates Inc. | VFC-005-L | Alternating grid floor for rats |
| Low Profile Contextual Grid Floor with 3/16" Staggered Grid Rods for Rat | Med Associates Inc. | VFC-005-S | Staggered grid floor for rats |
| Metal pans | Med Associates Inc. | Metal pans to catch droppings underneath grid floors | |
| Standalone Aversive Stimulator/Scrambler | Med Associates Inc. | ENV-414S | Shock generator and scrambler for footshock delivery |
| Multimeter | Fluke | 87-5 | Tool for measuring footshock amplitude |
| VideoFreeze Software | Med Associates Inc. | SOF-843 | VideoFreeze software for controlling shock delivery |
| High Speed Firewire Monochrome Video Camera | Med Associates Inc. | VID-CAM-MONO-4 | Video camera capable of recording in near-infrared light |
References
- Bremner, J. D., Krystal, J. H., Southwick, S. M., Charney, D. S. Functional neuroanatomical correlates of the effects of stress on memory. Journal of Traumatic Stress. 8 (4), 527-553 (1995).
- Dykman, R. A., Ackerman, P. T., Newton, J. E. Posttraumatic stress disorder: a sensitization reaction. Integrative Physiological and Behavioral Science. 32 (1), 9-18 (1997).
- Fanselow, M. S., Bolles, R. C. Naloxone and shock-elicited freezing in the rat. Journal of Comparative and Physiological Psychology. 93 (4), 736-744 (1979).
- Fanselow, M. S. What is Conditioned Fear?. Trends in Neurosciences. 7, 460-462 (1984).
- Rau, V., DeCola, J. P., Fanselow, M. S. Stress-induced enhancement of fear learning: an animal model of posttraumatic stress disorder. Neuroscience and Biobehavioral Reviews. 29 (8), 1207-1223 (2005).
- Perusini, J. N., Fanselow, M. S. Neurobehavioral perspectives on the distinction between fear and anxiety. Learning and Memory. 22 (9), 417-425 (2015).
- Poulos, A. M., et al. Sensitization of fear learning to mild unconditional stimuli in male and female rats. Behavioral Neuroscience. 129 (1), 62-67 (2015).
- Perusini, J. N., et al. Induction and Expression of Fear Sensitization Caused by Acute Traumatic Stress. Neuropsychopharmacology. 41 (1), 45-57 (2016).
- Rau, V., Fanselow, M. S. Exposure to a stressor produces a long lasting enhancement of fear learning in rats. Stress. 12 (2), 125-133 (2009).
- Poulos, A. M., et al. Amnesia for early life stress does not preclude the adult development of posttraumatic stress disorder symptoms in rats. Biological Psychiatry. 76 (4), 306-314 (2014).
- Fanselow, M. S., Sigmundi, R. A. Species-specific danger signals, endogenous opioid analgesia, and defensive behavior. Journal of Experimental Psychology: Animal Behavior Processes. 12 (3), 301-309 (1986).
- Jacobs, N. S., Cushman, J. D., Fanselow, M. S. The accurate measurement of fear memory in Pavlovian conditioning: Resolving the baseline issue. Journal of Neuroscience Methods. 190 (2), 235-239 (2010).
- Anagnostaras, S. G., et al. Automated assessment of pavlovian conditioned freezing and shock reactivity in mice using the video freeze system. Frontiers in Behavioral Neuroscience. , (2010).
- Long, V. A., Fanselow, M. S. Stress-enhanced fear learning in rats is resistant to the effects of immediate massed extinction. Stress. 15 (6), 627-636 (2012).
- Craske, M. G., et al. Optimizing inhibitory learning during exposure therapy. Behaviour Research and Therapy. 46 (1), 5-27 (2008).
- Paylor, R., Tracy, R., Wehner, J., Rudy, J. W. DBA/2 and C57BL/6 mice differ in contextual fear but not auditory fear conditioning. Behavioral Neuroscience. 108 (4), 810-817 (1994).
- Graham, L. K., et al. Strain and sex differences in fear conditioning: 22 kHz ultrasonic vocalizations and freezing in rats. Pyschology and Neuroscience. 2 (2), 219-225 (2009).
