Vagusnervstimulation als Instrument zur Plastizität in Pathways Relevant für Extinction Learning herbei
Summary
Vagusnervstimulation (VNS) hat sich als Instrument zur zielgerichteten synaptischen Plastizität im Vorderhirn zu veranlassen, eine Reihe von Verhaltensweisen ändern entstanden. Dieses Protokoll beschreibt, wie die Umsetzung VNS, um die Konsolidierung der Angst Aussterben Speicher zu erleichtern.
Abstract
Extinction describes the process of attenuating behavioral responses to neutral stimuli when they no longer provide the reinforcement that has been maintaining the behavior. There is close correspondence between fear and human anxiety, and therefore studies of extinction learning might provide insight into the biological nature of anxiety-related disorders such as post-traumatic stress disorder, and they might help to develop strategies to treat them. Preclinical research aims to aid extinction learning and to induce targeted plasticity in extinction circuits to consolidate the newly formed memory. Vagus nerve stimulation (VNS) is a powerful approach that provides tight temporal and circuit-specific release of neurotransmitters, resulting in modulation of neuronal networks engaged in an ongoing task. VNS enhances memory consolidation in both rats and humans, and pairing VNS with exposure to conditioned cues enhances the consolidation of extinction learning in rats. Here, we provide a detailed protocol for the preparation of custom-made parts and the surgical procedures required for VNS in rats. Using this protocol we show how VNS can facilitate the extinction of conditioned fear responses in an auditory fear conditioning task. In addition, we provide evidence that VNS modulates synaptic plasticity in the pathway between the infralimbic (IL) medial prefrontal cortex and the basolateral complex of the amygdala (BLA), which is involved in the expression and modulation of extinction memory.
Introduction
Klassische Angstkonditionierung stellt eine weit verbreitete Tiermodell, um die biologischen Grundlagen von Angststörungen zu untersuchen. Während der Furchtkonditionierung, ein aversiven Reiz (der unbedingten Reiz, USA, zum Beispiel ein Fuß-Schock) wird in Verbindung mit einem neutralen Reiz, wie eine Ton und / oder einem Kontext (; CS der bedingten Reiz) präsentiert. Während der Furchtkonditionierung, Verbände zwischen der CS und den USA ausgebildet. Schließlich wird die Präsentation des CS allein löst eine Angstreaktion (die konditionierte Reaktion; CR). In Furchtextinktion wird der CS wiederholt in der Abwesenheit der USA dargestellt, wodurch die CR allmählich verringern 1. So ist vom Aussterben konditionierter Angst ein aktiver Prozess, bei dem ängstlichen Verhaltensreaktionen auf neutrale Reize gedämpft werden, wenn sie nicht mehr aversive Ergebnisse vorherzusagen. Extinction konditionierter Reaktionen erfordert Konsolidierung neuer Erinnerungen, die mit gelernt Verbände konkurrieren. Ein Markenzeichen von Angststörungen ist impaired Aussterben 2-4. Somit dient Extinktion konditionierter Furcht in Tiermodellen als wichtiges Paradigma sowohl inhibitorische Lernen und als Verhaltensmodell für die menschliche Therapie von Angststörungen 5,6.
Da gibt es enge Korrespondenz zwischen Angst und menschliche Angst, wird angenommen, dass diese Studien können Einblick in die biologische Natur der Angst-Erkrankungen wie posttraumatische Belastungsstörung liefern und helfen, Strategien zu entwickeln, um sie zu behandeln. Ein wichtiges Ziel der präklinischen Forschung ist zum Aussterben Lernen zu unterstützen und um zielgerichtete Plastizität in Aussterben Schaltungen zu veranlassen, vom Aussterben Lernen zu festigen. Vagusnervstimulation (VNS) ist eine minimal-invasive neuroprothetischer Ansatz, der verwendet werden könnte, um enge zeitliche und Kreislauf-spezifische Modulation von Gehirnbereichen und Synapsen in fortlaufende Aufgabe beschäftigt ist. Eine Reihe von aktuellen Studien von Michael Kilgard Gruppe an der University of Texas at Dallas habengezeigt, dass die Paarung VNS mit diskreten sensorische oder motorische Reize (zB ein Ton oder ein Hebel ziehen) ist hoch wirksam bei der Förderung der kortikale Plastizität zur Behandlung von Tinnitus 7 oder motorische Defizite zu überwinden, nach Schlaganfall 8-10. Darüber hinaus Nicht-Kontingent VNS, die innerhalb eines kurzen Zeitfenster nach dem Lernen erfolgt in ähnlicher Weise fördert die kortikale Plastizität und verbessert die Gedächtniskonsolidierung bei Ratten und beim Menschen 11-13.
In Anbetracht der Rolle des Vagus in der parasympathischen Weges, ist es nicht verwunderlich, dass es bei der Modulation der Erinnerungen und der synaptischen Plastizität zu beteiligen. Hoch emotionalen Ereignisse neigen dazu, stärker Erinnerungen als Nicht-emotionalen Erinnerungen zu produzieren. Dies ist durch den Einfluss von Stresshormonen auf die Gedächtniskonsolidierung wahrscheinlich. Posttraining Verwaltung des Stresshormons Adrenalin erhöht die Speicherkonsolidierung in menschlichen und nicht-menschlichen Tieren, aber Adrenalin nicht die Blut-Hirn-Schranke 14, 15 kreuzen </sup>. Daher muss spannungsinduzierte Adrenalinausschüttung das Gehirn indirekt Einfluss auf die Gedächtniskonsolidierung zu verbessern. Starke Hinweise darauf, dass der Vagus kann die Verbindung zwischen zirkulierenden Adrenalin und dem Gehirn. Miyashita und Williams 16 festgestellt, dass die systemische Verabreichung von Adrenalin erhöht Vagusnerv Brennen, und erhöhte Noradrenalin in der Amygdala 17. Die systemische Verabreichung von Adrenalin nicht verbessern Gedächtniskonsolidierung, wenn β-adrenergen Rezeptoren in der Amygdala 18 was darauf hindeutet, dass der Vagus spielt eine Rolle bei der Bahn, die emotional erregende Erfahrungen verwandelt sich in Langzeitgedächtnis blockiert.
So Paarung VNS mit Ausbildung hat das Potenzial, um die Veränderungen im Gehirn, die Gedächtniskonsolidierung und der Exposition gegenAnlage Cues unterstützt in der Abwesenheit von Verstärkung erhöht die Konsolidierung des Aussterbens Lernen bei Ratten 19,20 verbessern. Hier beschreiben wir die Verwendung von VNS asa-Tool, um kortikale Plastizität fördern und Erlöschen einer konditionierten Angstreaktion zu erleichtern.
Protocol
Representative Results
Discussion
Wir stellen Ihnen hier ein Protokoll, das verwendet wird, um vom Aussterben konditionierter Angst während einer einzigen Sitzung der Exposition gegenüber konditionierten Signale 19 zu erleichtern und die Plastizität in den Weg zwischen dem infralimbischen Kortex und der basolateralen Amygdala, die vermitteln können Aussterben Lernen 20 zu modulieren. Ein entscheidender Schritt für den Erfolg dieses Protokolls ist die ordnungsgemäße Lieferung der VNS bei Aussterben Ausbildung. Daher sollte be…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
This research was supported by the National Institute of Mental Health MH 086960-01A1 (Christa K. McIntyre).
Materials
| Alcohol | |||
| Atropine | Fisher | A0132-5G | |
| Betadine | Henry Schein | 69066950 | |
| Hydrogen peroxide | CVS | 209478 | |
| Ketamine | Henry Schein | 1129300 | |
| Marcaine | Henry Schein | 6312615 | |
| Mineral Oil | CVS | 152355 | |
| Neosporin | CVS | 629451 | |
| Oxygen | Home Depot | 304179 | |
| Pennicillin | Fisher | PENNA-10MU | |
| Propane | Home Depot | 304182 | |
| Xylazine | Henry Schein | 4019308 | |
| Tools | |||
| Jewelery Torch | Smith Equipment | 23-1001D | |
| Sewing Needle | Walgreens | 441831 | |
| #5 Forceps (2) | Fine Science Tools | 11254-20 | |
| Soldering Iron | Home Depot | 203525863 | |
| AmScope SM-4TX-144A 3.5X-45X Circuit Board Boom Stereo Microscope + 144 LED | AmScope | SM-4TX-144A | |
| Helping Hands | A-M Systems | 726200 | |
| Scalpel Blade Holder | Fine Science Tools | 10003-12 | |
| Metal File | Home Depot | 6601 | |
| Ruler | Home Deopt | 202035324 | |
| Curved Hemostats | Fine Science Tools | 130009-12 | |
| Fine Scissors | Fine Science Tools | 14058-09 | |
| Spatula | Fine Science Tools | ||
| Small Screwdriver | Home Depot | 646507 | |
| Magnetic Fixator Retraction System | Fine Science Tools | 18200-04, 18200-01, 18200-05 | |
| Heating Pad | Walgreens | 30294 | |
| Clippers | Walgreens | 277966 | |
| Sharpie | Staples | 125328 | |
| Ring Forceps | Fine Science Tools | 11103-09 | |
| Custom Micropipette Glass Tools (J shape and Straight) – Borosilicate glass | Sutter Instrument | B150-110-10 | |
| Adson Forceps | Fine Science Tools | 11006-12 | |
| Cuffs | |||
| Tubing | Braintree Scientific Inc | MRE-065 | |
| Platinum Iridium Wire | Medwire | 10IR9/49T | |
| Gold Pins | Mill-Max | 1001-0-15-15-30-27-04-0 | |
| Suture Thread | Henry Schein | 100-5797 | |
| 22 G Needles | Fisher | 14-815-525 | |
| Paper Tape | Fisher | 03-411-602 | |
| Solder | Home Deopt | 327793 | |
| Flux | Home Deopt | 300142 | |
| Scalpel Blade, 10 or 15 | Stoelting | 52173-10 | |
| Silastic Laboratory Tubing .51 mm ID x .94 mm OD | Fisher | 508-002 | |
| Headcaps | |||
| Connector Pieces (male) | Omnetics Connector Corporation | A25001-004 | |
| Headcap pieces (female) | Omnetics Connector Corporation | A24001-004 | |
| Teets Dental Acrylic, Liquid and Powder | A-M Systems | 525000, 526000 | |
| 26 Gauge Solid Copper Wire | Staples | 1016882 | |
| Surgery | |||
| Bone Screws | Stoelting+CB33:C61 | 51457 | |
| Scalpel Blades, 10 or 15 | Stoelting | 52173-10 | |
| 1 ml syringes | Fisher | 14-826-261 | |
| 22 G Needles | Fisher | 14-815-525 | |
| 27 G Needles | Fisher | 14-826-48 | |
| 2" x 2" Gauze | Fisher | 22-362-178 | |
| Swabs | Fisher | 19-120-472 | |
| Puppy Pads | PetCo | 1310747 | |
| Kim Wipes | Fisher | 06-666-A | |
| Chamber and Behavioral Setting | |||
| Husky Metal Front Base Cabinet (30WX19DX34H) | Home Depot | 100607961 | |
| Quiet Barrier HD Soundproofing Material (Sheet) (PSA) | soundproofcow.com | 10203041 | |
| Convoluted Acoustic Foam Panel | soundproofcow.com | 10432400 | |
| Isolated Pulse Stimulator Model 2100 | A-M Systems | 720000 | |
| Digital Camera – Logitech Webcam C210 | Logitech | B003LVZO88 | |
| MatLab | Mathworks.com | ||
| Sinometer 10MHz Single Channel Oscilloscope | Sinometer | CQ5010C | |
| OxyLED T-01 DIY Stick-on Anywhere 4-LED Touch Tap Light | OXYLED | B00GD8OKY0 | |
| 5k ohm potentiomter | Alpha Electronics | B00CTWDHIO | |
| Extech 407730 40-to-130-Decibel Digital Sound Level Meter | Extech Instruments | B000EWY67W | |
| DSCK-C Dual Output, scrambled shocker | Kinder Scientific Co | ||
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