פרדיגמת מיזוג פחד פבלובית חדשנית ללימוד הקפאה והתנהגות טיסה
Summary
תגובות התנהגותיות הגנתיות מותנות בעוצמת האיום, בסמיכות ובהקשר החשיפה. בהתבסס על גורמים אלה, פיתחנו פרדיגמת מיזוג קלאסית המעוררת מעברים ברורים בין הקפאה מותנית להתנהגות טיסה בתוך נושאים בודדים. מודל זה חיוני להבנת הפתולוגיות הכרוכות בחרדה, פאניקה והפרעות דחק פוסט-טראומטיות.
Abstract
התנהגויות הקשורות לפחד וחרדה תורמות באופן משמעותי להישרדות האורגניזם. עם זאת, תגובות הגנתיות מוגזמות לאיום הנתפס אופייניות להפרעות חרדה שונות, שהן הצורה הנפוצה ביותר של מחלת נפש בארצות הברית. גילוי המנגנונים הנוירוביולוגיים האחראים להתנהגויות הגנתיות יסייע בפיתוח התערבויות טיפוליות חדשניות. מיזוג פחד פבלובי הוא פרדיגמה מעבדה בשימוש נרחב ללמוד למידה וזיכרון הקשורים לפחד. מגבלה מרכזית של פרדיגמות מסורתיות של מיזוג פחד פבלובית היא שהקפאה היא ההתנהגות ההגנתית היחידה המנוטרת. לאחרונה פיתחנו פרדיגמת מיזוג פחד פבלובית שונה המאפשרת לנו ללמוד הן הקפאה מותנית והן התנהגות טיסה (הידועה גם בשם בריחה) בתוך נושאים בודדים. מודל זה משתמש בעוצמת רגליים בעוצמה גבוהה יותר ומספר גדול יותר של זיווגים בין הגירוי המותנה לבין גירוי ללא תנאים. בנוסף, פרדיגמת טיסה מותנית זו משתמשת בהצגה סדרתית של טון טהור וגירויים שמיעתיים של רעש לבן כגירוי המותנה. בעקבות התניה בפרדיגמה זו, עכברים מפגינים התנהגות קפואה בתגובה לגירוי הטון, ותגובות טיסה במהלך הרעש הלבן. מודל התניה זה יכול להיות מיושם על המחקר של מעברים מהירים וגמישים בין תגובות התנהגותיות הדרושות להישרדות.
Introduction
פחד הוא תגובה הסתגלותית שמורה מבחינה אבולוציונית לאיום מיידי1,2. בעוד אורגניזמים להחזיק תגובות הגנתיות מולדות לאיום, אסוציאציות מלומדות חיוניות כדי לעורר תגובות הגנתיות מתאימות לגירויים המנבאים סכנה3. Dysregulation במעגלי המוח שליטה בתגובות הגנתיות עשוי לתרום לתגובות לא מתאימות הקשורות להפרעות חרדה מתישה מרובות, כגון הפרעת דחק פוסט טראומטית (PTSD), הפרעת פאניקה4, ופוביות ספציפיות5,6. שיעור השכיחות בארצות הברית עבור הפרעות חרדה הוא 19.1% למבוגרים ו 31.9% אצל מתבגרים7,8. הנטל של מחלות אלה הוא גבוה מאוד על שגרת היומיום של אנשים ומשפיע לרעה על איכות חייהם.
במהלך העשורים האחרונים, מיזוג פחד פבלובי שימש כמערכת מודל רבת עוצמה כדי לקבל תובנה עצומה לתוך המנגנונים העצביים שבבסיס למידה וזיכרון הקשורים לפחד9,10,11. מיזוג פחד פבלובי כרוך זיווג גירוי מותנה (CS, כגון גירוי שמיעתי) עם גירוי מרתיע ללא תנאי (ארה”ב; למשל, footshock חשמלי)12. מכיוון שהקפאה היא ההתנהגות הדומיננטית המעוררת ונמדדת בפרדיגמות מיזוג פבלוביות סטנדרטיות, מנגנוני הבקרה העצביים של צורות פעילות של התנהגות הגנתית כגון תגובות בריחה /טיסה עדיין לא נחקרו ברובם. מחקרים קודמים מראים כי צורות שונות של התנהגות הגנתית, כגון טיסה, מתעוררות בהתאם לעוצמת האיום, הקרבה וההקשר13,14. לימוד האופן שבו המוח שולט בסוגים שונים של התנהגות הגנתית עשוי לתרום באופן משמעותי להבנת התהליכים העצביים המופרזים בהפרעות פחד וחרדה.
כדי לענות על צורך קריטי זה, פיתחנו פרדיגמת מיזוג פבלובית שונה המעוררת קפיצות טיסה ובריחה, בנוסף להקפאה15. בפרדיגמה זו, עכברים מותנים בגירוי תרכובת סדרתי (SCS) המורכב מטון טהור ואחריו רעש לבן. לאחר יומיים של זיווג SCS עם רגל חשמלית חזקה, עכברים מפגינים הקפאה בתגובה לרכיב הטון וטיסה במהלך הרעש הלבן. מתגים התנהגותיים בין הקפאה מותנית להתנהגות טיסה הם מהירים ועקביים. מעניין, עכברים להפגין התנהגות טיסה רק כאשר CS רעש לבן מוצג באותו הקשר כמו footshock שנמסר בעבר (הקשר מיזוג) אבל לא בהקשר ניטרלי. במקום זאת, תגובות הקפאה שולטות בהקשר ניטרלי זה, עם רמות גבוהות משמעותית של הקפאה בתגובה לרעש הלבן בהשוואה לטון. זה עולה בקנה אחד עם תפקיד ההקשר בהסתעפות עוצמת התגובה ההגנתית ועם התפקיד הרגולטורי של מידע הקשרי בלמידה וזיכרון הקשורים לפחד שנמצאו בפרדיגמות מיזוג האיומים המסורתיות16,17. מודל זה מאפשר השוואות ישירות בתוך הנושא של התנהגויות הגנתיות מרובות באופן ספציפי להקשר.
Protocol
Representative Results
Discussion
הפרמטרים המתוארים של צליל והלם הם מרכיבים חשובים בפרוטוקול זה. זה קריטי, אם כן, כדי לבדוק את משרעת ההלם ואת רמת הלחץ קול לפני תחילת הניסויים. מחקרי מיזוג פחד משתמשים בדרך כלל ברמות לחץ קול של 70-80 dB ובעוצמת זעזועים של 0.1-1 mA18; לפיכך, הפרמטרים המתוארים נמצאים בגבולות פרדיגמות מיזוג …
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
עבודה זו נתמכה על ידי מועצת המנהלים של לואיזיאנה באמצעות קרן התמיכה של מועצת המנהלים (LEQSF(2018-21)-RD-A-17) והמכון הלאומי לבריאות הנפש של המכונים הלאומיים לבריאות תחת מספר הפרס R01MH122561. התוכן הוא באחריות המחברים בלבד ואינו מייצג בהכרח את השקפותיהם הרשמיות של המכונים הלאומיים לבריאות.
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).
