Stress-förbättrade rädsla lärande, en Robust gnagare modell av posttraumatiskt stressyndrom
Summary
Här beskriver vi de detaljerade metoder som krävs för att genomföra stress-förbättrade rädsla lärande (SEFL) experiment, en preklinisk modell av posttraumatiskt stressyndrom, hos både råttor och möss. Modellen använder tredjeparts aspekter av Pavlovian rädsla luftkonditionering och frysning som ett index av förbättrad rädsla hos gnagare.
Abstract
Rädsla beteenden är viktiga för överlevnad, men oproportionerligt höga rädsla kan öka sårbarhet för att utveckla psykiska störningar såsom posttraumatiskt stressyndrom (PTSD). För att förstå de biologiska mekanismerna bakom rädsla dysreglering i PTSD, är det viktigt att börja med en giltig djurmodell av sjukdomen. Det här protokollet beskriver den metod som krävs för att genomföra stress-förbättrade rädsla lärande (SEFL) experiment, en preklinisk modell av PTSD, hos både råttor och möss. SEFL utvecklades för att sammanfatta kritiska aspekter av PTSD, inklusive långsiktig sensibilisering av rädsla lärande orsakas av en akut stressfaktor. SEFL använder aspekter av Pavlovian fruktar luftkonditionering men ger en distinkt och robust sensibiliserade rädsla reaktion långt större än normala villkorlig rädsla svar. Trauma förfarandet innebär att placera en gnagare i en luftkonditionering kammare och administrera 15 unsignaled chocker slumpmässigt fördelade under 90 minuter (för råtta experiment, för musen experiment, 10 unsignaled chocker slumpmässigt fördelade över 60 minuter används) . Dag 2, är gnagare placerade i en roman som vårdande sammanhang där de får en enda stöt; sedan dag är 3 de sättas tillbaka i samma sammanhang som på dag 2 och testade för förändringar i frysning nivåer. Gnagare som tidigare fått trauma displayen förhöjda nivåer av frysning på dagen jämfört med dem som fick inga stötar på den första dagen. Således, med denna modell producerar en enda mycket påfrestande upplevelse (trauma) extrem rädsla för de stimuli som associeras med den traumatiska händelsen.
Introduction
Rädsla är en kritisk beteende för överlevnad, gör det möjligt för individer att känna igen och svara på hot. Dock kan överdrivna rädsla svar bidra till utveckling av psykiska störningar som posttraumatiskt stressyndrom (PTSD). Ett kännetecken av PTSD är en överdriven reaktion på milda stressfaktorer, särskilt de som påminner om det ursprungliga trauman och en tendens att utveckla nya rädslor1,2. I laboratoriet mäts ofta rädsla genom frysning beteende, som är en pålitlig och ethologically giltigt index av rädsla i människa och gnagare3,4. Medan det är känt att PTSD innebär dysreglering av rädsla och förbättrad rädsla uttryck, finns det en brist på robust djurmodeller av PTSD som tillförlitligt fånga denna förstärkt rädsla svar en relativt ofarlig stimulans.
Detta protokoll tillhandahåller detaljerade metoden krävs för att genomföra stress-förbättrade rädsla lärande (SEFL) experiment, en pålitlig och robust preklinisk modell av PTSD, hos både råttor och möss. SEFL använder tredjeparts aspekter av Pavlovian rädsla luftkonditionering, men den producerar distinkta svar från normal rädsla luftkonditionering och recapitulates förbättrade rädslan följande posttraumatisk stress hos PTSD patienter5,6. I denna modell, en enda mycket påfrestande upplevelse (avses här som trauma) leder till bestående beteendeförändringar, inklusive extrem rädsla för stimuli är associerad med den traumatiska händelsen, ökad ångest, ökade skrämsel reaktivitet och förändrad glukokortikoid signalering7,8. Den stora inslaget av SEFL är att följande exponering för en traumatisk stressfaktor (en serie av unsignaled chocker) i skilda sammanhang djur visar en överdriven rädsla svar till en mild stressfaktor (t.ex., en inre chock) i ett annat sammanhang. Ännu viktigare, beror den SEFL effekten inte på generalizationen av trauma sammanhanget till romanen sammanhang eller ökad chock känslighet5. I vår modell använder vi målmedvetet förfaranden som minskar eventuella generalisering till en roman sammanhang såsom tydliga transport-, lukt- och grid golvet mönster. Därför, till skillnad från normal rädsla luftkonditionering, SEFL är en icke-associativ process som leder till en ny rädsla lärande som är oproportionerligt relaterad till miljömässiga ledtrådar inte direkt kopplade till traumatisk upplevelse. Omfattande arbete visar att en enda 90 minuters session som innehåller 15 oförutsägbara störningar i råttor (eller en 60-minuters session som innehåller 10 oförutsägbara störningar i möss) inducerar en långvarig sensitisering av rädsla luftkonditionering tillsammans med ökad ångest och dysreglering i dygnsrytmen av basala kortikosteron. Däremot före exponering till ett enda footshock producerar inte SEFL9. Dessutom kan SEFL utnyttjas på ett tillförlitligt sätt hos både råttor och möss.
SEFL modell av PTSD är därför ett kraftfullt verktyg för avsökning av de biologiska mekanismerna som är involverade i PTSD patofysiologi. Använda SEFL, kan forskare undersöka hur exponering för ett trauma kan påverka framtida rädsla lärande. Denna modell kan dessutom vara användbar för att undersöka specifika cellulära och molekylära mekanismer som kan vara inblandade i regleringen utökade rädsla uttryck som observerats i PTSD.
Protocol
Representative Results
Discussion
SEFL är en robust beteendevetenskaplig modell av PTSD som kan vara återgetts hos både råttor och möss och kan användas för att studera de sensibiliserade rädsla svar som kännetecknar PTSD. Efter traumatisk stress visar gnagare en ökad rädsla svar i helt olika sammanhang endast efter detta sammanhang är parkopplad med en mild stressfaktor som fungerar som en påminnelse om en tidigare traumatisk upplevelse. Efter traumatisk stress visar gnagare föga förvånande höga nivåer av rädsla när återvände till …
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Detta arbete finansierades av nationella institutet för hälsa R01AA026530 (MSF), Staglin centrum för hjärnan och beteendemässiga hälsa (MSF), NRSA-F32 MH10721201A1 och publicerade 26612 (AKR) och 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).
