Summary

Un nouveau paradigme pavlovien de conditionnement de la peur pour étudier le gel et le comportement de vol

Published: January 05, 2021
doi:

Summary

Les réactions comportementales défensives dépendent de l’intensité de la menace, de la proximité et du contexte d’exposition. Sur la base de ces facteurs, nous avons développé un paradigme de conditionnement classique qui suscite des transitions claires entre le gel conditionné et le comportement de vol chez les sujets individuels. Ce modèle est crucial pour comprendre les pathologies impliquées dans l’anxiété, la panique et les troubles de stress post-traumatique.

Abstract

Les comportements liés à la peur et à l’anxiété contribuent de façon significative à la survie d’un organisme. Cependant, les réponses défensives exagérées à la menace perçue sont caractéristiques de divers troubles anxieux, qui sont la forme la plus répandue de maladie mentale aux États-Unis. La découverte des mécanismes neurobiologiques responsables des comportements défensifs facilitera le développement de nouvelles interventions thérapeutiques. Le conditionnement pavlovien de la peur est un paradigme de laboratoire largement utilisé pour étudier l’apprentissage et la mémoire liés à la peur. Une limitation majeure des paradigmes traditionnels de conditionnement de la peur pavlovienne est que le gel est le seul comportement défensif surveillé. Nous avons récemment développé un paradigme modifié de conditionnement de la peur pavlovienne qui nous permet d’étudier à la fois le gel conditionné et le comportement de vol (également connu sous le nom d’évasion) chez les sujets individuels. Ce modèle utilise des contreforts de plus grande intensité et un plus grand nombre d’appariements entre le stimulus conditionné et le stimulus non conditionné. En outre, ce paradigme de vol conditionné utilise la présentation en série de tonalité pure et de stimuli auditifs de bruit blanc comme stimulus conditionné. Après conditionnement dans ce paradigme, les souris présentent un comportement glacial en réponse au stimulus de tonalité, et les réponses de vol pendant le bruit blanc. Ce modèle de conditionnement peut être appliqué à l’étude des transitions rapides et flexibles entre les réponses comportementales nécessaires à la survie.

Introduction

La peur est une réponse adaptative conservée de façon évolutionnelle à une menaceimmédiate 1,2. Alors que les organismes possèdent des réponses défensives innées à une menace, les associations savantes sont cruciales pour obtenir des réponses défensives appropriées aux stimuli prédictifs du danger3. La dysrégulation dans les circuits cérébraux contrôlant les réponses défensives est susceptible de contribuer aux réactions inadaptées associées à de multiples troubles anxieux débilitants, tels que le syndrome de stress post-traumatique(SSPT),le trouble panique 4 et les phobiesspécifiques 5,6. Le taux de prévalence aux États-Unis pour les troubles anxieux est de 19,1 % chez les adultes et de 31,9 % chez les adolescentsde 7à8 ans. Le fardeau de ces maladies est extrêmement élevé sur la routine quotidienne des individus et a des répercussions négatives sur leur qualité de vie.

Au cours des dernières décennies, le conditionnement de la peur pavlovienne a servi de système modèle puissant pour obtenir un aperçu énorme des mécanismes neuronaux sous-jacents à l’apprentissage et à lamémoire liés à la peur 9,10,11. Le conditionnement pavlovien de crainte implique l’appariement d’un stimulus conditionné (CS, tel qu’un stimulus auditif) avec un stimulus aversif non conditionné (ETATS-UNIS ; par exemple, un choc électrique de pied)12. Parce que le gel est le comportement dominant évoqué et mesuré dans les paradigmes de conditionnement pavloviens standard, les mécanismes de contrôle neuronal des formes actives de comportement défensif tels que les réponses d’évasion/vol restent largement inexplorés. Des études antérieures montrent que différentes formes de comportement défensif, comme le vol, sont évoquées en fonction de l’intensité de la menace, de la proximité et ducontexte 13,14. L’étude de la façon dont le cerveau contrôle différents types de comportement défensif peut contribuer de manière significative à la compréhension des processus neuronaux qui sont dysregulated dans les troubles de la peur et de l’anxiété.

Pour répondre à ce besoin critique, nous avons développé un paradigme de conditionnement pavlovien modifié qui suscite des sauts de vol et d’évasion, en plus degeler 15. Dans ce paradigme, les souris sont conditionnées par un stimulus composé en série (SCS) composé d’un ton pur suivi d’un bruit blanc. Après deux jours d’appariement du SCS avec un fort choc électrique, les souris présentent un gel en réponse au composant de tonalité et au vol pendant le bruit blanc. Les commutateurs comportementaux entre le gel conditionné et le comportement de vol sont rapides et cohérents. Fait intéressant, les souris présentent un comportement de vol seulement lorsque le bruit blanc CS est présenté dans le même contexte qu’un choc de pied précédemment livré (le contexte de conditionnement) mais pas dans un contexte neutre. Au lieu de cela, les réponses de congélation dominent dans ce contexte neutre, avec des niveaux significativement plus élevés de gel en réponse au bruit blanc par rapport au ton. Cela est conforme au rôle du contexte dans la modulation de l’intensité de la réponse défensive et au rôle réglementaire de l’information contextuelle dans l’apprentissage et la mémoire liés à la peur que l’on retrouve dans les paradigmes traditionnels de conditionnementdes menaces 16,17. Ce modèle permet des comparaisons directes, à l’intérieur du sujet, de multiples comportements défensifs d’une manière spécifique au contexte.

Protocol

Les étapes/procédures suivantes ont été menées conformément aux lignes directrices institutionnelles après approbation du Comité institutionnel de soins et d’utilisation des animaux de l’Université de Tulane. 1. Préparation de souris Utilisez des souris adultes mâles et/ou femelles âgées de 3 à 5 mois. Dans la présente étude, nous avons utilisé des souris mâles C57BL/6J obtenues auprès de Jackson Laboratory, mais toute souche de souris provenant d’un fourniss…

Representative Results

Comme décrit dans le diagramme (Figure 1A), la session commence par la pré-exposition (Jour 1), suivie par le conditionnement de la peur (jours 2 et 3), puis soit l’extinction ou la récupération (Jour 4). Les présentations du SCS lors de la séance de pré-exposition (jour 1) n’ont pas suscité de réaction de vol ou de congélation chez les souris (figure 2A-2B). L’analyse comportementale pendant le condit…

Discussion

Les paramètres sonores et de choc décrits sont des éléments importants de ce protocole. Il est donc essentiel de tester l’amplitude de choc et le niveau de pression sonore avant de commencer les expériences. Les études sur le conditionnement de la peur utilisent généralement des niveaux de pression sonore de 70 à 80 dB et une intensité de choc de 0,1 à 1 mA18; ainsi, les paramètres décrits sont dans les limites des paradigmes traditionnels de conditionnement de la peur. Dans une exp…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Ce travail a été soutenu par le Louisiana Board of Regents par l’intermédiaire du Board of Regents support fund (LEQSF(2018-21)-RD-A-17) et du National Institute of Mental Health des National Institutes of Health sous le numéro de prix R01MH122561. Le contenu est uniquement de la responsabilité des auteurs et ne représente pas nécessairement les vues officielles des Instituts nationaux de la santé.

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

  1. Gross, C. T., Canteras, N. S. The many paths to fear. Nature Reviews Neuroscience. 13 (9), 651-658 (2012).
  2. LeDoux, J. Rethinking the Emotional Brain. Neuron. , (2012).
  3. Maren, S. Neurobiology of Pavlovian fear conditioning. Annual Review of Neuroscience. 24, 897-931 (2001).
  4. 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).
  5. 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).
  6. 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).
  7. 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).
  8. National Institute of Mental Health. Generalized anxiety disorder. National Institute of Mental Health. , 3-8 (2017).
  9. Herry, C., Johansen, J. P. Encoding of fear learning and memory in distributed neuronal circuits. Nature Neuroscience. 17 (12), 1644-1654 (2014).
  10. Janak, P. H., Tye, K. M. From circuits to behaviour in the amygdala. Nature. 517 (7534), 284-292 (2015).
  11. Tovote, P., Fadok, J. P., Lüthi, A. Neuronal circuits for fear and anxiety. Nature Reviews Neuroscience. 16 (6), 317-331 (2015).
  12. 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).
  13. 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).
  14. Perusini, J. N., Fanselow, M. S. Neurobehavioral perspectives on the distinction between fear and anxiety. Learning and Memory. 22 (9), 417-425 (2015).
  15. Fadok, J. P., et al. A competitive inhibitory circuit for selection of active and passive fear responses. Nature. 542 (7639), 96-99 (2017).
  16. 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).
  17. Xu, C., et al. Distinct hippocampal pathways mediate dissociable roles of context in memory retrieval. Cell. 167 (4), 961-972 (2016).
  18. Curzon, P., Rustay, N. R. Chapter 2: Cued and contextual fear conditioning for rodents. Methods of Behavior Analysis in Neuroscience. 2nd edition. , (2009).
  19. Mollenauer, S., Bryson, R., Robison, M., Phillips, C. Noise avoidance in the C57BL/6J mouse. Animal Learning & Behavior. 20 (1), 25-32 (1992).
  20. 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).
  21. Dong, P., et al. A novel cortico-intrathalamic circuit for flight behavior. Nature Neuroscience. 22 (6), 941-949 (2019).
  22. Borkar, C. D., et al. Sex differences in behavioral responses during a conditioned flight paradigm. Behavioural Brain Research. 389, 112623 (2020).
  23. Fadok, J. P., Markovic, M., Tovote, P., Lüthi, A. New perspectives on central amygdala function. Current Opinion in Neurobiology. 49, 141-147 (2018).
  24. Pitman, R. K., et al. Biological studies of post-traumatic stress disorder. Nature Reviews Neuroscience. 13 (11), 769-787 (2012).
  25. Canteras, N. S., Graeff, F. G. Executive and modulatory neural circuits of defensive reactions: Implications for panic disorder. Neuroscience and Biobehavioral Reviews. , (2014).

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Cite This Article
Borkar, C. D., Fadok, J. P. A Novel Pavlovian Fear Conditioning Paradigm to Study Freezing and Flight Behavior. J. Vis. Exp. (167), e61536, doi:10.3791/61536 (2021).

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