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Methodenartikel

Beobachtende Angst als Modell affektiver Empathie bei Mäusen

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DOI:

10.3791/67130

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22. November 2024

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1Center for Cognition and Sociality, Institute for Basic Science (IBS), 2Department of Bio and Brain Engineering, Korea Advanced Institute of Science and Technology (KAIST)

In diesem Artikel

Zusammenfassung

Das beobachtende Angstparadigma bewertet das stellvertretende Einfrieren bei Nagetieren als Modell für affektive Empathie. Bei diesem Verfahren werden Beobachter-Nagetiere Artgenossen ausgesetzt, die aversive Fußschocks erhalten, um empathische Erstarrungsreaktionen hervorzurufen. Durch den Einsatz von Angstbeobachtungstests können Forscher die neuronalen Mechanismen untersuchen, die der affektiven Empathie zugrunde liegen.

Zusammenfassung

Empathie, gekennzeichnet durch die Fähigkeit, die Emotionen anderer zu erkennen und zu teilen, spielt eine grundlegende Rolle bei der Gestaltung sozialer Interaktionen. Es ermöglicht dem Einzelnen, auf die emotionalen Zustände anderer zu reagieren, und fördert so prosoziales Verhalten und soziale Bindungen. Beobachtende Angst ist ein grundlegender Aspekt der affektiven Empathie, bei der ein Beobachter Zeuge wird, wie ein Demonstrant aversive Erfahrungen macht und anschließend Angstverhalten zeigt. Diese sozial induzierte stellvertretende Erstarrungsreaktion bei Beobachtern, die als emotionale Ansteckung oder Affektteilung bezeichnet wird, gilt als Indikator für empathieähnliche Eigenschaften bei Nagetieren. Hier stellen wir ein Protokoll vor, das die Bewertung von stellvertretenden Erstarrungsreaktionen bei Beobachtern beschreibt, die Artgenossen ausgesetzt waren, die aversive Fußschocks erhielten. Die Verwendung von beobachtenden Angstassays bei Nagetieren ist zu einer weit verbreiteten Methode zur Untersuchung der neuronalen Mechanismen geworden, die der affektiven Empathie zugrunde liegen. Angesichts der Universalität der beobachtenden Angst bei Säugetieren trägt diese Methodik weiter dazu bei, unser Verständnis der neuronalen Substrate der Empathie beim Menschen zu verbessern.

Einleitung

Empathie -- die Fähigkeit, die Gefühle anderer zu erkennen und zu teilen -- ist entscheidend für unsere emotionalen und sozialen Interaktionen1. Dieses Protokoll zielt darauf ab, affektive Empathie bei Nagetieren durch den beobachtenden Angstkonditionierungsassay zu untersuchen, der entwickelt wurde, um stellvertretende Angstreaktionen bei einem Beobachternagetier zu bewerten. Empathische Fähigkeiten haben eine tiefe neurobiologische Grundlage, mit evolutionärer Kontinuität vom Nagetier zum Menschen2. Konvergierende Beweislinien zeigen, dass Nagetiere eine signifikante affektive Sensibilität gegenüber den emotionalen Zuständen ihrer sozialen Gegenstücke aufweisen3 und empathiebezogene Verhaltensweisen zeigen, einschließlich beobachtender Angst, trostähnlicher Allogrooming, emotionaler Ansteckung von Schmerzen und prosozialem Hilfsverhalten4,5,6,7,8,9. Diese Kontinuität hat wichtige Auswirkungen, da sie die Verwendung von Tiermodellen ermöglicht, tiefere Einblicke in die neurobiologischen Mechanismen zu gewinnen, die der menschlichen Empathie zugrunde liegen10.

Beobachtungsangst dient insbesondere als wertvolles Verhaltensmodell zur Bewertung empathischer Angstreaktionen, da Nagetiere stellvertretend Angst erleben können, indem sie Artgenossen beobachten, die aversive Reize erhalten4. Studien haben gezeigt, dass stärkere stellvertretende Angstreaktionen bei Menschen und Primaten positiv mit Merkmalsmaßen der Empathie verbunden sind11,12, was darauf hindeutet, dass beobachtende Angst tatsächlich ein grundlegendes Merkmal der emotionalen Empathie darstellen kann2. Im Vergleich zu anderen Empathie-Assays1,2,4,10 ist die beobachtende Angstkonditionierung vorteilhaft, da sie die Messung der emotionalen Ansteckung ermöglicht, ohne den Betrachter direkten aversiven Reizen auszusetzen. Dies bietet ein weniger invasives, aber zuverlässiges Maß für affektive Empathie und eignet sich daher für wiederholte Messungen und eingehende Studien zu empathiebezogenen neuronalen Schaltkreisen.

Bei der beobachtenden Angstkonditionierung wird eine Maus (Beobachterin) stellvertretend auf kontextabhängige Angst konditioniert, indem sie beobachtet, wie eine andere Maus (Demonstrator) wiederholte Fußschocks erhält, ohne direkte aversive Reize zu erleben. Der beobachtende Angstkonditionierungsassay verwendet ein Zweikammer-Angstkonditionierungsgerät, das durch einen transparenten Plexiglasteiler unterteilt ist13. Dieser Aufbau ermöglicht es dem Beobachter in einer Kammer, die Demonstratormaus in der gegenüberliegenden Kammer deutlich zu sehen. Zusätzlich können Gerüche und Geräusche zwischen den Kammern durch den Stabboden übertragen werden. In einem Kompartiment ist die Demonstratormaus positioniert, die den aversiven Reiz eines Fußschocks erhalten wird, während in dem anderen Kompartiment die Beobachtermaus positioniert ist, um durch die transparente mittlere Trennwand die Not der Demonstratormaus zu beobachten. Dieses Paradigma besteht aus zwei Sitzungen: einer 5-minütigen Gewöhnung, gefolgt von einer 4-minütigen Konditionierungsphase. Das Einfrierverhalten der Beobachtermaus tritt auf, wenn der Demonstrator während der Konditionierungsphase typische Reaktionen auf aversive Fußstöße zeigt, einschließlich schmerzbedingtem Quietschen, Springen, Laufen und Einfrieren. Diese sozial evozierte stellvertretende Erstarrungsreaktion bei Beobachtern gilt als Maß für emotionale Ansteckung, eine Grundform der affektiven Empathie bei Nagetieren. Die Entwicklung des beobachtenden Angsttests bei Nagetieren hat es den Forschern ermöglicht, die neuronalen Schaltkreise und genetischen Grundlagen zu untersuchen, die affektive Empathie vermitteln.

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Protokoll

Alle hier beschriebenen Verfahren mit lebenden Tieren wurden vom Institutional Animal Care and Use Committee (IACUC) des Institute for Basic Science (IBS) genehmigt. Männliche oder weibliche C57BL/6J-Mäuse (Beobachter und Demonstratoren) im Alter von 10-12 Wochen wurden getrennt untergebracht. Die Mäuse wurden mit 2-5 Tieren pro Käfig untergebracht und bei einer konstanten Temperatur von 23-25 °C mit einem 12-stündigen Hell-Dunkel-Zyklus gehalten. Die Mäuse wurden ad libitum mit Mäusefutter und Wasser versorgt. Vor dem Test wurde keine Handhabung durchgeführt. Einzelheiten zu den in dieser Studie verwendeten Reagenzien und Geräten sind in der Materialtabelle aufgeführt.

1. Vorbereitung auf die beobachtende Angstkonditionierung

  1. Haltungsbedingungen: Geschwister nach dem Absetzen gemeinsam unterbringen (2-3 Mäuse/Käfig). Nicht-Geschwistermäuse in getrennten Käfigen unterbringen13. Für Experimente mit Paarungspaaren bereiten Sie Paarungskäfige mit einer männlichen und zwei weiblichen Mäusen vor. Bringen Sie die Männchen und Weibchen mindestens 10 Wochen lang zusammen unter.
  2. Raumgewöhnung: Bringen Sie die Tiere in ihren Heimkäfigen mindestens 30 Minuten vor Beginn der Verhaltenstests in den Wartebereich, damit sich die Mäuse an die Testumgebung gewöhnen können.
    HINWEIS: Halten Sie die Lichtintensität im Experimentierraum bei ca. 90 Lux und im Wartebereich für die Gewöhnung bei 35 Lux.
  3. Aufbau für beobachtende Angstkonditionierung
    1. Gerätekonfiguration: Bauen Sie das Gerät für die beobachtende Angstkonditionierung zusammen, das 32,7 cm in der Höhe, 19,1 cm in der Breite und 37,8 cm in der Länge misst (Abbildung 1A).
      1. Es gibt zwei Kammern, die durch eine poröse (sechs Löcher mit einem Radius von 3 mm), transparente Plexiglas-Trennwand (18 cm breit × 32,2 cm lang) in der Mitte unterteilt sind. Legen Sie ein Gitter aus mehreren Stahlstäben auf den Kammerboden, um elektrische Fußstöße zu verabreichen.
    2. Stellen Sie sicher, dass das Protokoll für die beobachtende Angstkonditionierung aus zwei Perioden besteht: einer 5-minütigen Gewöhnungsphase, gefolgt von einer 4-minütigen Konditionierungsphase, in der alle 10 s ein 2-s-Fußschock (1 mA) an die Demonstratormaus abgegeben wird. Programmieren Sie dieses Protokoll mit der FreezeFrame-Software.
      HINWEIS: Wie zuvor beschrieben14, stellen Sie sicher, dass die Fußschockintensität von 1 mA zuverlässig die gesamte Bandbreite der Verhaltensreaktionen bei den Demonstratortieren induziert, einschließlich Laufen, Lautäußerungen und Springen. Vermeiden Sie es, diese Intensität zu reduzieren, da dies zu inkonsistenten Reaktionen sowohl bei den Demonstranten als auch bei den Beobachtern führen kann. Erwägen Sie jedoch die Verwendung einer geringeren Schockintensität oder weniger Schockabgaben, wenn eine vollständige Palette von Verhaltensreaktionen des Demonstrators unter bestimmten experimentellen Einstellungen induziert werden kann.
  4. Videoaufzeichnung: Schalten Sie die Videokamera ein und stellen Sie sicher, dass die Prüfkammer für die spätere Analyse vollständig im Rahmen sichtbar ist.
    HINWEIS: Installieren Sie die Videokamera in der schalldämpfenden Kabine und positionieren Sie sie direkt über dem Tier, um eine klare Aufzeichnung des Verhaltens des Tieres zu gewährleisten.

2. Verfahren zur Konditionierung von Angst bei der Beobachtung

  1. Gewöhnungszeit
    1. Weisen Sie ein Tier als Beobachter und das andere als Vorführer zu, je nachdem, welches Tier aversiven Fußstößen ausgesetzt sein wird.
    2. Platzieren Sie die Demonstratormaus in der Kammer, in der zuerst der Fußschock verabreicht wird, und positionieren Sie dann die Beobachtermaus in der gegenüberliegenden Kammer, getrennt durch eine transparente Plexiglastrennwand.
    3. Führen Sie das programmierte Protokoll mit der Software sofort nach dem Schließen der Kammertür aus.
      HINWEIS: Geben Sie ein vollständiges Protokoll in die FreezeFrame-Software ein, das sowohl eine Gewöhnungsphase (ohne Fußstöße) als auch eine Konditionierungsphase enthält, die alle 10 Sekunden einen Fußstoß von 2 s an die Demonstratormaus liefert, während die Kamera während des gesamten Vorgangs aufzeichnen kann.
    4. Lassen Sie die Beobachter- und Demonstratormäuse sich während der Gewöhnungssitzung 5 Minuten lang frei in der Kammer bewegen und erkunden.
  2. Konditionierungszeit
    1. Geben Sie der Demonstratormaus nach der Gewöhnungsphase automatisch elektrische Fußschocks für 4 Minuten ab.
    2. Stellen Sie sicher, dass die Beobachtermaus die Schmerzreaktionen der Demonstratormaus während der Konditionierungsphase beobachtet.
      HINWEIS: Analgetika wurden zurückgehalten, um die Schmerzreaktionen des Demonstranten auf Elektroschocks zu erhalten, wesentliche soziale Hinweise für die Induktion emotionaler Zustandsveränderungen bei Beobachtermäusen.
    3. Platzieren Sie Demonstranten und Beobachter nach jeder Sitzung in getrennten Käfigen. Nach Abschluss der Tests bringen Sie jedes Tier in seinen Heimatkäfig zurück.
    4. Reinigen Sie das Gerät und das Gitter auf dem Boden mit 70%igem Ethanol und Papiertaschentüchern.
      HINWEIS: Reinigen Sie das Gerät zwischen wiederholten Versuchen gründlich mit Desinfektionsmittel, um alle verbleibenden Geruchsreize von früheren Probanden zu beseitigen und die Konsistenz über die Versuche hinweg zu wahren. Wischen Sie zusätzlich mit 70% Ethanol ab, nachdem alle Experimente abgeschlossen sind.

3. Analyse der Reaktionen des stellvertretenden Einfrierens

  1. Analysieren Sie das aufgezeichnete Verhalten des Beobachters sowohl während der Gewöhnungs- als auch während der Konditionierungsphasen15.
  2. Führen Sie die Software aus, um bewegungslose Stöße der Beobachtermaus mit einer Dauer von mehr als 0,75 s automatisch zu erkennen, die als einfrieren gelten.
    HINWEIS: Führen Sie die Analyse entweder manuell oder automatisch durch, um das Einfrieren von Antworten zu bewerten15.

4. Follow-up-Verfahren

  1. Überwachen Sie nach den Experimenten das Verhalten und die Gesundheit aller Tiere, um sicherzustellen, dass sie sich vollständig von allen Stressfaktoren erholen.
  2. Sorgen Sie unmittelbar nach Abschluss der Tests für eine angemessene Unterbringung und Pflege der Tiere, einschließlich Futter und Wasser.
  3. Notieren Sie alle Verhaltensänderungen während und nach den Experimenten, um die Auswirkungen der Konditionierungsverfahren zu bewerten.

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Ergebnisse

Wie im Verhaltensdiagramm beschrieben (Abbildung 1A), beginnt die Sitzung mit einer Gewöhnungsphase (5 min), gefolgt von einer Beobachtungs-Furchtkonditionierungsphase (4 min). In diesem Experiment wurden die Demonstrator-Mäuse der Beobachtungs-Furcht-(OF-)Gruppe während der Konditionierungsphase aversiven Fußschocks ausgesetzt, während die Tiere der Kontroll-(Con-)Gruppe keine Fußschocks erhielten. Nur die Beobachtermaus in der OF-Gruppe sah die Stressreaktionen einer Demonstrator-Maus, die...

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Diskussion

Der in diesem Verhaltensprotokoll beschriebene Contextual Observational Fear Conditioning (OFC)-Test wird zur Untersuchung der affektiven Empathie bei Mäusen eingesetzt 4,16. Um dieses Paradigma erfolgreich umzusetzen, sollten die experimentellen Bedingungen und praktischen Details sorgfältig berücksichtigt werden, insbesondere Faktoren, die die emotionalen Reaktionen der Probanden beeinflussen, einschließlich Vertrautheit, soziale Isolation, soziale Hierarchie, ...

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Offenlegungen

Die Autoren haben nichts offenzulegen.

Danksagungen

Diese Arbeit wurde unterstützt vom Institute for Basic Science (IBS), Center for Cognition and Sociality (IBS-R001-D2) und dem Grundlagenforschungsprogramm des Korea Brain Research Institute (KBRI) durch KBRI, finanziert vom Ministerium für Wissenschaft, IKT und Zukunftsplanung (23-BR-03-04).

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Materialien

Liste der in diesem Artikel verwendeten Materialien
NameUnternehmenKatalognummerKommentare
Präzisions-TierschockerCoulbourn InstrumentsH13-15
GitterbodenCoulbourn InstrumentsH13-15
Flachbandkabel für GitterCoulbourn InstrumentsH93-01-25
FreezeFrameACTIMETRICSACT-100A
FreezeView SoftwareACTIMETRICS
StimulatorACTIMETRICSACT-712
Beobachtungs-AngstkammerCoulbourn InstrumenteHöhe 32,7 cm > Breite 19,1 cm > Länge 37,8 cm 
VideoaufzeichnungssystemACTIMETRICS
Schalldämpfende Kabine
70% EthanolWeit verbreitet.
DesinfektionsmittelWeit verbreitet.
PapierhandtuchWeit verbreitet.
Plexiglas TrennwandCustomN/ABreite 18 cm > Länge 32,2 cm  
GraphPad Prism 8GraphPad Software Inc.

Referenzen

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