El paradigma del miedo observacional evalúa la congelación vicaria en roedores como modelo de empatía afectiva. Este procedimiento consiste en exponer a los roedores observadores a demostradores conespecíficos que reciben descargas aversivas en los pies para provocar respuestas empáticas de congelación. Mediante el empleo de ensayos observacionales del miedo, los investigadores pueden investigar los mecanismos neuronales que subyacen a la empatía afectiva.
Se requiere una suscripción a JoVE para ver este contenido. Inicie sesión o comience su prueba gratuita.
Artículo de método
El miedo observacional como modelo de empatía afectiva en ratones
En este artículo
Resumen
Resumen
La empatía, caracterizada por la capacidad de reconocer y compartir las emociones de los demás, juega un papel fundamental en la configuración de las interacciones sociales. Permite a las personas responder a los estados emocionales de los demás, promoviendo comportamientos prosociales y vínculos sociales. El miedo observacional es un aspecto fundamental de la empatía afectiva, donde un observador es testigo de cómo un demostrador sufre experiencias aversivas y, posteriormente, exhibe comportamientos de miedo. Esta respuesta de congelación indirecta inducida socialmente en los observadores, conocida como contagio emocional o intercambio de afectos, se considera un indicador de rasgos similares a la empatía en los roedores. Aquí, presentamos un protocolo que delinea la evaluación de las respuestas de congelación indirecta en observadores expuestos a demostradores conespecíficos que reciben descargas aversivas en los pies. La utilización de ensayos observacionales de miedo en roedores se ha convertido en un método ampliamente adoptado para estudiar los mecanismos neuronales que subyacen a la empatía afectiva. Dada la universalidad del miedo observacional en los mamíferos, esta metodología contribuye aún más a avanzar en nuestra comprensión de los sustratos neuronales de la empatía en los seres humanos.
Introducción
La empatía -- la capacidad de reconocer y compartir los sentimientos de los demás -- es crucial para nuestras interacciones emocionales y sociales1. Este protocolo tiene como objetivo investigar la empatía afectiva en roedores a través del ensayo observacional de condicionamiento del miedo, diseñado para evaluar las respuestas de miedo vicario en un roedor observador. La capacidad empática tiene profundos fundamentos neurobiológicos, con continuidad evolutiva desde roedores hasta humanos2. Las líneas convergentes de evidencia demuestran que los roedores exhiben una sensibilidad afectiva significativa a los estados emocionales de sus contrapartes sociales3 y muestran comportamientos relacionados con la empatía, incluyendo miedo observacional, acomodación similar a la consolación, contagio emocional del dolor y comportamientos de ayuda prosocial4,5,6,7,8,9. Esta continuidad tiene implicaciones importantes, ya que permite el uso de modelos animales para obtener una visión más profunda de los mecanismos neurobiológicos que subyacen a la empatía humana10.
El miedo observacional, en particular, sirve como un valioso modelo de comportamiento para evaluar las respuestas empáticas al miedo, ya que los roedores pueden experimentar miedo indirectamente al observar a sus congéneres recibiendo estímulos aversivos4. Los estudios han demostrado que las respuestas de miedo vicario más fuertes se asocian positivamente con medidas de rasgos de empatía en humanos y primates11,12, lo que indica que el miedo observacional puede representar una característica fundamental de la empatía emocional2. En comparación con otros ensayos de empatía1,2,4,10, el condicionamiento observacional del miedo es ventajoso ya que permite medir el contagio emocional sin someter al observador a estímulos aversivos directos. Esto proporciona una medida menos invasiva pero fiable de la empatía afectiva, por lo que es adecuada para mediciones repetidas y estudios en profundidad sobre los circuitos neuronales relacionados con la empatía.
En el condicionamiento observacional del miedo, un ratón (observador) está condicionado indirectamente para el miedo dependiente del contexto al observar a otro ratón (demostrador) recibir descargas repetitivas en los pies, sin experimentar estímulos aversivos directos. El ensayo observacional de condicionamiento del miedo emplea un aparato de condicionamiento del miedo de doble compartimento, que está dividido por un divisor de plexiglás transparente13. Esta configuración permite que el observador en una cámara vea claramente el ratón de demostración en la cámara opuesta. Además, los olores y sonidos se pueden transmitir entre las cámaras a través del suelo de la varilla. En un compartimento, se coloca el ratón de demostrador, que recibirá el estímulo aversivo de un choque en el pie, mientras que en el otro compartimento, el ratón observador está situado para presenciar la angustia del ratón de demostración a través de la partición central transparente. Este paradigma consta de dos sesiones: una habituación de 5 minutos seguida de un período de acondicionamiento de 4 minutos. El comportamiento de congelación mostrado por el ratón observador ocurre cuando el demostrador exhibe respuestas típicas a los choques aversivos del pie, incluidos chirridos inducidos por el dolor, saltos, carreras y congelación, durante el período de acondicionamiento. Esta respuesta de congelación indirecta socialmente evocada en los observadores se considera una medida de contagio emocional, una forma básica de empatía afectiva en los roedores. El desarrollo del ensayo observacional del miedo en roedores ha permitido a los investigadores investigar los circuitos neuronales y los fundamentos genéticos que median la empatía afectiva.
Acceso restringido. Inicie sesión o comience una prueba gratuita para ver este contenido.
Protocolo
Todos los procedimientos con animales vivos descritos aquí fueron aprobados por el Comité Institucional de Cuidado y Uso de Animales (IACUC) del Instituto de Ciencias Básicas (IBS). Los ratones machos o hembras C57BL/6J (observadores y demostradores), de 10 a 12 semanas de edad, se alojaron por separado. Los ratones se alojaron de 2 a 5 animales por jaula y se mantuvieron a una temperatura constante de 23-25 °C con un ciclo de luz/oscuridad de 12 horas. A los ratones se les proporcionó comida para ratones y agua ad libitum. No se realizó ninguna manipulación antes de la prueba. Los detalles de los reactivos y equipos utilizados en este estudio se enumeran en la Tabla de Materiales.
1. Preparación para el condicionamiento observacional del miedo
- Condiciones de alojamiento: Alojar a los hermanos juntos (2-3 ratones/jaula) después del destete. Aloja ratones no hermanos en jaulas separadas13. Para los experimentos que involucran parejas de apareamiento, prepare jaulas de apareamiento con un ratón macho y dos hembras. Aloja a los machos y las hembras durante al menos 10 semanas.
- Habituación de la habitación: Transfiera a los animales en sus jaulas domésticas al área de espera al menos 30 minutos antes de que comiencen las pruebas de comportamiento para permitir que los ratones se aclimaten al entorno >
- Configuración para el condicionamiento observacional del miedo
- Configuración del aparato: Ensamble el aparato para el condicionamiento observacional del miedo, que mide 32,7 cm de altura, 19,1 cm de ancho y 37,8 cm de largo (Figura 1A).
- Incluyen dos cámaras divididas por un divisor de plexiglás transparente poroso (seis orificios con un radio de 3 mm) (18 cm de ancho × 32,2 cm de largo) en el medio. Coloque una rejilla que consta de múltiples varillas de acero en el piso de la cámara para administrar descargas eléctricas en los pies.
- Asegúrese de que el protocolo para el condicionamiento observacional del miedo conste de dos períodos: un período de habituación de 5 minutos seguido de un período de condicionamiento de 4 minutos, durante el cual se administra una descarga de 2 s al pie (1 mA) cada 10 s al ratón de demostrador. Programe este protocolo utilizando el software FreezeFrame.
NOTA: Como se describió anteriormente14, asegúrese de que la intensidad del choque del pie sea de 1 mA para inducir de manera confiable la gama completa de respuestas de comportamiento en los animales de demostrador, incluyendo correr, vocalizar y saltar. Evite reducir esta intensidad, ya que puede dar lugar a respuestas inconsistentes tanto en los manifestantes como en los observadores. Sin embargo, considere el uso de una intensidad de choque más baja o menos entregas de choque si se puede inducir una gama completa de respuestas conductuales del demostrador en entornos experimentales específicos.
- Configuración del aparato: Ensamble el aparato para el condicionamiento observacional del miedo, que mide 32,7 cm de altura, 19,1 cm de ancho y 37,8 cm de largo (Figura 1A).
- Grabación >
2. Procedimiento observacional de condicionamiento del miedo
- Periodo de habituación
- Asigne a un animal como observador y al otro como demostrador, dependiendo de qué animal será sometido a descargas aversivas en los pies.
- Coloque el ratón de demostración en la cámara donde se administrará primero el amortiguador de pie y, a continuación, coloque el ratón observador en la cámara opuesta, separada por un divisor de plexiglás transparente.
- Ejecute el protocolo programado utilizando el software inmediatamente después de cerrar la puerta de la cámara.
NOTA: Introduzca un protocolo completo en el software FreezeFrame que incluya un período de habituación (sin descargas en los pies) seguido de una fase de acondicionamiento que proporciona una descarga de 2 s en el pie al ratón de demostración cada 10 s mientras permite que la cámara grabe durante todo el procedimiento. - Permita que los ratones observadores y demostradores se muevan y exploren libremente en la cámara durante 5 minutos durante la sesión de habituación.
- Periodo de acondicionamiento
- Administre automáticamente descargas eléctricas de pie al mouse de demostración durante 4 minutos después del período de habituación.
- Asegúrese de que el ratón observador sea testigo de las respuestas al dolor del ratón demostrador durante el período de acondicionamiento.
NOTA: Los analgésicos se retuvieron para preservar las respuestas de dolor del demostrador a las descargas eléctricas, señales sociales esenciales para inducir alteraciones del estado emocional en ratones observadores. - Después de cada sesión, coloque a los demostradores y observadores en jaulas de retención separadas. Una vez finalizadas las pruebas, regrese cada animal a su jaula de origen.
- Limpie el aparato y la rejilla en el suelo con etanol al 70% y pañuelos de papel.
NOTA: Limpie a fondo el aparato con desinfectante entre experimentos repetidos para eliminar cualquier señal olfativa residual de sujetos anteriores y mantener la consistencia en todos los ensayos. Además, limpie con etanol al 70% después de completar todos los experimentos.
3. Análisis de las respuestas de congelación indirecta
- Analice el comportamiento registrado del observador durante los períodos de habituación y acondicionamiento15.
- Ejecute el software para detectar automáticamente los episodios inmóviles del ratón observador que duran más de 0,75 s, que se consideran congelantes.
NOTA: Realice análisis de forma manual o automática para puntuar las respuestas de congelación15.
4. Procedimientos de seguimiento
- Después de los experimentos, controle el comportamiento y la salud de todos los animales para asegurarse de que se recuperen por completo de cualquier factor estresante.
- Proporcionar alojamiento y cuidado adecuados a los animales, incluyendo comida y agua, inmediatamente después de la finalización de las pruebas.
- Registre cualquier cambio en el comportamiento durante y después de los experimentos para evaluar el impacto de los procedimientos de acondicionamiento.
Acceso restringido. Inicie sesión o comience una prueba gratuita para ver este contenido.
Resultados
Como se describe en el diagrama conductual (Figura 1A), la sesión comienza con un período de habituación (5 min), seguido por un período de condicionamiento observacional del miedo (4 min). En este experimento, los ratones demostradores del grupo de miedo observacional (OF) recibieron descargas eléctricas aversivas en las patas durante el período de condicionamiento, mientras que los del grupo control (Con) no recibieron descargas. Solo el ratón observador en el grupo OF presenció las respue...
Acceso restringido. Inicie sesión o comience una prueba gratuita para ver este contenido.
Discusión
La prueba de condicionamiento observacional contextual del miedo (OFC), descrita en este protocolo conductual, se emplea para estudiar la empatía afectiva en ratones 4,16. Para ejecutar con éxito este paradigma, se debe prestar especial atención a las condiciones experimentales y los detalles prácticos, en particular los factores que influyen en las respuestas emocionales de los sujetos, incluida la familiaridad, el aislamiento social, la jerarquía social, la exp...
Acceso restringido. Inicie sesión o comience una prueba gratuita para ver este contenido.
Divulgaciones
Los autores no tienen nada que revelar.
Agradecimientos
Este trabajo fue apoyado por el Instituto de Ciencias Básicas (IBS), Centro para la Cognición y la Sociabilidad (IBS-R001-D2), y el programa de investigación básica del Instituto Coreano de Investigación del Cerebro (KBRI) a través de KBRI, financiado por el Ministerio de Ciencia, TIC y Planificación Futura (23-BR-03-04).
Acceso restringido. Inicie sesión o comience una prueba gratuita para ver este contenido.
Materiales
| Nombre | Empresa | Número de catálogo | Comentarios |
|---|---|---|---|
| Amortiguador de animales de precisión | Coulbourn Instruments | H13-15 | |
| Suelo de rejilla | Coulbourn Instruments | H13-15 | |
| Cable plano para rejillas | Coulbourn Instruments | H93-01-25 | |
| FreezeFrame | ACTIMETRICS | ACT-100A | |
| FreezeVer software | ACTIMETRICS | ||
| Estimulador | ACTIMETRICS | ACT-712 | |
| Cámara de observación del miedo | Coulbourn Instruments | altura 32,7 cm y veces; ancho 19,1 cm y veces; longitud 37,8 cm | |
| Sistema de grabación de vídeo | ACTIMETRICS | ||
| Cubículo atenuador de sonido 70 | |||
| % etanol | Ampliamente disponible. | ||
| Desinfectante | ampliamente disponible. | ||
| toalla | ampliamente disponible. | ||
| Separador de plexiglás | Custom | N/A | ancho 18 cm y veces; largo 32,2 cm |
| GraphPad Prisma 8 | GraphPad Software Inc. |
Referencias
- De Waal, F. B. M., Preston, S. D. Mammalian empathy: Behavioural manifestations and neural basis. Nat Rev Neurosci. 18 (8), 498-509 (2017).
- Panksepp, J., Panksepp, J. B. Toward a cross-species understanding of empathy. Trends Neurosci. 36 (8), 489-496 (2013).
- Decety, J. Dissecting the neural mechanisms mediating empathy. Emotion Rev. 3 (1), 92-108 (2011).
- Jeon, D., et al. Observational fear learning involves affective pain system and Cav1.2 Ca2+ channels in ACC. Nat Neurosci. 13 (4), 482-488 (2010).
- Langford, D. J., et al. Social modulation of pain as evidence for empathy in mice. Science. 312 (5782), 1967-1970 (2006).
- Burkett, J. P., et al. Oxytocin-dependent consolation behavior in rodents. Science. 351 (6271), 375-378 (2016).
- Zhang, M., Wu, Y. E., Jiang, M., Hong, W. Cortical regulation of helping behaviour towards others in pain. Nature. 626 (7997), 136-144 (2024).
- Wu, Y. E., et al. Neural control of affiliative touch in prosocial interaction. Nature. 599 (7884), 262-267 (2021).
- Bartal, I. B. A., Decety, J., Mason, P. Empathy and prosocial behavior in rats. Science. 334 (6061), 1427-1430 (2011).
- Haaker, J., Golkar, A., Selbing, I., Olsson, A. Assessment of social transmission of threats in humans using observational fear conditioning. Nat Protoc. 12 (7), 1378-1386 (2017).
- Olsson, A., Nearing, K. I., Phelps, E. A. Learning fears by observing others: The neural systems of social fear transmission. Soc Cogn and Affect Neurosci. 2 (1), 3-11 (2007).
- Kleberg, J. L., Selbing, I., Lundqvist, D., Hofvander, B., Olsson, A. Spontaneous eye movements and trait empathy predict vicarious learning of fear. Int J Psychophysiol. 98 (3), 577-583 (2015).
- Jeon, D., Shin, H. S. A mouse model for observational fear learning and the empathetic response. Curr Protoc in Neurosci. 57 (1), 8.27.1-8.27.9 (2011).
- Keum, S., et al. Variability in empathic fear response among 11 inbred strains of mice. Genes Brain Behav. 15 (2), 231-242 (2016).
- Keum, S., et al. A missense variant at the Nrxn3 locus enhances empathy fear in the mouse. Neuron. 98 (3), 588-601.e5 (2018).
- Keum, S., Shin, H. S. Neural basis of observational fear learning: A potential model of affective empathy. Neuron. 104 (1), 78-86 (2019).
- Gonzalez-Liencres, C., Juckel, G., Tas, C., Friebe, A., Brüne, M. Emotional contagion in mice: The role of familiarity. Behav Brain Res. 263, 16-21 (2014).
- Yusufishaq, S., Rosenkranz, J. A. Post-weaning social isolation impairs observational fear conditioning. Behav Brain Res. 242 (1), 142-149 (2013).
- Keum, S., Shin, H. S. Rodent models for studying empathy. Neurobiol Learn and Mem. 135, 22-26 (2016).
- Sakaguchi, T., Iwasaki, S., Okada, M., Okamoto, K., Ikegaya, Y. Ethanol facilitates socially evoked memory recall in mice by recruiting pain-sensitive anterior cingulate cortical neurons. Nature Commun. 9 (1), 1-10 (2018).
- Park, J., Ha, S., Shin, H. S., Jeong, J. Experience of a hierarchical relationship between a pair of mice specifically influences their affective empathy toward each other. Genes Brain Behav. 21 (5), e12810(2022).
- Panksepp, J. B., Lahvis, G. P. Differential influence of social versus isolate housing on vicarious fear learning in adolescent mice. Behav Neurosci. 130 (2), 206-211 (2016).
- Chen, Q. L., Panksepp, J. B., Lahvis, G. P. Empathy is moderated by genetic background in mice. PLOS One. 4 (2), e4387(2009).
- Keysers, C., Knapska, E., Moita, M. A., Gazzola, V. Emotional contagion and prosocial behavior in rodents. Trends Cogn Sci. 26 (8), 688-706 (2022).
- Carrillo, M., et al. Emotional mirror neurons in the rat's anterior cingulate cortex. Curr Biol. 29 (8), 1301-1312.e6 (2019).
- Silverstein, S. E., et al. A distinct cortical code for socially learned threat. Nature. 626 (8001), 1066-1072 (2024).
- Allsop, S. A., et al. Corticoamygdala transfer of socially derived information gates observational learning. Cell. 173 (6), 1329-1342.e18 (2018).
- Terranova, J. I., et al. Hippocampal-amygdala memory circuits govern experience-dependent observational fear. Neuron. 110 (8), 1416-1431.e13 (2022).
- Choi, J., et al. ARNT2 controls prefrontal somatostatin interneurons mediating affective empathy. Cell Rep. 43 (9), 114659(2024).
- Pisansky, M. T., Hanson, L. R., Gottesman, I. I., Gewirtz, J. C. Oxytocin enhances observational fear in mice. Nature Commun. 8 (1), 2102(2017).
- Panksepp, J. B., Lahvis, G. P. Sociability versus empathy in adolescent mice: Different or distinctive. Learn Motiv. 83, 101892(2023).
Acceso restringido. Inicie sesión o comience una prueba gratuita para ver este contenido.
Reimpresiones y permisos
