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Article de méthode

La peur observationnelle comme modèle d’empathie affective chez la souris

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DOI :

10.3791/67130

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22 novembre 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)

Dans cet article

Résumé

Le paradigme de la peur observationnelle évalue la congélation par procuration chez les rongeurs comme un modèle d’empathie affective. Cette procédure consiste à exposer des rongeurs observateurs à des démonstrateurs conspécifiques recevant des chocs de pied aversifs pour susciter des réponses de gel empathiques. En utilisant des tests de peur observationnels, les chercheurs peuvent étudier les mécanismes neuronaux sous-jacents à l’empathie affective.

Résumé

L’empathie, caractérisée par la capacité de reconnaître et de partager les émotions des autres, joue un rôle fondamental dans la formation des interactions sociales. Il permet aux individus de réagir aux états émotionnels des autres, en favorisant les comportements prosociaux et les liens sociaux. La peur observationnelle est un aspect fondamental de l’empathie affective, où un observateur voit un manifestant subir des expériences aversives et présente par la suite des comportements de peur. Cette réaction de congélation par procuration induite socialement chez les observateurs, connue sous le nom de contagion émotionnelle ou de partage d’affects, est considérée comme un indicateur de traits d’empathie chez les rongeurs. Ici, nous présentons un protocole qui délimite l’évaluation des réponses de congélation par procuration chez les observateurs exposés à des manifestants conspécifiques recevant des chocs de pied aversifs. L’utilisation de tests de peur observationnels chez les rongeurs est devenue une méthode largement adoptée pour étudier les mécanismes neuronaux sous-jacents à l’empathie affective. Étant donné l’universalité de la peur observationnelle chez les mammifères, cette méthodologie contribue davantage à faire progresser notre compréhension des substrats neuronaux de l’empathie chez les humains.

Introduction

L’empathie -- la capacité de reconnaître et de partager les sentiments des autres -- est cruciale pour nos interactions émotionnelles et sociales1. Ce protocole vise à étudier l’empathie affective chez les rongeurs par le biais d’un test de conditionnement de la peur par observation, conçu pour évaluer les réponses de peur par procuration chez un rongeur observateur. La capacité empathique a des fondements neurobiologiques profonds, avec une continuité évolutive des rongeurs aux humains2. Des sources de preuves convergentes démontrent que les rongeurs présentent une sensibilité affective significative aux états émotionnels de leurs homologues sociaux3 et affichent des comportements liés à l’empathie, y compris la peur d’observation, l’allogrooming de type consolation, la contagion émotionnelle de la douleur et les comportements d’aide prosociaux4,5,6,7,8,9. Cette continuité a des implications importantes, car elle permet d’utiliser des modèles animaux pour mieux comprendre les mécanismes neurobiologiques sous-jacents à l’empathie humaine 10.

La peur observationnelle, en particulier, sert de modèle comportemental précieux pour évaluer les réponses de peur empathique, car les rongeurs peuvent éprouver la peur par procuration en observant leurs congénères recevoir des stimuli aversifs4. Des études ont montré que des réponses de peur par procuration plus fortes sont positivement associées aux mesures de traits de l’empathie chez les humains et les primates11,12, indiquant que la peur observationnelle peut en effet représenter une caractéristique fondamentale de l’empathie émotionnelle2. Par rapport à d’autres tests d’empathie1,2,4,10, le conditionnement de la peur observationnel est avantageux car il permet de mesurer la contagion émotionnelle sans soumettre l’observateur à des stimuli aversifs directs. Cela fournit une mesure moins invasive mais fiable de l’empathie affective, ce qui la rend adaptée aux mesures répétées et aux études approfondies sur les circuits neuronaux liés à l’empathie.

Dans le conditionnement de peur observationnel, une souris (observateur) est conditionnée par procuration à la peur dépendante du contexte en regardant une autre souris (démonstrateur) recevoir des chocs de pied répétitifs, sans ressentir de stimuli aversifs directs. L’essai de conditionnement de la peur par observation utilise un appareil de conditionnement de la peur à deux compartiments, qui est divisé par un diviseur en plexiglas transparent13. Cette configuration permet à l’observateur dans une chambre de voir clairement la souris de démonstration dans la chambre opposée. De plus, les odeurs et les sons peuvent être transmis entre les chambres à travers le plancher de la tige. Dans un compartiment, la souris de démonstration, qui recevra le stimulus aversif d’un choc de pied, est positionnée, tandis que dans l’autre compartiment, la souris observatrice est située pour témoigner de la détresse de la souris de démonstration à travers la cloison centrale transparente. Ce paradigme se compose de deux séances : une période d’habituation de 5 minutes suivie d’une période de conditionnement de 4 minutes. Le comportement de blocage affiché par la souris observatrice se produit lorsque le démonstrateur présente des réponses typiques aux chocs aversifs du pied, y compris des grincements induits par la douleur, des sauts, des courses et des blocages, pendant la période de conditionnement. Cette réaction de congélation par procuration chez les observateurs est considérée comme une mesure de la contagion émotionnelle, une forme fondamentale d’empathie affective chez les rongeurs. Le développement du test de peur observationnel chez les rongeurs a permis aux chercheurs d’étudier les circuits neuronaux et les fondements génétiques qui interviennent dans l’empathie affective.

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Protocole

Toutes les procédures utilisant des animaux vivants décrites ici ont été approuvées par le Comité institutionnel de soin et d’utilisation des animaux (IACUC) de l’Institut des sciences fondamentales (IBS). Les souris C57BL/6J mâles ou femelles (observatrices et démonstratrices), âgées de 10 à 12 semaines, ont été logées séparément. Les souris ont été logées de 2 à 5 animaux par cage et maintenues à une température constante de 23 à 25 °C avec un cycle lumière/obscurité de 12 heures. Les souris ont reçu de la nourriture de souris et de l’eau à volonté. Aucune manipulation n’a été effectuée avant les essais. Les détails des réactifs et de l’équipement utilisés dans cette étude sont énumérés dans la table des matériaux.

1. Préparation au conditionnement de la peur observationnelle

  1. Conditions d’hébergement : Maisons entre frères et sœurs (2-3 souris/cage) après le sevrage. Hébergez les souris non sœurs dans des cages séparées13. Pour les expériences impliquant des couples d’accouplement, préparez des cages d’accouplement avec une souris mâle et deux souris femelles. Co-hébergez les mâles et les femelles pendant au moins 10 semaines.
  2. Habituation à la pièce : Transférez les animaux dans leurs cages domestiques dans la salle d’attente au moins 30 minutes avant le début des tests comportementaux pour permettre aux souris de s’acclimater à l’environnement de test.
    REMARQUE : Maintenir l’intensité lumineuse dans la salle d’expérimentation à environ 90 lux et dans la zone d’attente pour l’accoutumance à 35 lux.
  3. Configuration pour le conditionnement de la peur par observation
    1. Configuration de l’appareil : Assemblez l’appareil pour le conditionnement de la peur par observation, mesurant 32,7 cm de hauteur, 19,1 cm de largeur et 37,8 cm de longueur (Figure 1A).
      1. Comprend deux chambres cloisonnées par un séparateur en plexiglas transparent poreux (six trous d’un rayon de 3 mm) (18 cm de large × 32,2 cm de long) au milieu. Placez une grille composée de plusieurs tiges d’acier sur le sol de la chambre pour administrer des chocs électriques aux pieds.
    2. S’assurer que le protocole de conditionnement de la peur observationnelle comprend deux périodes : une période d’habituation de 5 minutes suivie d’une période de conditionnement de 4 minutes, au cours de laquelle un choc de 2 s (1 mA) est délivré toutes les 10 s à la souris démonstratrice. Programmez ce protocole à l’aide de FreezeFrame software.
      REMARQUE : Comme décrit précédemment14, assurez-vous que l’intensité du choc du pied est de 1 mA pour induire de manière fiable toute la gamme des réponses comportementales chez les animaux démonstrateurs, y compris la course, la vocalisation et le saut. Évitez de réduire cette intensité, car cela pourrait entraîner des réponses incohérentes chez les manifestants et les observateurs. Cependant, envisagez d’utiliser une intensité de choc plus faible ou moins de délivrances de chocs si une gamme complète de réponses comportementales du démonstrateur peut être induite dans des contextes expérimentaux spécifiques.
  4. Enregistrement vidéo : Allumez la caméra vidéo et assurez-vous que la chambre d’essai est entièrement visible dans le cadre pour une analyse ultérieure.
    REMARQUE : Installez la caméra vidéo à l'intérieur de la cabine d'atténuation du son, en la positionnant directement au-dessus de l'animal pour assurer un enregistrement clair du comportement de l'animal.

2. Procédure de conditionnement de la peur par observation

  1. Période d’habituation
    1. Désignez un animal comme observateur et l’autre comme démonstrateur, selon l’animal qui sera soumis à des chocs aversifs aux pieds.
    2. Placez la souris de démonstration dans la chambre où le choc du pied sera administré en premier, puis positionnez la souris observatrice dans la chambre opposée, séparée par un séparateur en plexiglas transparent.
    3. Exécutez le protocole programmé à l’aide du logiciel immédiatement après avoir fermé la porte de la chambre.
      REMARQUE : Entrez un protocole complet dans le logiciel FreezeFrame qui comprend à la fois une période d’habituation (sans chocs de pied) suivie d’une phase de conditionnement qui délivre un choc de pied de 2 s à la souris du démonstrateur toutes les 10 s tout en permettant à la caméra d’enregistrer tout au long de la procédure.
    4. Permettez à l’observateur et aux souris démonstratrices de se déplacer et d’explorer librement dans la chambre pendant 5 min pendant la séance d’habituation.
  2. Période de conditionnement
    1. Délivrez automatiquement des chocs électriques au pied à la souris démonstratrice pendant 4 minutes après la période d’habituation.
    2. Assurez-vous que la souris observatrice observe les réponses à la douleur de la souris démonstratrice pendant la période de conditionnement.
      REMARQUE : Les analgésiques ont été retenus pour préserver les réponses douloureuses du démonstrateur aux chocs électriques, des signaux sociaux essentiels pour induire des altérations de l'état émotionnel chez les souris observatrices.
    3. Après chaque séance, placez les manifestants et les observateurs dans des cages d’attente séparées. Une fois les tests terminés, retournez chaque animal dans sa cage d’origine.
    4. Nettoyez l’appareil et la grille sur le sol avec de l’éthanol à 70 % et des mouchoirs en papier.
      REMARQUE : Nettoyez soigneusement l’appareil avec un désinfectant entre les expériences répétées pour éliminer tout signal olfactif résiduel des sujets précédents et maintenir la cohérence entre les essais. De plus, essuyez avec de l’éthanol à 70 % une fois toutes les expériences terminées.

3. Analyse des réponses de congélation par procuration

  1. Analysez le comportement enregistré de l’observateur pendant les périodes d’accoutumance et de conditionnement15.
  2. Exécutez le logiciel pour détecter automatiquement les périodes d’immobilité de la souris observatrice qui durent plus de 0,75 s, ce qui est considéré comme un gel.
    REMARQUE : Effectuez une analyse manuelle ou automatique pour noter les réponses de gelage15.

4. Procédures de suivi

  1. Après les expériences, surveillez le comportement et la santé de tous les animaux pour vous assurer qu’ils se remettent complètement de tout facteur de stress.
  2. Fournir un logement et des soins appropriés aux animaux, y compris de la nourriture et de l’eau, immédiatement après la fin des tests.
  3. Enregistrer tout changement de comportement pendant et après les expériences afin d’évaluer l’impact des procédures de conditionnement.

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Résultats

Comme décrit dans le diagramme comportemental (Figure 1A), la session commence par une période d'habituation (5 min), suivie d'une phase de conditionnement de la peur par observation (4 min). Dans cette expérience, les souris montreuses du groupe de peur par observation (OF) ont reçu des chocs électriques aversifs aux pattes pendant la phase de conditionnement, tandis que celles du groupe témoin (Con) n'ont pas reçu de chocs. Seule la souris observatrice du groupe OF a été témoin des réponse...

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Discussion

Le test de conditionnement de la peur par observation contextuelle (OFC), décrit dans ce protocole comportemental, est utilisé pour étudier l’empathie affective chez la souris 4,16. Pour réussir à mettre en œuvre ce paradigme, il faut accorder une attention particulière aux conditions expérimentales et aux détails pratiques, en particulier les facteurs qui influencent les réponses émotionnelles des sujets, notamment la familiarité, l'isolement social, la hiérarch...

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Déclarations de divulgation

Les auteurs n’ont rien à divulguer.

Remerciements

Ce travail a été soutenu par l’Institut des sciences fondamentales (IBS), le Centre pour la cognition et la socialité (IBS-R001-D2) et le programme de recherche fondamentale de l’Institut coréen de recherche sur le cerveau (KBRI) par l’intermédiaire du KBRI, financé par le ministère des Sciences, des TIC et de la Planification future (23-BR-03-04).

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Matériaux

Liste des matériaux utilisés dans cet article
NomEntrepriseNuméro de catalogueCommentaires
Shocker animal de précisionCoulbourn InstrumentsH13-15
Sol en grilleCoulbourn InstrumentsH13-15
Câble plat pour grillesCoulbourn InstrumentsH93-01-25
FreezeFrameACTIMETRICSACT-100A
LogicielFreezeView Stimulateur
ACTIMETRICSACT-712
Chambre d’observation de la peurCoulbourn Instrumentshauteur 32,7 cm & fois ; largeur 19,1 cm & fois ; longueur 37,8 cm   ;
Système d’enregistrement vidéoACTIMETRICS
Cabine
70 % éthanolLargement disponible.
Largement disponible.
essuie-toutLargement disponible.
Séparateur en plexiglasCustomN/Alargeur 18 cm & fois ; longueur 32,2 cm  ;
GraphPad Prism 8Logiciel GraphPad Inc.
insonorisant Désinfectant

Références

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