Un'introduzione alla modellazione dei disturbi comportamentali e dello stress

Condizioni comportamentali come ansia, depressione, schizofrenia e persino stress, influenzano negativamente la nostra qualità della vita, e quindi i neuroscienziati stanno attivamente cercando di sviluppare nuove terapie per alleviarle.

Per fare questo, molti ricercatori impiegano modelli di roditori. Nonostante le nostre differenze di dimensioni, gli esseri umani e i roditori sono in realtà notevolmente simili: siamo entrambi mammiferi, abbiamo una neuroanatomia simile, dimostriamo ormoni con funzioni simili e possiamo esibire le stesse risposte a determinati stimoli. Pertanto, i roditori sono eccellenti organismi modello per studiare i cambiamenti nel comportamento umano.

Questo video introduce brevemente i criteri utilizzati per valutare i modelli di roditori di disturbi comportamentali umani. Quindi, esploreremo alcune importanti domande poste dagli scienziati comportamentali, che saranno seguite da una discussione sui vari test comportamentali impiegati sul campo.

Iniziamo discutendo brevemente alcuni criteri utilizzati dagli scienziati per valutare i modelli di roditori di disturbi comportamentali.

I ricercatori possono utilizzare tecniche chirurgiche, farmacologiche, genetiche o ambientali per generare modelli di roditori. La validità di un modello può quindi essere testata utilizzando tre criteri "classici".

Il primo criterio è la validità facciale. Come suggerisce il nome, questo criterio valuta l'omologia sintomatica tra il modello di roditore e la condizione umana. Il secondo criterio è la validità del costrutto. Questo valuta se il modello di roditore e la condizione umana derivano dalla stessa eziologia o causa. Il criterio finale è la validità predittiva, che valuta la somiglianza tra la risposta di un modello di roditore e quella del paziente umano alla stessa terapia. Un modello perfetto di roditore di un disturbo comportamentale soddisferebbe tutti questi criteri.

Ora che hai capito perché i modelli di roditori vengono utilizzati per studiare i disturbi comportamentali e i criteri necessari per valutarli, esploriamo alcune domande chiave a cui gli scienziati stanno cercando di rispondere con questi modelli.

Come la maggior parte delle altre malattie, anche i disturbi comportamentali sono stati collegati a mutazioni genetiche e alcuni ricercatori sono interessati a identificare i geni che contribuiscono a queste condizioni. Spesso, i ricercatori in questo campo abbatteno i geni di interesse nei roditori e osservano il loro effetto su una batteria di test comportamentali.

Gli scienziati sono anche interessati a comprendere le basi anatomiche dei disturbi comportamentali. Fondamentalmente, vogliono indagare su quali regioni del cervello sono colpite nelle persone che soffrono di questi disturbi mentali. Gli scienziati un modo si stanno avvicinando a questo è danneggiando specifiche regioni del cervello nei roditori e valutando l'effetto di questo danno sul comportamento dei roditori.

Altri ricercatori, piuttosto che guardare intere strutture cerebrali, sono interessati a identificare gli intricati percorsi neurochimici interessati nei disturbi comportamentali. Poiché i neuroni comunicano tra loro utilizzando sostanze chimiche chiamate neurotrasmettitori, alcuni scienziati valutano i modelli di espressione dei recettori dei neurotrasmettitori nei cervelli esposti a condizioni diverse. Tale lavoro ha fornito la prova che i disturbi comportamentali spesso comportano cambiamenti nei livelli di neurotrasmettitori.

Dopo aver esaminato alcune domande chiave, esploriamo alcuni test che i neuroscienziati usano per esaminare i disturbi comportamentali comuni e lo stress nei roditori.

Come forse saprai, l'ansia è un disturbo comportamentale in cui qualcuno sperimenta nervosismo prima di una sfida. Per testare l'ansia, i ricercatori possono posizionare i roditori in strutture elevate contenenti aree sia murate che non murate, come il labirinto più elevato o il test dei vicoli successivi. Qui, il comportamento ansioso è caratterizzato da un roditore che rimane nelle regioni murate. In alternativa, i ricercatori possono introdurre i roditori in nuovi ambienti con il cibo e determinare quanto tempo ci vuole per mangiare; questo è il test dell'iponeofagia. Qui, la latenza per mangiare serve come parametro per misurare l'ansia. Infine, i ricercatori possono anche testare l'ansia nei roditori esponendoli a un rumore forte e brusco e valutando la conseguente risposta "di sorpresa"; questo dà al test il suo nome: il test "acoustic startle".

Un altro disturbo comportamentale comune è la depressione, che è caratterizzata da disperazione e letargia. Nei roditori, la depressione può essere misurata posizionando gli animali in ambienti da cui non possono sfuggire. Un esempio è il test di sospensione della coda, in cui i roditori sono appesi a una piattaforma e gli scienziati osservano e segnano il comportamento di fuga degli animali. Un altro test comunemente usato basato sulla disperazione è il test di nuoto forzato, in cui i roditori vengono posti in contenitori pieni d'acqua e si osservano i tentativi di un roditore di rimanere sopra l'acqua. In entrambi questi test, si ritiene che un roditore mostri un comportamento depressivo quando mostra una mancanza di movimento e cessa i suoi tentativi di fuga.

Dopo la depressione e l'ansia, diamo un'occhiata a un altro disturbo dell'umore chiamato schizofrenia, che comporta sbalzi d'umore, paranoia e allucinazioni. Un test comportamentale comune utilizzato per studiare questo disturbo è il test di inibizione preimpulso o "PPI", che è una versione modificata del test di startle acustico e comporta l'esposizione dei roditori a due stimoli acustici sequenziali: un prepulso e uno stimolo di startle, l'ultimo dei quali è di solito un forte rumore. Tipicamente, lo stimolo prepulso "inibisce" o diminuisce la risposta fisica di un roditore allo stimolo dello startle; tuttavia, questo non è il caso nei modelli di schizofrenia. I ricercatori possono anche valutare la schizofrenia in modelli di roditori utilizzando il test "iperattività locomotoria", durante il quale gli scienziati valutano l'attività di un roditore in campo aperto dopo che l'organismo è stato trattato con farmaci, come l'anfetamina. Se un roditore mostra più movimento in un campo aperto dopo l'esposizione al farmaco, questo può essere indicativo di un comportamento simile alla schizofrenia.

Oltre a modellare e testare i disturbi comportamentali, gli scienziati sono anche interessati a valutare lo stress, che è una causa proposta di molti disturbi comportamentali. Nei roditori, lo stress sociale può essere indotto aggiungendo un intruso maschio sconosciuto nella gabbia di un maschio residente. In questo scenario, l'animale intruso sperimenta stress a causa del comportamento aggressivo del residente, che è indicato da una batteria di comportamenti. Un altro modo per indurre stress negli animali è esporli a stimoli fisici avversi, come una scossa elettrica. L'esposizione alle scosse elettriche può portare a un comportamento ansioso migliorato, come l'aumento dell'interramento del marmo, che è indicativo di stress.

Ora che conosci vari test sui roditori per disturbi comportamentali e stress, diamo un'occhiata ad alcuni esempi di come i neuroscienziati li stanno attualmente usando nella loro ricerca.

Come discusso in precedenza, per comprendere le basi neuroanatomiche dei disturbi comportamentali, gli scienziati possono danneggiare specifiche regioni del cervello nei roditori e quindi testarle utilizzando compiti comportamentali. In questo esperimento, i ricercatori hanno danneggiato la corteccia prefrontale nei topi e li hanno inseriti nel successivo test dei vicoli. I risultati dimostrano che i topi trattati trascorrono più tempo nei vicoli più lontani e ansiogenici rispetto agli animali di controllo, indicando un ruolo per la corteccia prefrontale nei comportamenti ansiosi.

I modelli possono anche fornire informazioni sui geni coinvolti nei disturbi comportamentali. Qui, i ricercatori hanno sovraespresso un gene chiamato DISC1, in alcune regioni cerebrali dei roditori, quindi hanno trattato questi animali con soluzione salina o anfetamina e li hanno introdotti in un campo aperto. I risultati dimostrano che i roditori con sovraespressione genica mostrano un effetto pronunciato del trattamento con anfetamine.

Infine, i ricercatori possono utilizzare modelli per caratterizzare meglio la fisiologia sottostante dei disturbi comportamentali. Qui, gli scienziati hanno generato un modello di roditore di disturbo da stress post-traumatico e hanno studiato i cambiamenti fisiologici risultanti. Per fare questo, i ricercatori hanno prima stressato i roditori esponendoli a scosse elettriche, e poi hanno cercato cambiamenti nei livelli del principale ormone dello stress, chiamato cortisolo. I livelli di cortisolo sono risultati marcatamente più alti nei modelli PTSD rispetto alle loro controparti sane.

Hai appena visto l'introduzione di JoVE ai disturbi comportamentali e allo stress. Questo video ha esaminato il motivo per cui gli scienziati comportamentali utilizzano modelli di roditori in questo campo e ha descritto i criteri di validità per questi modelli. Quindi, abbiamo discusso le domande chiave evidenziando i problemi irrisolti del campo, seguiti dai paradigmi comportamentali attualmente utilizzati per rispondere a queste domande. Come sempre, grazie per aver guardato!