Name: La paura osservativa come modello di empatia affettiva nei topi (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2024-11-22T14:00:00.000+00:00
Duration: 4 min 14 s
Description: Scopri il paradigma della paura osservativa per studiare l'empatia affettiva nei roditori. Questo metodo analizza i circuiti neurali della corteccia cingolata anteriore e i geni coinvolti nei comportamenti di congelamento vicario.

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Questo lavoro è stato supportato dall'Institute for Basic Science (IBS), dal Center for Cognition and Sociality (IBS-R001-D2) e dal programma di ricerca di base Korea Brain Research Institute (KBRI) attraverso KBRI, finanziato dal Ministero della Scienza, delle TIC e della Pianificazione del Futuro (23-BR-03-04).

Tutte le procedure che utilizzano animali vivi qui descritte sono state approvate dal Comitato Istituzionale per la Cura e l'Uso degli Animali (IACUC) dell'Istituto per la Scienza di Base (IBS). I topi C57BL/6J maschi o femmine (osservatori e dimostratori), di età compresa tra 10 e 12 settimane, sono stati alloggiati separatamente. I topi sono stati alloggiati da 2 a 5 animali per gabbia e mantenuti a una temperatura costante di 23-25 °C con un ciclo luce/buio di 12 ore. Ai topi è stato fornito cibo per topi e acqua ad libitum. Prima del test non è stata eseguita alcuna manipolazione. I dettagli dei reagenti e delle attrezzature utilizzate in questo studio sono elencati nella Tabella dei materiali.
1. Preparazione per il condizionamento osservativo della paura
<ol>
	<li>Condizioni di stabulazione: Ospitare i fratelli insieme (2-3 topi/gabbia) dopo lo svezzamento. Ospita topi non fratelli in gabbie separate13. Per gli esperimenti che coinvolgono coppie di accoppiamento, preparare gabbie di accoppiamento con un topo maschio e due femmine. Co-ospitare i maschi e le femmine per almeno 10 settimane.</li>
	<li>Abitudine alla stanza: trasferire gli animali nelle gabbie domestiche nell'area di attesa almeno 30 minuti prima dell'inizio dei test comportamentali per consentire ai topi di acclimatarsi all'ambiente di test><.
	NOTA: Mantenere l'intensità della luce nella sala sperimentale a circa 90 lux e nell'area di attesa per l'assuefazione a 35 lux.</li>
	<li>Configurazione per il condizionamento della paura osservazionale
	<ol>
		<li>Configurazione dell'apparato: Assemblare l'apparecchio per il condizionamento della paura osservativa, che misura 32,7 cm di altezza, 19,1 cm di larghezza e 37,8 cm di lunghezza (Figura 1A).
		<ol>
			<li>Includono due camere divise da un divisorio in plexiglas trasparente poroso (sei fori con un raggio di 3 mm) (18 cm di larghezza × 32,2 cm di lunghezza) al centro. Posiziona una griglia composta da più barre d'acciaio sul pavimento della camera per somministrare scosse elettriche ai piedi.</li>
		</ol>
		</li>
		<li>Assicurarsi che il protocollo per il condizionamento osservazionale della paura consista in due periodi: un periodo di assuefazione di 5 minuti seguito da un periodo di condizionamento di 4 minuti, durante il quale viene erogata una scossa di 2 s foot (1 mA) ogni 10 s al topo dimostratore. Programmare questo protocollo utilizzando FreezeFrame software. 
		NOTA: Come descritto in precedenza14, assicurarsi che l'intensità della scossa del piede sia di 1 mA per indurre in modo affidabile l'intera gamma di risposte comportamentali negli animali dimostratori, tra cui corsa, vocalizzazione e salto. Evitare di ridurre questa intensità, in quanto potrebbe portare a risposte incoerenti sia nei dimostratori che negli osservatori. Tuttavia, prendere in considerazione l'utilizzo di un'intensità di shock inferiore o di un minor numero di erogazioni di shock se è possibile indurre una gamma completa di risposte comportamentali da parte del dimostratore in specifici contesti sperimentali.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Registrazione video: Accendi la videocamera e assicurati che la camera di prova sia completamente visibile all'interno dell'inquadratura per la successiva analisi. 
	NOTA: Installare la videocamera all'interno della cabina fonoassorbente, posizionandola direttamente sopra l'animale per garantire una chiara registrazione del comportamento dell'animale.</li>
</ol>
2. Procedura di condizionamento osservazionale della paura
<ol>
	<li>Periodo di assuefazione
	<ol>
		<li>Assegna un animale come osservatore e l'altro come dimostratore, a seconda di quale animale sarà sottoposto a urti avversivi del piede.</li>
		<li>Posizionare il mouse dimostratore nella camera in cui verrà somministrato per primo lo shock del piede, quindi posizionare il mouse osservatore nella camera opposta, separati da un divisorio in plexiglas trasparente.</li>
		<li>Eseguire il protocollo programmato utilizzando il software subito dopo aver chiuso lo sportello della camera. 
		NOTA: Inserire un protocollo completo nel software FreezeFrame che include sia un periodo di assuefazione (senza scosse del piede) seguito da una fase di condizionamento che eroga una scossa di 2 s al mouse dimostratore ogni 10 s, consentendo alla telecamera di registrare durante l'intera procedura.</li>
		<li>Consentire all'osservatore e ai topi dimostratori di muoversi liberamente ed esplorare nella camera per 5 minuti durante la sessione di assuefazione.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Periodo di condizionamento
	<ol>
		<li>Eroga automaticamente scosse elettriche al piede del mouse dimostrativo per 4 minuti dopo il periodo di assuefazione.</li>
		<li>Assicurarsi che il topo osservatore assista alle risposte al dolore del topo dimostratore durante il periodo di condizionamento. 
		NOTA: Gli analgesici sono stati trattenuti per preservare le risposte al dolore del dimostratore alla scossa elettrica, segnali sociali essenziali per indurre alterazioni dello stato emotivo nei topi osservatori.</li>
		<li>Dopo ogni sessione, collocare i dimostratori e gli osservatori in gabbie di contenimento separate. Al termine dei test, riportare ogni animale nella sua gabbia di casa.</li>
		<li>Pulire l'apparecchio e la griglia sul pavimento utilizzando etanolo al 70% e fazzoletti di carta. 
		NOTA: Pulire accuratamente l'apparecchio con disinfettante tra esperimenti ripetuti per eliminare eventuali segnali olfattivi residui dai soggetti precedenti e mantenere la coerenza tra le prove. Inoltre, pulire con etanolo al 70% dopo aver completato tutti gli esperimenti.</li>
	</ol>
	</li>
</ol>
3. Analisi delle risposte al congelamento vicario
<ol>
	<li>Analizza il comportamento registrato dell'osservatore durante entrambi i periodi di assuefazione e condizionamento15.</li>
	<li>Esegui il software per rilevare automaticamente gli attacchi immobili del mouse osservatore che durano più di 0,75 s, che sono considerati congelamento. 
	NOTA: Condurre l'analisi manualmente o automaticamente per il punteggio delle risposte al congelamento15.</li>
</ol>
4. Procedure di follow-up
<ol>
	<li>Dopo gli esperimenti, monitora il comportamento e la salute di tutti gli animali per assicurarti che si riprendano completamente da eventuali fattori di stress.</li>
	<li>Fornire un alloggio e una cura adeguati agli animali, compresi cibo e acqua, subito dopo il completamento dei test.</li>
	<li>Registrare eventuali cambiamenti nel comportamento durante e dopo gli esperimenti per valutare l'impatto delle procedure di condizionamento.</li>
</ol>

Assessing Rodent Empathy: Observational Fear and Vicarious Freezing Method

<ol><li>De Waal, F. B. M., Preston, S. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Mammalian+empathy%3A+Behavioural+manifestations+and+neural+basis%5BTitle%5D)+AND+%22Nat+Rev+Neurosci%22%5BJournal%5D)">Mammalian empathy: Behavioural manifestations and neural basis.</a> Nat Rev Neurosci. 18 (8), 498-509 (2017).</li>
<li>Panksepp, J., Panksepp, J. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Toward+a+cross-species+understanding+of+empathy%5BTitle%5D)+AND+%22Trends+Neurosci%22%5BJournal%5D)">Toward a cross-species understanding of empathy.</a> Trends Neurosci. 36 (8), 489-496 (2013).</li>
<li>Decety, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Dissecting+the+neural+mechanisms+mediating+empathy%5BTitle%5D)+AND+%22Emotion+Rev%22%5BJournal%5D)">Dissecting the neural mechanisms mediating empathy.</a> Emotion Rev. 3 (1), 92-108 (2011).</li>
<li>Jeon, D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Observational+fear+learning+involves+affective+pain+system+and+Cav1.2+Ca2%2B+channels+in+ACC%5BTitle%5D)+AND+%22Nat+Neurosci%22%5BJournal%5D)">Observational fear learning involves affective pain system and Cav1.2 Ca2+ channels in ACC.</a> Nat Neurosci. 13 (4), 482-488 (2010).</li>
<li>Langford, D. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Social+modulation+of+pain+as+evidence+for+empathy+in+mice%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">Social modulation of pain as evidence for empathy in mice.</a> Science. 312 (5782), 1967-1970 (2006).</li>
<li>Burkett, J. P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Oxytocin-dependent+consolation+behavior+in+rodents%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">Oxytocin-dependent consolation behavior in rodents.</a> Science. 351 (6271), 375-378 (2016).</li>
<li>Zhang, M., Wu, Y. E., Jiang, M., Hong, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Cortical+regulation+of+helping+behaviour+towards+others+in+pain%5BTitle%5D)+AND+%22Nature%22%5BJournal%5D)">Cortical regulation of helping behaviour towards others in pain.</a> Nature. 626 (7997), 136-144 (2024).</li>
<li>Wu, Y. E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Neural+control+of+affiliative+touch+in+prosocial+interaction%5BTitle%5D)+AND+%22Nature%22%5BJournal%5D)">Neural control of affiliative touch in prosocial interaction.</a> Nature. 599 (7884), 262-267 (2021).</li>
<li>Bartal, I. B. A., Decety, J., Mason, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Empathy+and+prosocial+behavior+in+rats%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">Empathy and prosocial behavior in rats.</a> Science. 334 (6061), 1427-1430 (2011).</li>
<li>Haaker, J., Golkar, A., Selbing, I., Olsson, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Assessment+of+social+transmission+of+threats+in+humans+using+observational+fear+conditioning%5BTitle%5D)+AND+%22Nat+Protoc%22%5BJournal%5D)">Assessment of social transmission of threats in humans using observational fear conditioning.</a> Nat Protoc. 12 (7), 1378-1386 (2017).</li>
<li>Olsson, A., Nearing, K. I., Phelps, E. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Learning+fears+by+observing+others%3A+The+neural+systems+of+social+fear+transmission%5BTitle%5D)+AND+%22Soc+Cogn+and+Affect+Neurosci%22%5BJournal%5D)">Learning fears by observing others: The neural systems of social fear transmission.</a> Soc Cogn and Affect Neurosci. 2 (1), 3-11 (2007).</li>
<li>Kleberg, J. L., Selbing, I., Lundqvist, D., Hofvander, B., Olsson, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Spontaneous+eye+movements+and+trait+empathy+predict+vicarious+learning+of+fear%5BTitle%5D)+AND+%22Int+J+Psychophysiol%22%5BJournal%5D)">Spontaneous eye movements and trait empathy predict vicarious learning of fear.</a> Int J Psychophysiol. 98 (3), 577-583 (2015).</li>
<li>Jeon, D., Shin, H. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+mouse+model+for+observational+fear+learning+and+the+empathetic+response%5BTitle%5D)+AND+%22Curr+Protoc+in+Neurosci%22%5BJournal%5D)">A mouse model for observational fear learning and the empathetic response.</a> Curr Protoc in Neurosci. 57 (1), 8.27.1-8.27.9 (2011).</li>
<li>Keum, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Variability+in+empathic+fear+response+among+11+inbred+strains+of+mice%5BTitle%5D)+AND+%22Genes+Brain+Behav%22%5BJournal%5D)">Variability in empathic fear response among 11 inbred strains of mice.</a> Genes Brain Behav. 15 (2), 231-242 (2016).</li>
<li>Keum, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+missense+variant+at+the+Nrxn3+locus+enhances+empathy+fear+in+the+mouse%5BTitle%5D)+AND+%22Neuron%22%5BJournal%5D)">A missense variant at the Nrxn3 locus enhances empathy fear in the mouse.</a> Neuron. 98 (3), 588-601.e5 (2018).</li>
<li>Keum, S., Shin, H. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Neural+basis+of+observational+fear+learning%3A+A+potential+model+of+affective+empathy%5BTitle%5D)+AND+%22Neuron%22%5BJournal%5D)">Neural basis of observational fear learning: A potential model of affective empathy.</a> Neuron. 104 (1), 78-86 (2019).</li>
<li>Gonzalez-Liencres, C., Juckel, G., Tas, C., Friebe, A., Brüne, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Emotional+contagion+in+mice%3A+The+role+of+familiarity%5BTitle%5D)+AND+%22Behav+Brain+Res%22%5BJournal%5D)">Emotional contagion in mice: The role of familiarity.</a> Behav Brain Res. 263, 16-21 (2014).</li>
<li>Yusufishaq, S., Rosenkranz, J. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Post-weaning+social+isolation+impairs+observational+fear+conditioning%5BTitle%5D)+AND+%22Behav+Brain+Res%22%5BJournal%5D)">Post-weaning social isolation impairs observational fear conditioning.</a> Behav Brain Res. 242 (1), 142-149 (2013).</li>
<li>Keum, S., Shin, H. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Rodent+models+for+studying+empathy%5BTitle%5D)+AND+%22Neurobiol+Learn+and+Mem%22%5BJournal%5D)">Rodent models for studying empathy.</a> Neurobiol Learn and Mem. 135, 22-26 (2016).</li>
<li>Sakaguchi, T., Iwasaki, S., Okada, M., Okamoto, K., Ikegaya, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Ethanol+facilitates+socially+evoked+memory+recall+in+mice+by+recruiting+pain-sensitive+anterior+cingulate+cortical+neurons%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Commun%22%5BJournal%5D)">Ethanol facilitates socially evoked memory recall in mice by recruiting pain-sensitive anterior cingulate cortical neurons.</a> Nature Commun. 9 (1), 1-10 (2018).</li>
<li>Park, J., Ha, S., Shin, H. S., Jeong, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Experience+of+a+hierarchical+relationship+between+a+pair+of+mice+specifically+influences+their+affective+empathy+toward+each+other%5BTitle%5D)+AND+%22Genes+Brain+Behav%22%5BJournal%5D)">Experience of a hierarchical relationship between a pair of mice specifically influences their affective empathy toward each other.</a> Genes Brain Behav. 21 (5), e12810(2022).</li>
<li>Panksepp, J. B., Lahvis, G. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Differential+influence+of+social+versus+isolate+housing+on+vicarious+fear+learning+in+adolescent+mice%5BTitle%5D)+AND+%22Behav+Neurosci%22%5BJournal%5D)">Differential influence of social versus isolate housing on vicarious fear learning in adolescent mice.</a> Behav Neurosci. 130 (2), 206-211 (2016).</li>
<li>Chen, Q. L., Panksepp, J. B., Lahvis, G. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Empathy+is+moderated+by+genetic+background+in+mice%5BTitle%5D)+AND+%22PLOS+One%22%5BJournal%5D)">Empathy is moderated by genetic background in mice.</a> PLOS One. 4 (2), e4387(2009).</li>
<li>Keysers, C., Knapska, E., Moita, M. A., Gazzola, V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Emotional+contagion+and+prosocial+behavior+in+rodents%5BTitle%5D)+AND+%22Trends+Cogn+Sci%22%5BJournal%5D)">Emotional contagion and prosocial behavior in rodents.</a> Trends Cogn Sci. 26 (8), 688-706 (2022).</li>
<li>Carrillo, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Emotional+mirror+neurons+in+the+rat%27s+anterior+cingulate+cortex%5BTitle%5D)+AND+%22Curr+Biol%22%5BJournal%5D)">Emotional mirror neurons in the rat's anterior cingulate cortex.</a> Curr Biol. 29 (8), 1301-1312.e6 (2019).</li>
<li>Silverstein, S. E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+distinct+cortical+code+for+socially+learned+threat%5BTitle%5D)+AND+%22Nature%22%5BJournal%5D)">A distinct cortical code for socially learned threat.</a> Nature. 626 (8001), 1066-1072 (2024).</li>
<li>Allsop, S. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Corticoamygdala+transfer+of+socially+derived+information+gates+observational+learning%5BTitle%5D)+AND+%22Cell%22%5BJournal%5D)">Corticoamygdala transfer of socially derived information gates observational learning.</a> Cell. 173 (6), 1329-1342.e18 (2018).</li>
<li>Terranova, J. I., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Hippocampal-amygdala+memory+circuits+govern+experience-dependent+observational+fear%5BTitle%5D)+AND+%22Neuron%22%5BJournal%5D)">Hippocampal-amygdala memory circuits govern experience-dependent observational fear.</a> Neuron. 110 (8), 1416-1431.e13 (2022).</li>
<li>Choi, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((ARNT2+controls+prefrontal+somatostatin+interneurons+mediating+affective+empathy%5BTitle%5D)+AND+%22Cell+Rep%22%5BJournal%5D)">ARNT2 controls prefrontal somatostatin interneurons mediating affective empathy.</a> Cell Rep. 43 (9), 114659(2024).</li>
<li>Pisansky, M. T., Hanson, L. R., Gottesman, I. I., Gewirtz, J. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Oxytocin+enhances+observational+fear+in+mice%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Commun%22%5BJournal%5D)">Oxytocin enhances observational fear in mice.</a> Nature Commun. 8 (1), 2102(2017).</li>
<li>Panksepp, J. B., Lahvis, G. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Sociability+versus+empathy+in+adolescent+mice%3A+Different+or+distinctive%5BTitle%5D)+AND+%22Learn+Motiv%22%5BJournal%5D)">Sociability versus empathy in adolescent mice: Different or distinctive.</a> Learn Motiv. 83, 101892(2023).</li>
</ol>

Gli autori non hanno nulla da rivelare.

Il test del condizionamento contestuale osservazionale della paura (OFC), descritto in questo protocollo comportamentale, viene utilizzato per studiare l'empatia affettiva nei topi 4,16. Per eseguire con successo questo paradigma, è necessario prestare particolare attenzione alle condizioni sperimentali e ai dettagli pratici, in particolare ai fattori che influenzano le risposte emotive dei soggetti, tra cui la familiarità, l'isolamento sociale, la gerarchia sociale, l'esperienza di shock precedente e la forza degli shock ai piedi erogati ai dimostratori 4,17,18,19,20,21,22 . Nell'OFC, le reazioni comportamentali del dimostratore alle scosse del piede fungono da segnali sociali che innescano il contagio emotivo, manifestato come congelamento vicario nei topi osservatori. Come dimostrato da precedenti ricerche4, un protocollo di shock del piede costituito da uno shock del piede di 2 s (1 mA) con un intervallo di 10 s per un periodo di condizionamento di 4 minuti induce in modo affidabile e coerente reazioni comportamentali, come saltare, correre e vocalizzazioni di angoscia nei topi dimostratori.
Di conseguenza, questo protocollo suscita livelli elevati e stabili di congelamento vicario nei topi osservatori naïve. Quando sono stati utilizzati protocolli con intensità di shock inferiore, i dimostratori hanno mostrato risposte comportamentali incoerenti, come la corsa, la vocalizzazione e/o il salto, senza mostrare costantemente tutti e tre i comportamenti4. Inoltre, quando i dimostranti sono stati sottoposti a protocolli con intervalli di shock più lunghi, gli osservatori ingenui hanno mostrato livelli ridotti di congelamento vicario durante l'OFC4. Oltre al paradigma sperimentale che utilizza osservatori ingenui senza precedente esposizione allo shock 16,23, altri protocolli OFC ben consolidati impiegano osservatori con precedente esperienza di shock 24,25,26, che possono anche essere utili a seconda delle componenti psicologiche o delle aree cerebrali di interesse e/o delle contingenze del processo di approvazione istituzionale IACUC. I topi con un'esperienza di shock del piede con un singolo priming hanno mostrato risposte di paura osservative significativamente aumentate che possono essere influenzate da precedenti esperienze avverse 20,27,28,29. Nonostante le somiglianze nei risultati comportamentali, è fondamentale riconoscere le distinzioni significative nei meccanismi neurali sottostanti che regolano l'OFC negli osservatori naïve rispetto ai topi osservatori con precedenti esperienze di shock16,24.
Una condizione sperimentale cruciale che dovrebbe essere attentamente controllata è l'eliminazione di potenziali fonti di disturbo uditivo. È essenziale che gli osservatori dedichino tutta la loro attenzione all'osservazione della risposta di soccorso esibita dal dimostratore senza distrazioni estranee che compromettano l'osservazione. Anche il rumore bianco, comunemente impiegato nei test comportamentali dei roditori, ha il potenziale per interferire con questa osservazione mirata. Gli esperimenti devono essere condotti senza la presenza di rumore bianco per ridurre al minimo eventuali disturbi.
Le condizioni sociali, in particolare quelle influenzate dalle dimensioni della cucciolata dell'osservatore e dall'ambiente di allevamento, giocano un ruolo cruciale nella risposta empatica al congelamento nei topi osservatori. Circostanze socialmente difficili, come gli alloggi affollati o l'isolamento sociale, possono compromettere lo sviluppo della socialità e della paura osservativa, evidenziando l'importanza del contesto sociale nella modulazione dei comportamenti empatici21. Inoltre, le alterazioni delle condizioni sociali, come le dimensioni della cucciolata o della lettiera, immediatamente prima del test possono fungere da potenziali fattori di stress. Pertanto, è consigliabile evitare di cambiare l'ambiente abitativo nei 7 giorni precedenti l'inizio del paradigma comportamentale. La familiarità è un altro fattore significativo, poiché la risposta di congelamento vicaria del topo osservatore è influenzata positivamente dalla familiarità o dalla parentela dell'animale con il dimostratore 4,17. Quando il dimostratore è un fratello o un partner di accoppiamento a lungo termine, tende a suscitare una risposta di paura più elevata nell'osservatore. Questa dipendenza dalla familiarità sembra essere più prominente nei topi osservatori maschi30. Inoltre, è necessario considerare gli effetti della gerarchia sociale sulla risposta empatica nel contesto della familiarità, poiché prove recenti hanno dimostrato una correlazione negativa tra lo stato relativo di dominanza sociale e la risposta di paura osservativa dell'osservatore21. Nel complesso, la comprensione delle molteplici influenze sulle risposte osservative alla paura fornisce preziose informazioni sulla natura complessa dei comportamenti simili all'empatia nei roditori 16,20,24,28,31.
Sebbene esistano sostanziali parallelismi tra le specie e la conservazione, lo studio dell'empatia affettiva nei roditori incontra limitazioni dovute alla mancanza di prove corroboranti riguardo l'autoconsapevolezza degli stati emotivi dei topi, a differenza degli esseri umani, che possono fornire auto-rapporti sui loro stati emotivi e affettivi. Tuttavia, dato che l'empatia si manifesta attraverso processi dal basso verso l'alto preservati in tutte le specie, come il mimetismo motorio e il contagio emotivo, la paura osservativa è considerata una forma base e primitiva di processi empatici affettivi 1,3,24. Pertanto, il paradigma osservazionale della paura è un metodo adatto per studiare i meccanismi neurali sottostanti all'empatia affettiva nei modelli animali.

L'empatia -- la capacità di riconoscere e condividere i sentimenti degli altri -- è cruciale per le nostre interazioni emotive e sociali1. Questo protocollo mira a studiare l'empatia affettiva nei roditori attraverso il saggio osservazionale di condizionamento della paura, progettato per valutare le risposte vicarie alla paura in un roditore osservatore. La capacità empatica ha profonde basi neurobiologiche, con continuità evolutiva dai roditori agli esseri umani2. Linee di evidenza convergenti dimostrano che i roditori mostrano una significativa sensibilità affettiva agli stati emotivi delle loro controparti sociali3 e mostrano comportamenti legati all'empatia, tra cui la paura osservativa, l'allogrooming simile alla consolazione, il contagio emotivo del dolore e i comportamenti di aiuto prosociale4,5,6,7,8,9. Questa continuità ha importanti implicazioni, in quanto consente l'uso di modelli animali per ottenere informazioni più approfondite sui meccanismi neurobiologici alla base dell'empatia umana10.
La paura osservativa, in particolare, funge da prezioso modello comportamentale per valutare le risposte empatiche alla paura, poiché i roditori possono sperimentare indirettamente la paura osservando i conspecifici che ricevono stimoli avversi4. Gli studi hanno dimostrato che le risposte di paura vicaria più forti sono positivamente associate alle misure dei tratti di empatia negli esseri umani e nei primati11,12, indicando che la paura osservativa può effettivamente rappresentare una caratteristica fondamentale dell'empatia emotiva2. Rispetto ad altri saggi di empatia1,2,4,10, il condizionamento osservativo della paura è vantaggioso in quanto consente la misurazione del contagio emotivo senza sottoporre l'osservatore a stimoli avversi diretti. Ciò fornisce una misura meno invasiva ma affidabile dell'empatia affettiva, rendendola adatta per misure ripetute e studi approfonditi sui circuiti neurali correlati all'empatia.
Nel condizionamento della paura osservativa, un topo (osservatore) è condizionato indirettamente per la paura dipendente dal contesto osservando un altro topo (dimostratore) ricevere scosse ripetitive del piede, senza sperimentare stimoli avversivi diretti. Il test di condizionamento della paura osservativo utilizza un apparato di condizionamento della paura a doppio scompartimento, diviso da un divisorio in plexiglas trasparente13. Questa configurazione consente all'osservatore in una camera di vedere chiaramente il topo dimostratore nella camera opposta. Inoltre, odori e suoni possono essere trasmessi tra le camere attraverso il pavimento dell'asta. In un compartimento è posizionato il topo dimostratore, che riceverà lo stimolo avversivo di una scossa al piede, mentre nell'altro compartimento si trova il topo osservatore per assistere all'angoscia del topo dimostratore attraverso la partizione centrale trasparente. Questo paradigma consiste in due sessioni: un'assuefazione di 5 minuti seguita da un periodo di condizionamento di 4 minuti. Il comportamento di congelamento mostrato dal topo osservatore si verifica quando il dimostratore mostra risposte tipiche agli shock avversi del piede, tra cui squittii indotti dal dolore, salti, corsa e congelamento, durante il periodo di condizionamento. Questa risposta di congelamento vicaria socialmente evocata negli osservatori è considerata una misura del contagio emotivo, una forma di base di empatia affettiva nei roditori. Lo sviluppo del saggio osservazionale della paura nei roditori ha permesso ai ricercatori di studiare i circuiti neurali e le basi genetiche che mediano l'empatia affettiva.

<table><tbody><tr><td>Shock di precisione per animali</td><td>Coulbourn Instruments</td><td>H13-15</td><td></td></tr><tr><td>Pavimento a griglia</td><td>Coulbourn Instruments</td><td>H13-15</td><td></td></tr><tr><td>Cavo a nastro per griglie</td><td>Coulbourn Instruments</td><td>H93-01-25</td><td></td></tr><tr><td>FreezeFrame</td><td>ACTIMETRICS</td><td>ACT-100A</td><td></td></tr><tr><td>FreezeView Software</td><td>ACTIMETRICS</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Stimolatore</td><td>ACTIMETRICS</td><td>ACT-712</td><td></td></tr><tr><td>Camera della paura osservativa</td><td>Coulbourn Strumenti</td><td></td><td>altezza 32,7 cm & volte; larghezza 19,1 cm &; lunghezza 37,8 cm&nbsp;</td></tr><tr><td>Sistema di registrazione video</td><td>ACTIMETRICS</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Cabina</td><td></td><td></td><td></td>fonoassorbente</tr><tr><td>70% etanolo</td><td></td><td></td><td>Ampiamente disponibile.</td></tr><tr><td>Igienizzante</td><td></td><td></td><td>Ampiamente disponibile.</td></tr><tr><td>tovagliolo</td><td></td><td></td> di carta <td>Ampiamente disponibile.</td></tr><tr><td>Divisorio in plexiglas</td><td>Custom</td><td>N/A</td><td>larghezza 18 cm > lunghezza 32.2 cm&nbsp;</td></tr><tr><td>GraphPad Prism 8</td><td>GraphPad Software Inc.</td><td></td><td></td></tr></tbody></table>

la paura osservativa come modello di empatia affettiva nei topi

Observational Fear as a Model of Affective Empathy in Mice

L'empatia, caratterizzata dalla capacità di riconoscere e condividere le emozioni degli altri, svolge un ruolo fondamentale nel plasmare le interazioni sociali. Permette agli individui di rispondere agli stati emotivi degli altri, promuovendo comportamenti prosociali e legami sociali. La paura osservativa è un aspetto fondamentale dell'empatia affettiva, in cui un osservatore assiste a un dimostratore che subisce esperienze avverse e successivamente mostra comportamenti di paura. Questa risposta di congelamento vicaria indotta socialmente negli osservatori, nota come contagio emotivo o condivisione affettiva, è considerata un indicatore di tratti simili all'empatia nei roditori. Qui, presentiamo un protocollo che delinea la valutazione delle risposte di congelamento vicario in osservatori esposti a dimostratori conspecifici che ricevono shock avversi al piede. L'utilizzo di saggi osservativi della paura nei roditori è diventato un metodo ampiamente adottato per studiare i meccanismi neurali alla base dell'empatia affettiva. Data l'universalità della paura osservativa nei mammiferi, questa metodologia contribuisce ulteriormente a far progredire la nostra comprensione dei substrati neurali dell'empatia negli esseri umani.

Come descritto nel diagramma comportamentale (Figura 1A), la sessione inizia con un periodo di abituazione (5 min), seguito da un periodo di condizionamento fear osservativo (4 min). In questo esperimento, i topi dimostratori nel gruppo di fear osservativo (OF) sono stati sottoposti a scosse avverse ai piedi durante il periodo di condizionamento, mentre quelli nel gruppo di controllo (Con) non hanno ricevuto scosse ai piedi. Solo il topo osservatore nel gruppo OF ha assistito alle risposte di disagio di un topo dimostratore sottoposto a scosse ripetute ai piedi. I topi nel gruppo OF hanno mostrato un livello significativamente più elevato di congelamento vicario durante il periodo di condizionamento rispetto al gruppo Con (Figura 1B). Il livello totale di congelamento (in secondi) durante il condizionamento ha mostrato una differenza marcata tra i gruppi OF e Con (Figura 1C).
<img alt="Studio della paura osservazionale nei topi, comprende diagramma del condizionamento e grafici del comportamento di congelamento." class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/67130/67130fig01.jpg" data-altupdatedat="1788840098000" data-alt="Figura 1"> 
Figura 1: Paradigma della paura osservativa. (AQuesto pannello illustra il paradigma comportamentale per il condizionamento della paura osservativa. I topi Osservatore (OB) e Dimostratore (DM) vengono posizionati singolarmente nella camera e lasciati liberi di esplorare per 5 minuti come periodo di abituazione. Successivamente, il topo OB osserva il topo DM mentre riceve stimoli elettrici ai piedi attraverso una partizione trasparente durante un periodo di condizionamento della durata di 4 minuti.BLe percentuali di congelamento vicario nei topi OB di entrambi i gruppi sono state misurate a intervalli di 1 minuto. I topi del gruppo OF hanno mostrato un aumento significativo della paura osservativa (Con, n = 15; OF, n = 11; analisi della varianza a due vie con misure ripetute (RM ANOVA) seguita dal test post hoc di Šídák, F(1, 24) = 16,02, p &lt; 0.001). (C) Il tempo totale di congelamento (in secondi) durante il periodo di condizionamento di 4 minuti è risultato significativamente aumentato nel gruppo OF (Con, n = 15; OF, n = 11; ***p &lt; 0,001 mediante il test t di Student t-test). I dati sono presentati come media ± errore standard della media (SEM). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/67130/67130fig01large.jpg" target="_blank">Cliccare qui per visualizzare una versione ingrandita di questa figura.</a>
La risposta di congelamento vicario è stata misurata in diverse linee di topi consanguinei. La linea 129S1/SvlmJ (129S1) ha mostrato un aumento significativo della paura osservativa rispetto alla linea B6J, mentre i topi della linea AKR/J (AKR)14,15 hanno mostrato un livello significativamente inferiore di congelamento vicario rispetto ai topi B6J (Figura 2A).
La manipolazione optogenetica potrebbe essere impiegata in questo paradigma per indagare i meccanismi circuitali alla base della paura osservativa. Dati pubblicati in precedenza avevano suggerito che la soppressione optogenetica dei neuroni che esprimono la somatostatina (SST) determina un aumento delle risposte di paura vicaria15. Per determinare se l'attivazione degli interneuroni SST+ influisce sul livello di paura osservativa, abbiamo iniettato un AAV che esprime la channelrodopsina dipendente da Cre (AAV-DIO-ChR-YFP) nella corteccia cingolata anteriore (ACC) destra di topi SST-Cre, al fine di etichettare selettivamente gli interneuroni SST+ (Figura 2B). La stimolazione optogenetica degli interneuroni SST+ nella ACC destra ha portato all'abolizione dell'acquisizione del congelamento vicario.
<img alt="Grafici del comportamento di congelamento; effetto della stimolazione ottica sui topi (A: B6J, AKR, 129S1; B: SST-YFP, SST-ChETA)." class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/67130/67130fig02.jpg" data-altupdatedat="1788840098000" data-alt="Figure 2"> 
Figura 2: Misurazioni della paura osservativa in diverse condizioni sperimentali. (A) Questo pannello confronta le percentuali di risposta di congelamento vicario tra diversi ceppi di topi inbred. La risposta di congelamento vicario è risultata altamente variabile tra i ceppi. Il livello di risposta alla paura osservativa nei topi osservatori 129S1 era significativamente più elevato rispetto a quello osservato nei ceppi di topi B6J (B6J, n = 11; 129S1, n = 15; ANOVA a due vie con misure ripetute (RM) seguita dal test post hoc di Šídák, F(1, 24) = 11,94, p = 0,0021). I topi AKR hanno mostrato una paura osservativa significativamente ridotta rispetto ai topi B6J (B6J, n = 11; AKR, n = 14; ANOVA a due vie con misure ripetute (RM) seguita dal test post hoc di Šídák, F(1, 23) = 25,07, p &lt; 0,0001). (B) Le percentuali di congelamento vicario sono state inibite dall'attivazione optogenetica degli interneuroni SST+ nella corteccia cingolata anteriore (ACC) (controllo SST-YFP, n = 8; SST-ChETA, n = 10; ANOVA a due vie con misure ripetute (RM) seguita dal test post hoc di Šídák, F(1, 16) = 15,56, p &lt; 0,01). I parametri di stimolazione sono i seguenti: durata di 241 s, frequenza di 20 Hz, larghezza dell'impulso di 5 ms, potenza di 0,5-1,0 mW alla punta della fibra. I dati sono espressi come media ± SEM. I livelli di significatività sono indicati come *p &lt; 0,05, ***p &lt; 0,001, ****p &lt; 0,0001. Questa figura è stata modificata da Keum et al.15. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/67130/67130fig02large.jpg" target="_blank">Cliccare qui per visualizzare una versione ingrandita di questa figura.</a>

Il paradigma della paura osservativa valuta il congelamento vicario nei roditori come modello di empatia affettiva. Questa procedura comporta l'esposizione di roditori osservatori a dimostratori conspecifici che ricevono scosse avversive del piede per suscitare risposte empatiche di congelamento. Utilizzando saggi osservativi della paura, i ricercatori possono studiare i meccanismi neurali alla base dell'empatia affettiva.

La paura osservativa come modello di empatia affettiva nei topi

Empathy, characterized by the ability to recognize and share the emotions of others, plays a fundamental role in shaping social interactions. It allows ...

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Un compito di memoria di lavoro spaziale appetitivo per topi in un labirinto radiale semiautomatico a 8 bracci, che riduce l'associazione di memoria paurosa nel labirinto

Scopri il paradigma della paura osservativa per studiare l'empatia affettiva nei roditori. Questo metodo analizza i circuiti neurali della corteccia cingolata anteriore e i geni coinvolti nei comportamenti di congelamento vicario.

La paura osservativa come modello di empatia affettiva nei topi

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