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方法論記事

マウスにおける感情的共感のモデルとしての観察的恐怖

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DOI:

10.3791/67130

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2024年11月22日

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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)

この記事について

サマリー

観察的恐怖パラダイムは、げっ歯類の代理凍結を感情的共感のモデルとして評価します。この手順では、観察者のげっ歯類を同種のデモンストレーターにさらし、嫌悪感のある足のショックを受けて、共感的な凍結反応を引き出す必要があります。観察的恐怖アッセイを採用することにより、研究者は感情的共感の根底にある神経メカニズムを調査できます。

要約

共感は、他人の感情を認識し共有する能力によって特徴付けられ、社会的相互作用を形成する上で基本的な役割を果たします。これにより、個人は他人の感情状態に反応し、向社会的行動と社会的絆を促進することができます。観察的恐怖は、感情的共感の基本的な側面であり、観察者はデモンストレーターが嫌悪的な経験をしているのを目撃し、その後恐怖行動を示します。観察者におけるこの社会的に誘発された代理凍結反応は、感情伝染または感情共有として知られており、げっ歯類の共感様特性の指標と見なされています。ここでは、同種のデモ参加者が嫌悪感を抱く足のショックを受けたオブザーバーにおける代理凍結反応の評価を描写するプロトコルを提示する。げっ歯類における観察的恐怖アッセイの利用は、感情的共感の根底にある神経メカニズムを研究するために広く採用された方法となっています。哺乳類全体での観察的恐怖の普遍性を考えると、この方法論は、人間の共感の神経基質の理解をさらに進めるのにさらに貢献します。

概要

共感 -- 他人の感情を認識し、共有する能力 -- は、私たちの感情的および社会的相互作用にとって非常に重要です1.このプロトコルは、観察者のげっ歯類の代理恐怖反応を評価するために設計された観察的恐怖条件付けアッセイを通じて、げっ歯類の感情的共感を調査することを目的としています。共感能力には、げっ歯類から人間への進化の連続性を持つ、深い神経生物学的基盤があります2。収束する一連の証拠は、げっ歯類が社会的な対応者の感情状態に対して有意な感情的感受性を示すことを示しています3 観察的恐怖、慰めのような同居、痛みの感情的伝染、向社会的援助行動などの共感関連行動を示します4,5,6,7,8,9.この連続性は、動物モデルを使用して、人間の共感10の根底にある神経生物学的メカニズムについてより深い洞察を得ることを可能にするため、重要な意味を持っています。

特に観察的恐怖は、共感性恐怖反応を評価するための貴重な行動モデルとして機能します。なぜなら、げっ歯類は同種の動物が嫌悪刺激を受けるのを観察することで身代わりとして恐怖を経験することができるからです4.研究によると、より強い代理恐怖反応は、人間や霊長類の共感特性測定と正の関連があることが示されています11,12、観察的恐怖が実際に感情的共感の基本的な特徴を表している可能性があることを示しています2。他の共感アッセイと比較すると1,2,4,10と比較すると、観察者に直接嫌悪感を与えることなく感情伝染を測定できるという利点があります。これにより、感情的共感の侵襲性が低く、信頼性の高い測定が可能になるため、共感関連の神経回路に関する反復測定や詳細な研究に適しています。

観察的恐怖条件付けでは、マウス(観察者)は、別のマウス(デモンストレーター)が直接的な嫌悪刺激を経験することなく、反復的な足のショックを受けるのを見ることによって、文脈依存的な恐怖に対して代理的に条件付けられます。観察的恐怖条件付けアッセイは、透明なプレキシガラス分割器13で分割されたデュアルコンパートメント恐怖条件付け装置を使用します。この設定により、1つのチャンバーのオブザーバーは、反対側のチャンバーのデモンストレーターマウスをはっきりと見ることができます。さらに、匂いや音はロッドフロアを介してチャンバー間で伝達されます。一方のコンパートメントには、足のショックによる嫌悪刺激を受けるデモンストレーターマウスが配置され、もう一方のコンパートメントには、透明な中央のパーティションを通じてデモンストレーターマウスの苦痛を目撃するオブザーバーマウスが配置されています。このパラダイムは、5分間の慣れとそれに続く4分間のコンディショニング期間の2つのセッションで構成されています。オブザーバーマウスが示すフリーズ動作は、コンディショニング期間中にデモンストレーターが痛みによるキーキー音、ジャンプ、ランニング、フリーズなどの嫌悪感のある足の衝撃に対して典型的な反応を示すときに発生します。観察者におけるこの社会的に引き起こされる代理凍結反応は、げっ歯類の感情的共感の基本的な形である感情伝染の尺度と考えられています。げっ歯類の観察的恐怖アッセイの開発により、研究者は感情的共感を媒介する神経回路と遺伝的基盤を調査することができました。

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プロトコル

ここに記載されている生きた動物を使用するすべての手順は、基礎科学研究所(IBS)の動物施設管理および使用委員会(IACUC)によって承認されました。10〜12週齢の雄または雌のC57BL/6Jマウス(観察者およびデモンストレーター)を別々に飼育しました。マウスは、ケージごとに2〜5匹の動物を飼育し、12時間の明暗サイクルで23〜25°Cの一定温度に維持されました。マウスには、マウスの餌と水を自由に提供しました。テスト前に取り扱いは行われませんでした。本試験で使用した試薬および装置の詳細は、資料表に記載されています。

1. 観察的恐怖条件付けの準備

  1. 住居条件:離乳後の兄弟姉妹を一緒に(2〜3匹のマウス/ケージ)家に収容します。別々のケージに非兄弟マウスを飼う13.交配ペアを含む実験では、1匹の雄マウスと2匹の雌マウスで交配ケージを準備します。オスとメスを少なくとも10週間共同飼育します。
  2. 部屋の慣れ:行動試験が始まる少なくとも30分前に、マウスが試験環境に順応できるように、自宅のケージに入れた動物を待合室に移します。
    注:実験室では約90ルクスで、慣らしの待合室では35ルクスで光強度を維持します。
  3. 観察的恐怖条件付けのセットアップ
    1. 装置の構成: 高さ 32.7 cm、幅 19.1 cm、長さ 37.8 cm の観察的恐怖条件付け用の装置を組み立てます (図 1A)。
      1. 中央に多孔質(半径3 mmの6つの穴)で仕切られた2つのチャンバー、透明なプレキシガラスディバイダー(幅18 cm×長さ32.2 cm)を含めます。チャンバーの床に複数の鋼棒で構成されたグリッドを配置して、電気フットショックを管理します。
    2. 観察的恐怖条件付けのプロトコルが 2 つの期間で構成されていることを確認します: 5 分間の慣れ期間とそれに続く 4 分間の条件付け期間、その間に 2 秒のフット ショック (1 mA) が 10 秒ごとにデモンストレーター マウスに伝達されます。このプロトコルは、FreezeFrameソフトウェアを使用してプログラムします。
      注:前述のように14は、走ったり、発声したり、ジャンプしたりするなど、デモンストレーター動物の全範囲の行動反応を確実に誘発するために、足の衝撃強度を1mAにしてください。この強度を下げると、デモ参加者と観察者の両方で一貫性のない反応が生じる可能性があるため、避けてください。ただし、特定の実験設定の下でデモンストレーターからのあらゆる行動反応を誘発できる場合は、より低い衝撃強度またはより少ない衝撃伝達を使用することを検討します。
  4. ビデオ録画:ビデオカメラの電源を入れ、その後の分析のためにテストチャンバーがフレーム内に完全に見えることを確認します
    注意: ビデオカメラを防音キュービクル内に設置し、動物の真上に配置して、動物の行動をはっきりと記録できるようにします。

2. 観察的恐怖条件付けの手順

  1. 慣れ期間
    1. 一方の動物を観察者として、もう一方の動物をデモンストレーターとして割り当てます。これは、どちらの動物が嫌悪感
      2. を抱くかによって異なります。
    2. デモンストレーターマウスを、最初にフットショックが与えられるチャンバーに置き、次にオブザーバーマウスを透明なプレキシガラスの仕切りで区切られた反対側のチャンバーに配置します。
    3. チャンバードアを閉じた直後にソフトウェアを使用してプログラムされたプロトコルを実行します.
      注:慣れ期間(足のショックなし)と、カメラが手順全体を通して記録できるようにしながら、10秒ごとにデモンストレーターマウスに2秒のフットショックを与えるコンディショニングフェーズの両方を含む完全なプロトコルをFreezeFrameソフトウェアに入力します。
    4. 観察者とデモンストレーターマウスが、慣れセッション中に5分間、チャンバー内を自由に動き回り、探索できるようにします。
  2. コンディショニング期間
    1. 慣れ期間の4分間、デモンストレーターマウスに電気フットショックを自動的に送ります。
    2. オブザーバーマウスがコンディショニング期間中のデモンストレーターマウスの痛み反応を目撃していることを確認します.
      注:観察者マウスの感情状態の変化を誘発するための重要な社会的手がかりである電気ショックに対するデモンストレーターの痛み反応を維持するために、鎮痛薬は差し控えられました。
    3. 各セッションの後、デモ参加者とオブザーバーを別々の保持ケージに置きます。試験が完了したら、各動物をホームケージに戻します。
    4. 70%エタノールとペーパーティッシュを使用して、床の装置とグリッドを清掃します
      注:実験を繰り返す間に消毒剤で装置を徹底的に洗浄して、前の被験者からの残留嗅覚の手がかりを排除し、試験間で一貫性を維持します。.さらに、すべての実験が完了したら、70%エタノールで拭いてください。

3. 代理凍結応答の分析

  1. 慣れ期間と条件付け期間の両方で記録された観察者の行動を分析します15。
  2. ソフトウェアを実行して、オブザーバーマウスの0.75秒以上続く動かない発作を自動的に検出し、これは凍結と見なされます.
    注:フリーズ応答をスコアリングするための分析は、手動または自動で行います15。

4. フォローアップの手続き

  1. 実験後、すべての動物の行動と健康状態を監視して、ストレス要因から完全に回復することを確認します。
  2. 試験終了後すぐに、動物に適切な住居と食料や水などの世話を提供します。
  3. 実験中および実験後の行動の変化を記録して、コンディショニング手順の影響を評価します。

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結果

行動ダイアグラム（図 1A）に示されているように、セッションは順化（5分）から始まり、続いて観察的恐怖条件付け期間（4分）が行われます。本実験では、観察的恐怖（OF）群のデモンストレーターマウスに条件付け期間中に嫌悪的な足底電撃を加え、対照（Con）群には足底電撃を加えませんでした。OF群のオブザーバーマウスのみが、反復的な足底電撃を受けるデモンストレーターマウスの苦痛反応を目撃しました。OF群のマウスは、Con群と比較して、条件付け期間中に有意に高いレベルの代理すくみ反応（vicarious freezing）を示しました（図 1B）。条件付け中の総すくみ時間（秒）において、OF群とCon群の間に顕著な差が見られました（図 1C）。

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ディスカッション

この行動プロトコルに記載されている文脈観察的恐怖条件付け(OFC)テストは、マウスの感情的共感を研究するために使用されます4,16。このパラダイムをうまく実行するには、実験条件と実際的な詳細、特に親しみやすさ、社会的孤立、社会的階層、以前のショック経験、およびデモンストレーターに与えられた足のショックの強さなど、被験者の感情的反応に影響を与える要因を慎重に考慮する必要があります4,17,18,19,20,21,22.OFC では、足のショックに対するデモンストレ...

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開示事項

著者らは開示するものは何もない。

謝辞

この研究は、基礎科学研究所 (IBS)、認知社会性センター (IBS-R001-D2)、および韓国脳研究所 (KBRI) の基礎研究プログラム、KBRI、科学・情報通信・未来計画省 (23-BR-03-04) の資金提供を受けて支援されました。

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材料

この記事で使用された材料の一覧
名前会社カタログ番号コメント
精密動物ショッカーCoulbourn InstrumentsH13-15
グリッド床Coulbourn InstrumentsH13-15
グリッド用リボンケーブルCoulbourn InstrumentsH93-01-25
FreezeFrameACTIMETRICSACT-100A
FreezeView ソフトウェアACTIMETRICS
StimulatorACTIMETRICSACT-712
観測恐怖室Coulbourn Instruments高さ 32.7 cm × 幅 19.1 cm × 長さ 37.8 cm 
ビデオ録画システムACTIMETRICS
音響減衰キュービクル
70%エタノール広く利用可能。
サニタイザーは広く入手可能です。
ペーパータオル広く入手可能。
プレキシガラス製ディバイダーカスタムN/A幅 18 cm × 長さ 32.2 cm 
GraphPad Prism 8GraphPadソフトウェア株式会社

参考文献

  1. De Waal, F. B. M., Preston, S. D. Mammalian empathy: Behavioural manifestations and neural basis. Nat Rev Neurosci. 18 (8), 498-509 (2017).
  2. Panksepp, J., Panksepp, J. B. Toward a cross-species understanding of empathy. Trends Neurosci. 36 (8), 489-496 (2013).
  3. Decety, J. Dissecting the neural mechanisms mediating empathy. Emotion Rev. 3 (1), 92-108 (2011).
  4. 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).
  5. Langford, D. J., et al. Social modulation of pain as evidence for empathy in mice. Science. 312 (5782), 1967-1970 (2006).
  6. Burkett, J. P., et al. Oxytocin-dependent consolation behavior in rodents. Science. 351 (6271), 375-378 (2016).
  7. Zhang, M., Wu, Y. E., Jiang, M., Hong, W. Cortical regulation of helping behaviour towards others in pain. Nature. 626 (7997), 136-144 (2024).
  8. Wu, Y. E., et al. Neural control of affiliative touch in prosocial interaction. Nature. 599 (7884), 262-267 (2021).
  9. Bartal, I. B. A., Decety, J., Mason, P. Empathy and prosocial behavior in rats. Science. 334 (6061), 1427-1430 (2011).
  10. 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).
  11. 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).
  12. 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).
  13. 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).
  14. Keum, S., et al. Variability in empathic fear response among 11 inbred strains of mice. Genes Brain Behav. 15 (2), 231-242 (2016).
  15. Keum, S., et al. A missense variant at the Nrxn3 locus enhances empathy fear in the mouse. Neuron. 98 (3), 588-601.e5 (2018).
  16. Keum, S., Shin, H. S. Neural basis of observational fear learning: A potential model of affective empathy. Neuron. 104 (1), 78-86 (2019).
  17. 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).
  18. Yusufishaq, S., Rosenkranz, J. A. Post-weaning social isolation impairs observational fear conditioning. Behav Brain Res. 242 (1), 142-149 (2013).
  19. Keum, S., Shin, H. S. Rodent models for studying empathy. Neurobiol Learn and Mem. 135, 22-26 (2016).
  20. 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).
  21. 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).
  22. 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).
  23. Chen, Q. L., Panksepp, J. B., Lahvis, G. P. Empathy is moderated by genetic background in mice. PLOS One. 4 (2), e4387(2009).
  24. Keysers, C., Knapska, E., Moita, M. A., Gazzola, V. Emotional contagion and prosocial behavior in rodents. Trends Cogn Sci. 26 (8), 688-706 (2022).
  25. Carrillo, M., et al. Emotional mirror neurons in the rat's anterior cingulate cortex. Curr Biol. 29 (8), 1301-1312.e6 (2019).
  26. Silverstein, S. E., et al. A distinct cortical code for socially learned threat. Nature. 626 (8001), 1066-1072 (2024).
  27. Allsop, S. A., et al. Corticoamygdala transfer of socially derived information gates observational learning. Cell. 173 (6), 1329-1342.e18 (2018).
  28. Terranova, J. I., et al. Hippocampal-amygdala memory circuits govern experience-dependent observational fear. Neuron. 110 (8), 1416-1431.e13 (2022).
  29. Choi, J., et al. ARNT2 controls prefrontal somatostatin interneurons mediating affective empathy. Cell Rep. 43 (9), 114659(2024).
  30. Pisansky, M. T., Hanson, L. R., Gottesman, I. I., Gewirtz, J. C. Oxytocin enhances observational fear in mice. Nature Commun. 8 (1), 2102(2017).
  31. Panksepp, J. B., Lahvis, G. P. Sociability versus empathy in adolescent mice: Different or distinctive. Learn Motiv. 83, 101892(2023).

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