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방법 논문

생쥐의 정서적 공감 모델로서의 관찰 두려움

1.8K 조회수

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DOI:

10.3791/67130

⸱

2024년 11월 22일

 ,  ,  ,  , 
1Center for Cognition and Sociality, Institute for Basic Science (IBS), 2Department of Bio and Brain Engineering, Korea Advanced Institute of Science and Technology (KAIST)

이 논문에서

요약

관찰적 공포 패러다임은 설치류의 대리 동결을 정서적 공감의 모델로 평가합니다. 이 절차는 관찰자 설치류를 특정 시연자에 노출시켜 혐오스러운 발 충격을 받아 공감적 동결 반응을 이끌어내는 것을 수반합니다. 관찰 공포 분석을 사용함으로써 연구자들은 정서적 공감의 기저에 있는 신경 메커니즘을 조사할 수 있습니다.

초록

공감은 다른 사람의 감정을 인식하고 공유하는 능력을 특징으로 하며 사회적 상호 작용을 형성하는 데 근본적인 역할을 합니다. 이를 통해 개인은 다른 사람의 감정 상태에 반응할 수 있어 친사회적 행동과 사회적 유대감을 촉진할 수 있습니다. 관찰적 두려움은 정서적 공감의 근본적인 측면으로, 관찰자는 시연자가 혐오적 경험을 겪는 것을 목격하고 이후에 두려움 행동을 보입니다. 정서적 전염 또는 영향 공유로 알려진 관찰자의 사회적으로 유도된 대리 동결 반응은 설치류의 공감과 같은 특성의 지표로 간주됩니다. 여기서, 우리는 혐오스러운 발 충격을 받는 특정 시위자에 노출된 관찰자의 대리 동결 반응에 대한 평가를 설명하는 프로토콜을 제시합니다. 설치류에 대한 관찰 공포 분석의 활용은 정서적 공감의 기저에 있는 신경 메커니즘을 연구하기 위해 널리 채택된 방법이 되었습니다. 포유류 전반에 걸친 관찰 공포의 보편성을 감안할 때, 이 방법론은 인간의 공감 신경 기질에 대한 이해를 발전시키는 데 더욱 기여합니다.

서론

공감(타인의 감정을 인식하고 공유하는 능력)은 우리의 정서적, 사회적 상호 작용에 매우 중요합니다1. 이 프로토콜은 관찰 설치류의 대리 공포 반응을 평가하기 위해 고안된 관찰 공포 조절 분석을 통해 설치류의 정서적 공감을 조사하는 것을 목표로 합니다. 공감 능력은 설치류에서 인간에 이르기까지 진화적 연속성과 함께 깊은 신경생물학적 토대를 가지고 있습니다2. 수렴된 증거는 설치류가 사회적 상대의 감정 상태에 대해 상당한 정서적 민감성을 보인다는 것을 보여줍니다3 관찰 공포, 위안과 같은 동음이의어, 고통의 정서적 전염, 친사회적 도움 행동을 포함한 공감 관련 행동을 보입니다4,5,6,7,8,9입니다. 이러한 연속성은 동물 모델을 사용하여 인간의 공감 능력의 기저에 있는 신경생물학적 메커니즘에 대한 더 깊은 통찰력을 얻을 수 있게 해주기 때문에 중요한 의미를 갖습니다10.

특히 관찰적 두려움은 공감적 공포 반응을 평가하기 위한 귀중한 행동 모델 역할을 하는데, 설치류는 혐오적 자극을 받는 동종을 관찰함으로써 두려움을 대리적으로 경험할 수 있기 때문입니다4. 연구에 따르면 더 강력한 대리 공포 반응은 인간과 영장류의 공감 특성 측정과 긍정적인 관련이 있는 것으로 나타났습니다11,12, 이는 관찰 공포가 실제로 정서적 공감의 근본적인 특징을 나타낼 수 있음을 나타냅니다2. 다른 공감 분석법1,2,4,10에 비해 관찰적 공포 조건화는 관찰자가 직접적인 혐오 자극을 받지 않고 정서적 전염을 측정할 수 있기 때문에 유리합니다. 이는 정서적 공감에 대한 덜 침습적이면서도 신뢰할 수 있는 측정을 제공하므로 공감 관련 신경 회로에 대한 반복적인 측정과 심층 연구에 적합합니다.

관찰적 공포 조건화에서, 쥐(관찰자)는 직접적인 혐오적 자극을 경험하지 않고 다른 쥐(시연자)가 반복적인 발 충격을 받는 것을 지켜봄으로써 맥락 의존적 공포에 대한 대리 조건화됩니다. 관찰 공포 조절 분석은 투명 플렉시글라스 분배기로 나누어지는 이중 구획 공포 조절 장치를 사용합니다13. 이 설정을 통해 한 챔버에 있는 관찰자가 반대쪽 챔버에 있는 시연 마우스를 명확하게 볼 수 있습니다. 또한 냄새와 소리는 막대 바닥을 통해 챔버 간에 전달될 수 있습니다. 한 칸에는 발 충격의 혐오적 자극을 받을 시범 마우스가 배치되어 있고, 다른 칸에는 관찰자 마우스가 투명한 중간 칸막이를 통해 시연 마우스의 고통을 목격할 수 있는 위치에 있습니다. 이 패러다임은 5분간의 습관화와 4분의 컨디셔닝 기간의 두 가지 세션으로 구성됩니다. 관찰자 마우스가 보여주는 동결 행동은 시연자가 컨디셔닝 기간 동안 통증으로 인한 끽끽 소리, 점프, 달리기, 얼어붙는 것을 포함하여 혐오스러운 발 충격에 대한 전형적인 반응을 보일 때 발생합니다. 관찰자에게이 사회적으로 유발 된 대리 동결 반응은 설치류의 정서적 공감의 기본 형태 인 정서적 전염의 척도로 간주됩니다. 설치류에 대한 관찰 공포 분석법의 개발로 연구자들은 정서적 공감을 매개하는 신경 회로와 유전적 토대를 조사할 수 있게 되었습니다.

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프로토콜

여기에 설명된 살아있는 동물을 사용하는 모든 절차는 기초과학연구소(IBS)의 기관 동물 관리 및 사용 위원회(IACUC)의 승인을 받았습니다. 10-12주 된 수컷 또는 암컷 C57BL/6J 마우스(관찰자 및 시연자)를 별도로 수용했습니다. 마우스는 케이지 당 2-5 마리의 동물을 사육하고 12 시간의 라이트 / 다크 사이클로 23-25 ° C의 일정한 온도로 유지되었습니다. 생쥐에게는 쥐 차우와 물을 자유자재로 제공받았습니다. 테스트 전에 취급이 수행되지 않았습니다. 이 연구에 사용된 시약 및 장비에 대한 자세한 내용은 재료 표에 나열되어 있습니다.

1. 관찰적 공포 조건화 준비

  1. 주거 조건: 젖을 뗀 후 형제자매가 함께 지냅니다(2-3마리의 생쥐/케이지). 형제가 아닌 마우스를 별도의 케이지에 수용13. 짝짓기 쌍과 관련된 실험의 경우, 한 마리의 수컷 마우스와 두 마리의 암컷 마우스로 짝짓기 케이지를 준비합니다. 최소 10주 동안 수컷과 암컷을 공동 수용합니다.
  2. 실내 습관화: 쥐가 실험 환경에 적응할 수 있도록 행동 실험이 시작되기 최소 30분 전에 우리 안에 있는 동물들을 대기실로 옮깁니다.
    참고: 실험실의 광도를 약 90lux로, 습관화 대기 구역의 광도를 35lux로 유지합니다.
  3. 관찰적 공포 조건화를 위한 설정
    1. 장치 구성: 높이 32.7cm, 너비 19.1cm, 길이 37.8cm(그림 1A)의 관찰 공포 조절을 위한 장치를 조립합니다.
      1. 중간에 다공성(반경 3mm의 구멍 6개), 투명한 플렉시글라스 칸막이(너비 18cm× 길이 32.2cm)로 분할된 두 개의 챔버를 포함합니다. 챔버 바닥에 여러 개의 강철 막대로 구성된 그리드를 배치하여 전기 발 충격을 가합니다.
    2. 관찰적 공포 조건화를 위한 프로토콜이 두 개의 기간으로 구성되도록 합니다: 5분의 습관화 기간과 4분의 조건화 기간, 이 기간 동안 10초마다 2초의 발 충격(1mA)이 시연 마우스에게 전달됩니다. FreezeFrame 소프트웨어를 사용하여 이 프로토콜을 프로그래밍합니다.
      참고: 앞서 설명한 바와 같이14, 발 충격 강도를 1mA로 하여 달리기, 발성, 점프를 포함한 시연 동물의 모든 행동 반응을 안정적으로 유도합니다. 이 강도를 줄이면 시연자와 관찰자 모두에게 일관되지 않은 반응으로 이어질 수 있으므로 피하십시오. 그러나 특정 실험 환경에서 시연자의 모든 범위의 행동 반응을 유도할 수 있는 경우 더 낮은 충격 강도를 사용하거나 더 적은 충격 전달을 사용하는 것이 좋습니다.
  4. 비디오 녹화: 비디오 카메라를 켜고 후속 분석을 위해 테스트 챔버가 프레임 내에서 완전히 보이는지 확인합니다.
    알림: 비디오 카메라를 소음 감쇠 칸막이 내부에 설치하고 동물 바로 위에 배치하여 동물의 행동을 명확하게 녹음할 수 있도록 합니다.

2. 관찰 공포 조건화 절차

  1. 습관화 기간
    1. 어떤 동물이 혐오스러운 발 충격을 받을지에 따라 한 동물을 관찰자로, 다른 동물을 시범자로 지정합니다.
    2. 발 충격이 먼저 가해질 챔버에 시연 마우스를 배치한 다음 투명한 플렉시글라스 칸막이로 분리된 반대쪽 챔버에 관찰자 마우스를 배치합니다.
    3. 챔버 도어를 닫은 직후 소프트웨어를 사용하여 프로그래밍된 프로토콜을 실행합니다.
      알림: 습관 기간(발 충격 없음)과 2초마다 시연 마우스에 10초 발 충격을 전달하고 카메라가 전체 절차에 걸쳐 녹화할 수 있도록 하는 컨디셔닝 단계를 모두 포함하는 완전한 프로토콜을 FreezeFrame 소프트웨어에 입력합니다.
    4. 관찰자와 시범 마우스가 습관화 세션 동안 5분 동안 챔버 내에서 자유롭게 이동하고 탐색할 수 있도록 합니다.
  2. 컨디셔닝 기간
    1. 습관화 기간 후 4분 동안 시연 마우스에게 전기 발 충격을 자동으로 전달합니다.
    2. 관찰자 마우스가 컨디셔닝 기간 동안 시연 마우스의 통증 반응을 목격하도록 합니다.
      참고: 전기 충격에 대한 시연자의 통증 반응을 보존하기 위해 진통제는 보류되었는데, 이는 관찰자 쥐의 감정 상태 변화를 유도하기 위한 필수적인 사회적 신호입니다.
    3. 각 세션이 끝나면 시연자와 참관인을 별도의 유치장에 배치합니다. 테스트가 완료되면 각 동물을 집 우리로 되돌려 보냅니다.
    4. 70% 에탄올과 종이 티슈를 사용하여 바닥의 기기와 그리드를 청소합니다.
      알림: 반복 실험 사이에 소독제로 장치를 철저히 청소하여 이전 피험자의 잔류 후각 신호를 제거하고 시험 전반에 걸쳐 일관성을 유지하십시오. 또한 모든 실험이 완료된 후 70% 에탄올로 닦습니다.

3. 대리 동결 반응 분석

  1. 습관화 기간과 조건화 기간 동안 관찰자의 기록된 행동을 분석합니다15.
  2. 소프트웨어를 실행하여 0.75초 이상 지속되는 관찰자 마우스의 움직임 없는 시합을 자동으로 감지하며, 이는 동결로 간주됩니다.
    참고: 동결 응답의 점수를 매기기 위해 수동 또는 자동으로 분석을 수행합니다15.

4. 후속 절차

  1. 실험 후 모든 동물의 행동과 건강을 모니터링하여 스트레스 요인에서 완전히 회복되었는지 확인하십시오.
  2. 실험 완료 직후 동물에게 음식과 물을 포함한 적절한 주거와 보살핌을 제공하십시오.
  3. 조건화 절차의 영향을 평가하기 위해 실험 중 및 실험 후의 행동 변화를 기록합니다.

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결과

행동 도식(그림 1A)에 기술된 바와 같이, 세션은 순응(5분)으로 시작하며, 이어서 관찰적 공포 조건화 기간(4분)이 진행됩니다. 본 실험에서 관찰적 공포(OF) 그룹의 시범 쥐는 조건화 기간 동안 혐오적인 발 쇼크를 받았으며, 대조(Con) 그룹의 쥐들은 발 쇼크를 받지 않았습니다. OF 그룹의 관찰 쥐만이 반복적인 발 쇼크를 받는 시범 쥐의 고통 반응을 목격했습니다. OF 그룹의 쥐들은 Con 그룹과 비교하여 조건화 기간 동안 유의하게 높은 수준의 대리 동결 반응을 보였습니다(그림 1B). 조건화 동안의 총 동결 시간(초 단위)은 OF 그룹과 Con 그룹 간에 뚜렷한 차이를 나타냈습니다(그림 1C).

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토론

이 행동 프로토콜에 설명된 상황 관찰 공포 조건화(OFC) 테스트는 마우스의 정서적 공감을 연구하는 데 사용됩니다 4,16. 이 패러다임을 성공적으로 실행하려면 실험 조건과 실제 세부 사항, 특히 친숙함, 사회적 고립, 사회적 계층 구조, 사전 충격 경험 및 시위자에게 전달된 발 충격의 강도를 포함하여 피험자의 정서적 반응에 영향을 미치는 요인을 신중하게 고려해야 합니다 4,17,18,19,20,21,22 . OF...

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공개 사항

저자는 공개할 것이 없습니다.

감사의 글

본 연구는 미래창조과학연구원(IBS), 인지사회성센터(IBS-R001-D2), 미래창조과학부(23-BR-03-04)의 지원을 받는 한국뇌과학연구원(KBRI)의 기초연구 프로그램의 지원을 받았다.

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재료

이 논문에 사용된 재료 목록
이름회사카탈로그 번호댓글
정밀 동물 충격기Coulbourn InstrumentsH13-15
그리드 바닥Coulbourn InstrumentsH13-15
그리드 용 리본 케이블Coulbourn InstrumentsH93-01-25
FreezeFrameACTIMETRICSACT-100A
FreezeView 소프트웨어ACTIMETRICS
자극기ACTIMETRICSACT-712
관측 공포 챔버Coulbourn Instruments높이 32.7 cm × 너비 19.1 cm × 길이 37.8 cm 
비디오 녹화 시스템ACTIMETRICS
사운드 감쇠 큐비클
70% 에탄올널리 사용 가능.
살균제널리 사용 가능합니다.
종이 타월널리 사용 가능.
플렉시글라스 디바이더커스텀N/A너비 18 cm & 길이 32.2 cm  
GraphPad 프리즘 8GraphPad 소프트웨어 Inc.

참고문헌

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