Subskrypcja JoVE jest wymagana do oglądania tego materiału. Zaloguj się lub rozpocznij bezpłatny okres próbny.

Artykuł metodologiczny

Strach obserwacyjny jako model empatii afektywnej u myszy

1.8K wyświetleń

⸱

DOI:

10.3791/67130

⸱

22 listopada 2024

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

W tym artykule

Podsumowanie

Paradygmat strachu obserwacyjnego ocenia zastępcze zamrożenie u gryzoni jako model empatii afektywnej. Procedura ta polega na wystawieniu gryzoni-obserwatorów na działanie demonstrantów tego samego gatunku, którzy otrzymują awersyjne wstrząsy stopami w celu wywołania empatycznych reakcji zamrożenia. Stosując obserwacyjne testy strachu, naukowcy mogą zbadać mechanizmy neuronalne leżące u podstaw empatii afektywnej.

Streszczenie

Empatia, charakteryzująca się zdolnością do rozpoznawania i dzielenia się emocjami innych, odgrywa fundamentalną rolę w kształtowaniu interakcji społecznych. Pozwala jednostkom reagować na stany emocjonalne innych, promując zachowania prospołeczne i więzi społeczne. Strach obserwacyjny jest podstawowym aspektem empatii afektywnej, w której obserwator jest świadkiem doświadczania awersyjnych doświadczeń przez demonstranta, a następnie przejawia zachowania lękowe. Ta społecznie wywołana reakcja zastępczego zamrożenia u obserwatorów, znana jako zarażenie emocjonalne lub dzielenie się afektem, jest uważana za wskaźnik cech podobnych do empatii u gryzoni. W tym miejscu przedstawiamy protokół, który określa ocenę zastępczych reakcji zamrożenia u obserwatorów narażonych na demonstrantów tego samego gatunku otrzymujących awersyjne wstrząsy stopy. Wykorzystanie obserwacyjnych testów strachu u gryzoni stało się szeroko przyjętą metodą badania mechanizmów neuronalnych leżących u podstaw empatii afektywnej. Biorąc pod uwagę powszechność obserwacyjnego strachu u ssaków, metodologia ta dodatkowo przyczynia się do pogłębienia naszego zrozumienia neuronalnych substratów empatii u ludzi.

Wprowadzenie

Empatia -- zdolność do rozpoznawania i dzielenia uczuć innych -- jest kluczowa dla naszych emocjonalnych i społecznych interakcji1. Protokół ten ma na celu zbadanie empatii afektywnej u gryzoni za pomocą obserwacyjnego testu warunkowania strachu, zaprojektowanego do oceny zastępczych reakcji strachu u gryzoni obserwatora. Zdolność empatyczna ma głębokie podstawy neurobiologiczne, z ciągłością ewolucyjną od gryzoni do ludzi2. Zbieżne linie dowodowe pokazują, że gryzonie wykazują znaczną wrażliwość afektywną na stany emocjonalne swoich społecznych odpowiedników3 i wykazują zachowania związane z empatią, w tym strach obserwacyjny, allogrooming podobny do pocieszenia, emocjonalne zarażanie bólem i prospołeczne zachowania pomocowe4,5,6,7,8,9. Ta ciągłość ma ważne implikacje, ponieważ umożliwia wykorzystanie modeli zwierzęcych w celu uzyskania głębszego wglądu w mechanizmy neurobiologiczne leżące u podstaw ludzkiej empatii10.

Strach obserwacyjny, w szczególności, służy jako cenny model behawioralny do oceny empatycznych reakcji strachu, ponieważ gryzonie mogą zastępczo doświadczać strachu, obserwując przedstawicieli tego samego gatunku otrzymujących bodźce awersyjne4. Badania wykazały, że silniejsze reakcje strachu zastępczego są pozytywnie związane z miarami cech empatii u ludzi i naczelnych11,12, co wskazuje, że strach obserwacyjny może rzeczywiście stanowić fundamentalną cechę empatii emocjonalnej2. W porównaniu z innymi testami empatii1,2,4,10, obserwacyjne warunkowanie strachu jest korzystne, ponieważ pozwala na pomiar zarażenia emocjonalnego bez narażania obserwatora na bezpośrednie bodźce awersyjne. Zapewnia to mniej inwazyjną, ale wiarygodną miarę empatii afektywnej, dzięki czemu nadaje się do powtarzanych pomiarów i dogłębnych badań nad obwodami neuronalnymi związanymi z empatią.

W obserwacyjnym warunkowaniu strachu, mysz (obserwator) jest zastępczo uwarunkowywana do strachu zależnego od kontekstu, obserwując, jak inna mysz (demonstrator) otrzymuje powtarzające się wstrząsy stopami, bez doświadczania bezpośrednich bodźców awersyjnych. Obserwacyjny test warunkowania strachu wykorzystuje dwukomorowy aparat do warunkowania strachu, który jest podzielony przezroczystym separatorem z pleksiglasu13. Taka konfiguracja pozwala obserwatorowi w jednej komorze wyraźnie zobaczyć mysz demonstracyjną w przeciwległej komorze. Dodatkowo zapachy i dźwięki mogą być przenoszone między komorami przez podłogę pręta. W jednym pomieszczeniu znajduje się mysz demonstrator, która otrzyma bodziec awersyjny w postaci wstrząsu stopą, podczas gdy w drugiej komorze mysz obserwator jest umieszczona tak, aby obserwować niepokój myszy demonstracyjnej przez przezroczystą środkową przegrodę. Ten paradygmat składa się z dwóch sesji: 5-minutowej habituacji, po której następuje 4-minutowy okres warunkowania. Zachowanie zamrożenia wyświetlane przez mysz obserwatora występuje, gdy demonstrator wykazuje typowe reakcje na awersyjne wstrząsy stóp, w tym piski wywołane bólem, skakanie, bieganie i zamarzanie, w okresie kondycjonowania. Ta społecznie wywołana zastępcza reakcja zamrożenia u obserwatorów jest uważana za miarę zarażenia emocjonalnego, podstawową formę empatii afektywnej u gryzoni. Opracowanie obserwacyjnego testu strachu u gryzoni umożliwiło naukowcom zbadanie obwodów neuronalnych i podstaw genetycznych, które pośredniczą w empatii afektywnej.

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Protokół

Wszystkie opisane tutaj procedury z użyciem żywych zwierząt zostały zatwierdzone przez Instytucjonalny Komitet ds. Opieki i Użytkowania Zwierząt (IACUC) Instytutu Nauk Podstawowych (IBS). Samce lub samice myszy C57BL/6J (obserwatorzy i demonstratorzy) w wieku 10-12 tygodni były trzymane oddzielnie. Myszy trzymano w klatce po 2-5 zwierząt i utrzymywano w stałej temperaturze 23-25 °C z 12-godzinnym cyklem światło/ciemność. Myszom podawano karmę dla myszy i wodę ad libitum. Przed badaniem nie przeprowadzono żadnej obsługi. Szczegółowe informacje na temat odczynników i sprzętu użytego w tym badaniu znajdują się w Tabeli materiałów.

1. Przygotowanie do obserwacyjnego warunkowania strachu

  1. Warunki utrzymania: Rodzeństwo trzyma się razem (2-3 myszy/klatkę) po odsadzeniu. Trzymanie myszy niebędących rodzeństwem w oddzielnych klatkach13. Do eksperymentów z udziałem par godowych przygotuj klatki godowe z jednym samcem i dwiema samicami myszy. Trzymaj samce i samice w jednym pomieszczeniu przez co najmniej 10 tygodni.
  2. Habituacja w pomieszczeniu: Przenieś zwierzęta w ich domowych klatkach do poczekalni co najmniej 30 minut przed rozpoczęciem testów behawioralnych, aby umożliwić myszom zaaklimatyzowanie się w środowisku testowym.
    UWAGA: Utrzymuj natężenie światła w pomieszczeniu eksperymentalnym na poziomie około 90 luksów, a w poczekalni do przyzwyczajenia na poziomie 35 luksów.
  3. Konfiguracja do obserwacyjnego warunkowania strachu
    1. Konfiguracja aparatury: Złóż aparaturę do obserwacyjnego warunkowania strachu, o wymiarach 32,7 cm wysokości, 19,1 cm szerokości i 37,8 cm długości (Rysunek 1A).
      1. Obejmują dwie komory przedzielone porowatą (sześć otworów o promieniu 3 mm), przezroczystą przegrodą z pleksiglasu (18 cm szerokości × 32,2 cm długości) pośrodku. Umieść siatkę składającą się z wielu stalowych prętów na dnie komory, aby zaaplikować wstrząsy elektryczne stóp.
    2. Upewnij się, że protokół obserwacyjnego warunkowania strachu składa się z dwóch okresów: 5-minutowego okresu przyzwyczajenia, po którym następuje 4-minutowy okres kondycjonowania, podczas którego co 10 s do myszy demonstracyjnej dostarczany jest wstrząs o sile 2 s (1 mA). Zaprogramuj ten protokół za pomocą oprogramowania FreezeFrame.
      UWAGA: Jak opisano wcześniej14, upewnij się, że intensywność wstrząsu stopy wynosi 1 mA, aby niezawodnie wywołać pełen zakres reakcji behawioralnych u zwierząt demonstracyjnych, w tym bieganie, wokalizację i skakanie. Należy unikać zmniejszania tej intensywności, ponieważ może to prowadzić do niespójnych reakcji zarówno u demonstrantów, jak i obserwatorów. Rozważ jednak użycie mniejszej intensywności wstrząsu lub mniejszej liczby uderzeń, jeśli pełny zakres reakcji behawioralnych demonstratora może zostać wywołany w określonych warunkach eksperymentalnych.
  4. Nagrywanie wideo: Włącz kamerę wideo i upewnij się, że komora testowa jest w pełni widoczna w kadrze do późniejszej analizy.
    UWAGA: Zainstaluj kamerę wideo wewnątrz kabiny tłumiącej dźwięk, umieszczając ją bezpośrednio nad zwierzęciem, aby zapewnić wyraźne nagrywanie zachowania zwierzęcia.

2. Obserwacyjna procedura warunkowania strachu

  1. Okres przyzwyczajenia
    1. Wyznacz jedno zwierzę jako obserwatora, a drugie jako demonstratora, w zależności od tego, które zwierzę zostanie poddane awersyjnym wstrząsom stóp.
    2. Umieść mysz demonstracyjną w komorze, w której najpierw zostanie zaaplikowany wstrząs stopowy, a następnie umieść mysz obserwatora w przeciwległej komorze, oddzielonej przezroczystą przegrodą z pleksiglasu.
    3. Uruchom zaprogramowany protokół za pomocą oprogramowania natychmiast po zamknięciu drzwi komory.
      UWAGA: Wprowadź kompletny protokół do oprogramowania FreezeFrame, który obejmuje zarówno okres przyzwyczajenia (bez wstrząsów stopą), a następnie fazę kondycjonowania, która dostarcza 2-sekundowy wstrząs stopą do myszy demonstracyjnej co 10 sekund, umożliwiając jednocześnie kamerze nagrywanie przez cały czas trwania procedury.
    4. Pozwól myszom obserwatorowi i demonstratorowi na swobodne poruszanie się i eksplorację w komorze przez 5 minut podczas sesji habituacyjnej.
  2. Okres kondycjonowania
    1. Automatycznie dostarczaj wstrząsy elektryczne stóp do myszy demonstracyjnej przez 4 minuty po okresie przyzwyczajenia.
    2. Upewnij się, że mysz obserwator jest świadkiem reakcji bólowych myszy demonstracyjnej podczas okresu kondycjonowania.
      UWAGA: Leki przeciwbólowe zostały wstrzymane, aby zachować reakcje bólowe demonstratora na porażenie prądem, niezbędne sygnały społeczne do wywoływania zmian stanu emocjonalnego u myszy obserwatorów.
    3. Po każdej sesji umieść demonstrantów i obserwatorów w oddzielnych klatkach. Po zakończeniu testów każde zwierzę należy umieścić w jego klatce domowej.
    4. Wyczyść urządzenie i siatkę na podłodze za pomocą 70% etanolu i chusteczek papierowych.
      UWAGA: Dokładnie wyczyść aparaturę środkiem odkażającym między powtarzającymi się eksperymentami, aby wyeliminować wszelkie pozostałości sygnałów węchowych od poprzednich badanych i zachować spójność między próbami. Dodatkowo przetrzyj 70% etanolem po zakończeniu wszystkich eksperymentów.

3. Analiza zastępczych reakcji na zamrożenie

  1. Przeanalizuj zarejestrowane zachowanie obserwatora zarówno w okresie przyzwyczajenia, jak i warunkowania15.
  2. Uruchom oprogramowanie, aby automatycznie wykrywać nieruchome napady myszy obserwatora trwające dłużej niż 0,75 s, które są uważane za zamarzające.
    UWAGA: Przeprowadź analizę ręcznie lub automatycznie w celu oceny odpowiedzi na zamrożenie15.

4. Procedury uzupełniające

  1. Po eksperymentach monitoruj zachowanie i zdrowie wszystkich zwierząt, aby upewnić się, że w pełni regenerują się po wszelkich stresorach.
  2. Zapewnić zwierzętom odpowiednie warunki przetrzymywania i opiekę, w tym karmę i wodę, natychmiast po zakończeniu badań.
  3. Rejestruj wszelkie zmiany w zachowaniu w trakcie i po eksperymentach, aby ocenić wpływ procedur kondycjonowania.

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Wyniki

Zgodnie z opisem na schemacie behawioralnym (Rysunek 1A), sesja rozpoczyna się od habituacji (5 min), po której następuje okres obserwacyjnego warunkowania lękowego (4 min). W tym eksperymencie myszy demonstratory w grupie obserwacyjnego lęku (OF) były poddawane awersyjnym wstrząsom stóp podczas okresu warunkowania, podczas gdy myszy w grupie kontrolnej (Con) nie otrzymywały wstrząsów stóp. Tylko mysz obserwator w grupie OF była świadkiem reakcji stresowych myszy demonstratora otrzymującej p...

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Dyskusja

Test kontekstowego obserwacyjnego warunkowania strachu (OFC), opisany w tym protokole behawioralnym, jest stosowany do badania empatii afektywnej u myszy 4,16. Aby skutecznie zrealizować ten paradygmat, należy dokładnie rozważyć warunki eksperymentalne i szczegóły praktyczne, w szczególności czynniki wpływające na reakcje emocjonalne badanych, w tym znajomość, izolację społeczną, hierarchię społeczną, wcześniejsze doświadczenia szoku i siłę wstrząsów stopy zadany...

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Oświadczenia

Autorzy nie mają nic do ujawnienia.

Podziękowania

Ta praca była wspierana przez Instytut Nauk Podstawowych (IBS), Centrum Poznania i Socjalizacji (IBS-R001-D2) oraz podstawowy program badawczy Korea Brain Research Institute (KBRI) poprzez KBRI, finansowany przez Ministerstwo Nauki, ICT i Planowania Przyszłości (23-BR-03-04).

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Materiały

Lista materiałów użytych w tym artykule
NazwaFirmaNumer katalogowyKomentarze
Precyzyjny amortyzator dla zwierzątCoulbourn InstrumentsH13-15
Podłoga siatkowaCoulbourn InstrumentsH13-15
taśmowy do siatekCoulbourn InstrumentsH93-01-25
FreezeFrameACTIMETRICSACT-100A
FreezeView oprogramowanieStymulator ACTIMETRICS
ACTIMETRICSACT-712
Obserwacyjna komora strachuCoulbourn Instrumentywysokość 32,7 cm i szerokość 19,1 cm & długość 37,8 cm 
System nagrywania wideoACTIMETRICS Kabina
tłumiąca dźwięk
Powszechnie dostępna.
Środek odkażającySzeroko dostępny.
ręcznik papierowyPowszechnie dostępny.
Przegroda z pleksiglasuCustomN/Aszerokość 18 cm i długość 32,2 cm 
GraphPad Prism 8Oprogramowanie GraphPad Inc.
70% etanolu

Bibliografia

  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).

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Przedruki i uprawnienia

Przeglądaj więcej artykułów

Zastępcze zamrożeniezarażanie emocjonalneprzednia kora zakrętu obręczygryzoni model empatiiwarunkowanie wstrząsami stópneurony obwody empatiisomatostatynowe interneuronywspółdzielenie emocji
Strach obserwacyjny jako model empatii afektywnej u myszy
Skontaktuj się z nami
Poleć bibliotece

Prywatność

Warunki korzystania z usługi

Zasady

Prawa autorskie © 2026 MyJoVE Corporation. Wszelkie prawa zastrzeżone.