Для просмотра этого контента требуется подписка на JoVE. Войдите или начните свой бесплатный пробный период.

Методическая статья

Наблюдательный страх как модель аффективной эмпатии у мышей

1.8K просмотров

⸱

DOI:

10.3791/67130

⸱

22 ноября 2024 г.

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

В этой статье

Краткое содержание

Парадигма наблюдательного страха оценивает заместительное замораживание у грызунов как модель аффективной эмпатии. Эта процедура включает в себя воздействие на грызунов-наблюдателей совидичных демонстрантов, получающих аверсивные удары ногами, чтобы вызвать эмпатическую реакцию замирания. Используя наблюдательные анализы страха, исследователи могут исследовать нейронные механизмы, лежащие в основе аффективной эмпатии.

Аннотация

Эмпатия, характеризующаяся способностью распознавать и разделять эмоции других людей, играет фундаментальную роль в формировании социальных взаимодействий. Это позволяет людям реагировать на эмоциональное состояние других людей, способствуя просоциальному поведению и социальным связям. Наблюдательный страх является фундаментальным аспектом аффективной эмпатии, когда наблюдатель становится свидетелем того, как демонстрант переживает аверсивные переживания, и впоследствии демонстрирует поведение страха. Эта социально индуцированная викарная реакция замирания у наблюдателей, известная как эмоциональное заражение или обмен аффектом, рассматривается как индикатор эмпатических черт у грызунов. Здесь мы представляем протокол, который описывает оценку реакций заместительного замирания у наблюдателей, подвергшихся воздействию аверсивных ударов ногой по сородичу. Использование наблюдательных анализов страха у грызунов стало широко распространенным методом изучения нейронных механизмов, лежащих в основе аффективной эмпатии. Учитывая универсальность страха наблюдения у млекопитающих, эта методология способствует дальнейшему углублению нашего понимания нейронных субстратов эмпатии у людей.

Введение

Эмпатия -- способность распознавать и разделять чувства других -- имеет решающее значение для нашего эмоционального и социального взаимодействия1. Этот протокол направлен на исследование аффективной эмпатии у грызунов с помощью анализа обусловливания наблюдательного страха, предназначенного для оценки викарных реакций страха у грызуна-наблюдателя. Эмпатическая способность имеет глубокие нейробиологические основы, с эволюционной преемственностью от грызунов к человеку2. Сходящиеся линии доказательств показывают, что грызуны проявляют значительную аффективную чувствительность к эмоциональным состояниям своих социальных собратьев3 и демонстрируют поведение, связанное с эмпатией, включая страх наблюдения, утешительный аллогруминг, эмоциональное заражение болью и просоциальное поведение помощи4,5,6,7,8,9. Эта преемственность имеет важные последствия, поскольку позволяет использовать животные модели для более глубокого понимания нейробиологических механизмов, лежащих в основе человеческой эмпатии10.

Наблюдательный страх, в частности, служит ценной поведенческой моделью для оценки эмпатических реакций страха, поскольку грызуны могут опосредованно испытывать страх, наблюдая за сородичами, получающими аверсивные стимулы4. Исследования показали, что более сильные викарные реакции страха положительно связаны с показателями эмпатии у людей и приматов11,12, указывая на то, что наблюдательный страх действительно может представлять собой фундаментальную особенность эмоциональной эмпатии2. По сравнению с другими тестами на эмпатию1,2,4,10, наблюдательное обусловливание страха является преимуществом, поскольку оно позволяет измерить эмоциональное заражение, не подвергая наблюдателя воздействию прямых аверсивных стимулов. Это обеспечивает менее инвазивную, но надежную меру аффективной эмпатии, что делает ее пригодной для повторных измерений и углубленных исследований нейронных цепей, связанных с эмпатией.

При обусловливании страха наблюдения, мышь (наблюдатель) опосредованно обусловливается на контекстно-зависимый страх, наблюдая, как другая мышь (демонстрант) получает повторяющиеся удары ногой, не испытывая прямых аверсивных стимулов. В анализе наблюдательного обусловливания страха используется двухкамерный аппарат для обусловливания страха, который разделен прозрачным разделителем из плексигласа13. Такая конфигурация позволяет наблюдателю в одной камере четко видеть мышь-демонстратор в противоположной камере. Кроме того, запахи и звуки могут передаваться между камерами через пол стержня. В одном отсеке расположена мышь-демонстратор, которая будет получать отталкивающий стимул в виде удара ногой, в то время как в другом отсеке расположена мышь-наблюдатель, которая наблюдает за страданиями мыши-демонстратора через прозрачную среднюю перегородку. Эта парадигма состоит из двух сеансов: 5-минутное привыкание, за которым следует 4-минутный период обусловливания. Поведение замирания, демонстрируемое мышью-наблюдателем, происходит, когда демонстратор проявляет типичную реакцию на аверсивные удары ногой, включая вызванные болью скрипы, прыжки, бег и замирание, в период подготовки. Эта социально вызванная викарная реакция замирания у наблюдателей считается мерой эмоционального заражения, основной формой аффективной эмпатии у грызунов. Разработка наблюдательного анализа страха у грызунов позволила исследователям исследовать нейронные цепи и генетические основы, которые опосредуют эмоциональную эмпатию.

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Протокол

Все описанные здесь процедуры с использованием живых животных были одобрены Институциональным комитетом по уходу за животными и их использованию (IACUC) Института фундаментальных наук (IBS). Самцы или самки мышей C57BL/6J (наблюдатели и демонстраторы) в возрасте 10-12 недель содержались отдельно. Мышей содержали по 2-5 животных в клетке и поддерживали постоянную температуру 23-25 °C с 12-часовым циклом свет/темнота. Мышей давали мышиный корм и воду в неограниченном количестве. Перед тестированием никаких манипуляций не проводилось. Подробная информация о реагентах и оборудовании, использованных в данном исследовании, приведена в Таблице материалов.

1. Подготовка к обусловливанию наблюдательного страха

  1. Условия содержания: Домашние братья и сестры вместе (2-3 мыши/клетка) после отъема. Размещение мышей, не являющихся братьями и сестрами, в отдельных клетках13. Для экспериментов с участием брачных пар подготовьте клетки для спаривания с одним самцом и двумя самками мышей. Содержите самцов и самок не менее 10 недель.
  2. Приучение к комнате: Перенесите животных из их домашних клеток в зону ожидания не менее чем за 30 минут до начала поведенческого тестирования, чтобы мыши могли акклиматизироваться к условиям тестирования><. ПРИМЕЧАНИЕ: Поддерживайте интенсивность света в экспериментальной комнате на уровне около 90 люкс и в зоне ожидания для привыкания на уровне 35 люкс.
  3. Настройка для обусловливания страха на основе наблюдения
    1. Конфигурация аппарата: Соберите аппарат для обусловливания страха при наблюдении, размером 32,7 см в высоту, 19,1 см в ширину и 37,8 см в длину (Рисунок 1A).
      1. Включите в себя две камеры, разделенные пористой (шесть отверстий радиусом 3 мм), прозрачной перегородкой из плексигласа (шириной 18 см × длиной 32,2 см) посередине. Поместите решетку, состоящую из нескольких стальных стержней, на пол камеры для подачи электрических разрядов ног.
    2. Убедитесь, что протокол наблюдательного обусловливания страха состоит из двух периодов: 5-минутный период привыкания, за которым следует 4-минутный период обусловливания, в течение которого каждые 10 секунд демонстрируется 2-секундный удар ногой (1 мА) к демонстратору. Запрограммируйте этот протокол с помощью программы FreezeFrame.
      ПРИМЕЧАНИЕ: Как описано ранее14, обеспечьте интенсивность удара ногой 1 мА, чтобы надежно вызвать полный спектр поведенческих реакций у животных-демонстраторов, включая бег, вокализацию и прыжки. Избегайте снижения этой интенсивности, так как это может привести к непоследовательным реакциям как у демонстрантов, так и у наблюдателей. Тем не менее, рассмотрите возможность использования более низкой интенсивности удара или меньшего количества ударных подач, если полный спектр поведенческих реакций демонстратора может быть вызван в конкретных экспериментальных условиях.
  4. Запись видео: Включите видеокамеру и убедитесь, что испытательная камера полностью видна в кадре для последующего анализа.
    ПРИМЕЧАНИЕ: Установите видеокамеру внутри шумопоглощающего бокса, расположив ее непосредственно над животным, чтобы обеспечить четкую запись поведения животного.

2. Процедура обусловливания страха наблюдением

  1. Период привыкания
    1. Назначьте одно животное в качестве наблюдателя, а другое — в качестве демонстратора, в зависимости от того, какое животное будет подвергнуто аверсивным ударам ногами.
    2. Поместите мышь-демонстратор в камеру, где в первую очередь будет подаваться удар ногой, а затем поместите мышь-наблюдателя в противоположную камеру, отделенную прозрачной перегородкой из плексигласа.
    3. Запустите запрограммированный протокол с помощью программного обеспечения сразу после закрытия двери камеры.
      ПРИМЕЧАНИЕ: Введите полный протокол в программное обеспечение FreezeFrame, который включает в себя как период привыкания (без ударов ногой), так и фазу кондиционирования, которая подает удар ногой в 2 секунды на демонстрационную мышь каждые 10 секунд, позволяя камере вести запись на протяжении всей процедуры.
    4. Позвольте мышам-наблюдателям и демонстраторам свободно перемещаться и исследовать в камере в течение 5 минут во время сеанса привыкания.
  2. Период кондиционирования
    1. Автоматическая подача удара электрическим током на мышь-демонстратор в течение 4 минут после периода привыкания.
    2. Убедитесь, что мышь-наблюдатель является свидетелем болевых реакций демонстрационной мыши в течение периода обусловливания.
      Примечание: Анальгетики не использовались, чтобы сохранить болевые реакции демонстратора на удар электрическим током, важные социальные сигналы для индуцирования изменений эмоционального состояния у мышей-наблюдателей.
    3. После каждого сеанса размещайте демонстрантов и наблюдателей в отдельных клетках для удержания. По окончании тестирования верните каждое животное в его домашнюю клетку.
    4. Очистите аппарат и решетку на полу, используя 70% этанол и бумажные салфетки.
      ПРИМЕЧАНИЕ: Тщательно очищайте аппарат дезинфицирующим средством между повторными экспериментами, чтобы устранить любые остаточные обонятельные сигналы от предыдущих субъектов и поддерживать согласованность между испытаниями. Кроме того, протрите 70% этанолом после завершения всех экспериментов.

3. Анализ реакций викарного замораживания

  1. Проанализируйте записанное поведение наблюдателя в течение обоих периодов привыкания и обусловливания15.
  2. Запустите программное обеспечение для автоматического обнаружения неподвижных движений мыши наблюдателя продолжительностью более 0,75 с, которые считаются зависанием.
    ПРИМЕЧАНИЕ: Проведите анализ вручную или автоматически для оценки зависающих ответов15.

4. Последующие процедуры

  1. После экспериментов следите за поведением и здоровьем всех животных, чтобы убедиться, что они полностью восстанавливаются после любых стрессовых факторов.
  2. Обеспечьте надлежащее содержание и уход за животными, включая корм и воду, сразу после завершения испытаний.
  3. Записывайте любые изменения в поведении во время и после экспериментов, чтобы оценить влияние процедур кондиционирования.

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Результаты

Как показано на схеме поведения (Рисунок 1A), сессия начинается с привыкания (5 мин), после чего следует период обсервационного обусловливания страха (4 мин). В данном эксперименте мышам-демонстраторам в группе обсервационного страха (OF) в период обусловливания воздействовали аверсивными ударами тока через лапки, в то время как мыши в контрольной группе (Con) ударов тока не получали. Только мышь-наблюдатель в группе OF видела реакции дистресса мыши-демонстратора, получавшей повторяющиеся уд...

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Обсуждение

Тест контекстуального наблюдательного обусловливания страха (OFC), описанный в этом поведенческом протоколе, используется для изучения аффективной эмпатии у мышей 4,16. Чтобы успешно реализовать эту парадигму, следует тщательно рассмотреть условия эксперимента и практические детали, в частности, факторы, влияющие на эмоциональные реакции испытуемых, включая фамильярность, социальную изоляцию, социальную иерархию, предшествующий опыт шока и силу ударов ногами, нан...

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Раскрытие информации

Авторам нечего раскрывать.

Благодарности

Эта работа была поддержана Институтом фундаментальных наук (IBS), Центром познания и социальности (IBS-R001-D2) и Корейским институтом исследования мозга (KBRI) в рамках программы KBRI, финансируемой Министерством науки, ИКТ и планирования будущего (23-BR-03-04).

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Материалы

Список материалов, использованных в этой статье
ИмяКомпанияКаталожный номерКомментарии
Прецизионный шокер для животныхCoulbourn InstrumentsH13-15
Сетчатый полCoulbourn InstrumentsH13-15
Ленточный кабель для сетокCoulbourn InstrumentsH93-01-25
FreezeFrameACTIMETRICSACT-100A
FreezeView программное обеспечениеACTIMETRICS
StimulatorACTIMETRICSACT-712
Наблюдательная камера страхаCoulbourn Инструментывысота 32,7 см × ширина 19,1 см × длина 37,8 cm 
Система видеозаписиACTIMETRICS
Звукопоглощающая кабина
70% этанолШироко доступна.
СанитайзерШироко доступен.
полотенцеШироко доступно.
Разделитель из плексигласаCustomН/Дширина 18 см и длина в разы 32,2 см 
GraphPad Prism 8GraphPad Software Inc.
бумажное

Ссылки

  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).

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Перепечатки и разрешения

Больше статей

Викарное замираниеэмоциональное заражениепередняя поясная корамодель эмпатии у грызуновкондиционирование с помощью ударов током в лапынейронные цепи эмпатиисоматостатиновые интернейроныразделение эмоций
Наблюдательный страх как модель аффективной эмпатии у мышей
Связаться с нами
Порекомендовать библиотеке

Конфиденциальность

Условия использования

Политики

© 2026 MyJoVE Corporation. Все права защищены.