Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Behavior
Click here for the English version

Behavior

Vagus nerve stimulering som et verktøy for å indusere plastisitet i Pathways Relevante for Extinction Learning

Published: August 21, 2015 doi: 10.3791/53032
Automatic Translation
1, 1, 1, 1
1School of Behavioral and Brain Sciences, The University of Texas at Dallas

Summary

Vagus nerve stimulering (VNS) har dukket opp som et verktøy for å indusere målrettet synaptisk plastisitet i forhjernen å endre en rekke atferd. Denne protokollen beskriver hvordan å implementere VNS å lette konsolidering av utryddelse frykt minne.

Introduction

Klassiske frykt kondisjone gir en mye brukt dyremodell for å studere biologiske basis av angstlidelser. Under frykt conditioning, er en motvilje stimulus (det ubetingede stimulus, USA, for eksempel, en fotsjokk) presentert i forbindelse med en nøytral stimulus, for eksempel en tone og / eller en kontekst (den betingede stimulus, CS). Under frykt condition, er assosiasjoner mellom CS og USA dannet. Omsider presentasjonen av CS alene utløser en frykt respons (betinget reaksjon, CR). I utryddelse frykt, er CS presentert flere ganger i fravær av USA, forårsaker den CR til gradvis å avta 1. Dermed er utryddelse av betinget frykt en aktiv prosess hvor engstelig atferdsmessige reaksjoner til nøytrale stimuli blir svekket når de ikke lenger spå aversive utfall. Utryddelse av betingede responser krever konsolidering av nye minner som konkurrerer med lært foreninger. Et kjennetegn på angstlidelser er IMPAIRED utryddelse 2-4. Dermed utryddelse av betinget frykt i dyremodeller er et viktig paradigme både for hemmende læring og som en modell for atferdsterapi for menneskeangstlidelser 5,6.

Fordi det er nær sammenheng mellom frykt og menneskelig angst, er det tenkt at disse studiene kan gi innsikt i den biologiske natur angstrelaterte lidelser som posttraumatisk stresslidelse og vil bidra til å utvikle strategier for å behandle dem. Et viktig mål for preklinisk forskning er å hjelpe utryddelse læring og å indusere målrettet plastisitet i utryddelse kretser å konsolidere utryddelse læring. Vagus nerve stimulering (VNS) er en minimal invasiv neuroprosthetic tilnærming som kan brukes til å gi stramt tidsmessig og kretsspesifikke modulering av hjerneområder og synapser engasjert i en pågående oppgave. En rekke nyere studier fra Michael Kilgard gruppe ved The University of Texas at Dallas harvist at sammenkoblingen VNS med diskrete sensoriske eller motoriske stimuli (for eksempel en tone eller en spak pull) er svært effektiv i å fremme kortikale plastisitet å behandle tinnitus 7, eller å overvinne motoriske underskudd etter hjerneslag 8-10. I tillegg er ikke-betinget VNS som oppstår innen kort tid etter å ha lært vindu på samme måte fremmer kortikal plastisitet og forbedrer hukommelsen konsolidering i rotter og hos mennesker 11-13.

Tatt i betraktning den rolle nervus vagus i det parasympatiske vei, er det ikke overraskende at det kan delta i modulering av minnene og synaptisk plastisitet. Svært emosjonelle hendelser har en tendens til å produsere sterkere minner enn ikke-emosjonelle minner. Dette er sannsynligvis på grunn av påvirkning av stresshormoner på hukommelsen konsolidering. Etter trening administrasjon av stresshormonet adrenalin forbedrer hukommelsen konsolidering i menneskelige og ikke-menneskelige dyr, men adrenalinet ikke krysse blod-hjerne-barrieren 14, 15 16 opplevde at systemisk administrasjon av adrenalin økt vagal nerve avfyring, og økte nivåer av noradrenalin i amygdala 17. Systemisk administrasjon av adrenalin ikke forbedre hukommelsen konsolidering når β-adrenerge reseptorer blokkeres i amygdala 18 tyder på at vagus nerve spiller en rolle i veien som svinger emosjonelt opphissende opplevelser inn i langsiktige minner.

Således sammenkobling VNS med trening har potensial til å forbedre hjernen endringer som støtter hukommelse konsolidering og eksponering for klimaanlegg signaler i fravær av armering forbedrer konsolidering av utryddelse læring hos rotter 19,20. Her beskriver vi bruk av VNS enet verktøy for å fremme kortikal plastisitet og legge til rette for utryddelse av en betinget frykt respons.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

Alle prosedyrer beskrevet i denne protokollen er utført i samsvar med NIH Guide for omsorg og bruk av forsøksdyr, og de ble godkjent av Institutional Animal Care og bruk komité The University of Texas at Dallas.

1. Bygging av VNS Cuffs

  1. Lag et boreverktøy ved saging av den skarpe enden av en 22 ½ G nål.
  2. Kjør nå butte enden av 22 ½ G p over en metall-fil flere ganger for å flate den. Hold nålen med en vinkel på 45º til filen og kjøre den flere ganger over filen mens du roterer den. Dette vil føre til at metallet å bli tynnere og furl innover. FORSIKTIG: Sett tuppen av skalpell i den avskårne enden av nålen og roter med noen nedadgående kraft til å folde seg ut metallet.
  3. Bruk forstørrelses kikkert for resten av trinnene i § 1.
  4. Ved hjelp av en skalpell (10 eller 15 blad) kuttet 4 mm segmenter av slangen.
  5. Plasser en 4 mm segment over etliten borekrone eller andre lignende formet verktøy. Dette er for å holde slangen på plass mens den blir manipulert.
  6. Bor fire hull i røret (figur 1A). Hullene skal gjøre de fire punktene av en 2 mm med 2 mm kvadrat og skal være ren uten skarpe kanter.
    MERK: boreverktøy må slipes (trinn 1.2) hver 2 eller 3 hull. Vanskelighet med dette trinnet er nesten helt sikkert på grunn av et boreverktøy som ikke er skarp nok.
  7. Med slangen fortsatt på borkronen, bruk av en skalpell til å kutte røret i lengderetningen mellom hullene, slik at hullene to ender opp på hver side av snittet (figur 1B).
  8. Ved hjelp av en synål og sutur tråden, passere sutur gjennom hullene for å skape rigging for den ultimate plassering av mansjetten rundt vagus nerve. Begynn med nålen inne i mansjetten og passerer det gjennom ett av hullene, og deretter gå tilbake gjennom den tilstøtende hull fra utsiden (figur 1C). Knytte thread sammen ~ 2 cm fra plasten, slik at røret og tråden foreta en trekant. Tillat ~ 8 cm av tråden etter knuten og trim. Gjenta prosessen for hullene på motsatt side av cut. Slangen er nå klar til å være kablet.
  9. Forbered ledninger for mansjetter.
    1. Skjær platina iridium ledningen inn 70 mm segmenter.
    2. Med de beste tips for smykker fakkelen, skape en skarp flamme med blå senter som er så raffinert som mulig og bruke den til å strippe ~ 1 cm av plastbelegg fra ledningen. Påfør blå sentrum av flammen til avisolerte enden av ledningen for å skape en liten ball. Påfør blå sentrum av flammen til flere punkter av den strippede delen å smelte de syv trådene sammen. Wiren i disse plassene vil synes å knekk.
    3. På den motsatte enden av ledningen, bruke blå sentrum av flammen til enden for å skape en liten ball. Minimal stripping plast på denne enden.
  10. Kable mansjetten (figur 1D).
    MERK: Steps i punkt 1.10 må gjøres under forstørrelses kikkert.
    1. Tape mansjetten ned ved hjelp av gjengene, slik at den blir orientert med kuttet strekker seg horisontalt. Dra trådene stramt slik at mansjetten er trukket åpen og deretter tape ned gjengene.
    2. Ta tak i balled slutten av strippet siden av forberedt tråd med # 5 tang og presse gjennom høyre hullet. Trekk tangen ut av hullet, slik at enden av tråden i midten av mansjetten.
    3. Re-gripe balled slutten av strippet ledningen (nå i midten av mansjetten) og skyv den gjennom høyre hullet. Trekk tangen ut av hullet, slik at tråden føres helt gjennom mansjetten og løst på oversiden av mansjetten.
    4. Re-gripe balled slutten av strippet ledningen (nå utenfor mansjetten på oversiden) og skyv den tilbake gjennom høyre hullet fra innsiden. Fortsett å gjøre det inntil tråden er sikkert på plass: test ved å trekke på den motsatte enden av ledningen.
      NOTAT:Under denne prosessen er det viktig å skille de avisolerte / isolerte deler av ledningen. Wiren som til slutt plassert i "trau" av mansjetten må strykes, men alt under de nederste hull (utenfor mansjetten på bunnen) må isoleres. Dette sikrer levering av strøm bare i vagusnerven.
    5. Ta tak i balled slutten av den isolerte siden og skyv den gjennom høyre hullet fra innsiden av mansjetten, looping den rundt en gang.
    6. Gjenta trinn 1.10.2 - 1.10.5 på venstre side av mansjetten slik at to ledninger ender opp festet til slangen, en på høyre side og en på venstre side.
    7. Plasser en gull pinnen inn i armen av hjelpende hånd med hullet vendt opp. Fyll hullet med forandring.
    8. Loddes isolert enden av ledningen (nå festet til mansjetten) i pinnen.
    9. Tillat loddemetallet avkjøles, og deretter smelte den på nytt. Dette sikrer en god forbindelse mellom enden av ledningen og jegnside av pinnen. Påfør mer lodde om nødvendig. Gjenta for andre wire.
    10. Med ledninger kjører til høyre, markerer toppen av mansjetten med permanent markør. Også markere gullnål festet til toppen bly.

2. Bygging av Headcap for VNS Input nettstedet

  1. Kutt 30 mm segmenter av 26 AWG kobbertråd. Stripp en liten del i hver ende.
  2. Skjær den smale enden av løse gullpinnene og lodde strippet enden av ledningen til den avskårne enden av gullnål. Lag to wire / pin forbindelser for hvert ønsket inngang nettstedet. Plasser en plugg inn i en hjelpende hender og lodde ledningen enden av en ledning / pin forbindelse til hver av de to Overtrukket tenner av kontakten (figur 2G).
  3. Mark en av ledningene med sharpie. Under operasjonen, plasserer implantatet med den markerte ledningen rostralt til den umerkede wire.

3. VNS Surgery

  1. Opprett tilpassede glass verktøy for håndtering av vagus nerve under operasjonen.
    1. Bruk borsilikatglass å trekke en mikropipette, slik at den har en lang konisk spiss. Hvis ingen pipette avtrekker er tilgjengelig, bryte glass for å skape en lengre kant.
    2. Hold den ikke-koniske enden av pipetten med en tykk klut (for å unngå brannskader), og trykk den koniske / ødelagt enden inn i en glatt brannsikre overflate mens du påfører blå flamme fra smykker fakkelen til den koniske enden. Glasset vil bøye seg når den presses inn i overflaten. Påfør flammen til en krok eller J form former.
  2. VNS kirurgiske prosedyrer
    1. Samle og sterilisere alle verktøy. Forbered en sanitær, oppvarmet kirurgiske området.
    2. Bedøve dyr med ketamin / xylazin (85 mg / kg, 5 mg / kg, IP). Vurdere dybden av bedøvelse planet ved å overvåke dyrenes lyder og abstinens-reflekser i respons til tå og / eller hale klemming.
    3. Barbere toppen av hodet og venstre side av dyrets nakke. Beskytt dyrets øyne med mineral olje eller øye salve. Påfør jod rensing løsning med gasbind og deretter alkohol med gasbind til de barberte områdene. Gjenta en gang.
    4. Injisere 0,05 ml marcaine subkutant på toppen av hodet og la bolus å spre mens plassere dyret i stereotaxic instrument.
    5. Bruk en skalpell til å lage et snitt i huden på skallen for å avsløre både lambda og bregma. Forbered en bane for mansjetten ved hjelp sløv tang til tunnel subkutant fra snittet nettstedet nedover venstresiden foran øret til venstre side av halsen.
    6. Trekk innsnitt området åpent med hemostats. Ved hjelp av bomullspinner, gjelder hydrogen peroxide til utsatt skallen for å fjerne eventuelle gjenværende vev.
    7. Ved hjelp av en skalpell, bore to grunne styrehullene i skallen for å plassere ankerskruer. De bør plasseres langt nok fra hverandre for å gi plass til implantatet, men ikke for nær omkringliggende vev. Unngå å plassere skruer direkte på midtlinjen.
      1. Med kraftps og skrutrekker, kjøre et bein skrue i begge hull. Skruene må være tett i hullene, med hettene 2 - 3 mm over overflaten av skallen for å gi plass for akryl å fylle inn under og rundt skruene.
    8. Fyll plass under, rundt og mellom skruene med en liten mengde akryl, unngå omkringliggende vev. Deretter plasserer en større mengde akryl i midten av hodeskallen mellom de to skruene.
    9. Grab implantatet slik at merket ledningen er orientert rostralt til umerkede wire og raskt plassere implantatet i akryl, tar seg ikke å få akryl inn i gullnåler, låsen område, eller inngangs området på toppen. Når plassert tillate å sette ~ 5 min til den er tørr. Dette kan også gjøres ved hjelp av arm av stereotaxic for støtten. Fylle eventuelle sprekker eller hull mellom implantatet og skallen med lav viskositet blanding av akryl. La det tørke.
    10. Bruk forstørrelses kikkert for resten av trinnene i avsnitt 3.2.
    11. Fjern the dyret fra stereotaksisk instrument. Plasser dyret på sin høyre side, vri det litt mot ventral posisjon.
    12. Lag et lite snitt ca over venstre halspulsåren. Kjevebeinet og krage bør være omtrent like langt til innsnitt området. Widen snittet ved hjelp av sløv disseksjon til muskel lag er nådd. Sternokleidomastoideus, sternohyoid, og omohyoid musklene skal være synlig. Bruk muskel haker å holde nettstedet åpent.
    13. Fortsett sløv dissekere langs naturlige furer mellom musklene. Se for pulsing av halspulsåren. Overskriften gjennom muskelen mot pulsering vil avdekke karotidarterien. Trekk musklene tilbake med muskel retractor. Kappen inneholder karotidarterien inneholder også vagusnerven. Nøye sløv dissekere slire med saksen.
    14. Identifiser vagus nerve. Det er den største nerve i carotis kappen og er vanligvis i dyrets venstre side av arterienmen kan bli funnet på noen side. Bytt til den tilpassede glass verktøy og skille vagus nerve fra halspulsåren. Nerve bør være fri for alle andre vev i minst 5 mm.
    15. Fra snittet på hodet, ved hjelp av gjengene på siden av mansjetten på motsatt side av ledningene, trekk mansjett gjennom det tidligere gjort subkutan tunnel med pinsett eller små hemostats. Skyv den gjennom vevet inn i innsnitt området på halsen.
    16. Løft forsiktig nerve opp ved hjelp av glass verktøy og presse trådene på siden av mansjetten motsatt ledningene under nerve. Dra trådene hele veien gjennom, tar seg ikke å gni mot nerve. Mansjetten bør være i umiddelbar nærhet av nerven.
    17. Sørg for at mansjetten er orientert med merket 'top' side overlegen. Slipp nerve inn i midten av mansjetten. Nerve skal nå ligge på tvers av både ledninger i bunnen av mansjetten (figur 2B). Knyt trådene sammen for å lukke mansjetten.
    18. På headcap, plugg pinnene festet til mansjetten inn i gullpinnene på innspill stimulering nettstedet. Plugg merket pinnen inn i gullnål festet til mest anterior tann på simuleringen innspill nettstedet.
    19. For å verifisere at mansjetten stimulerer skikkelig vagus nerve, utføre et opphør av pust test av, kobler stimulator til stimulering inngangsside på headcap og kjører stimulering (0,2 mA, 60 Hz, opp til 10 sek). Breathing bør kort stopp og hjertefrekvens bør slippe, verifisere mansjett funksjon.
    20. Fest pinnene på stimulering innspill nettsted med akryl. Dekk ledningene og kontrollere at utsatte pins og ledninger ikke fører til kortslutning. Bruk akryl å glatte over eventuelle støt eller å fylle eventuelle hull. La det tørke.
    21. Sutur lukket begge snittet nettsteder. Injisere 0,05 ml marcaine subkutant nær halsen innsnitt området. Påfør antibiotisk salve til snittet nettsteder. Eventuelt la en hannkontakt på plass på inngangs stimulering området for åforhindre skade eller hindring under healing prosessen.
    22. Behandle med antibiotika og følg standard postoperativ behandling inkludert hensiktsmessig analgesi. Returnere dyr til dyr bolig anlegget etter at de gjenvinne mobilitet. Tillat fem dager for utvinning. For å sikre maksimal levetid og funksjon av headcap, huset dyrene enkeltvis for resten av forsøket.
      MERK: Sham-rotter VNS gjennomgå den samme operasjon, men kretsen er konstruert for å korte seg på nivået av den headcap (det vil si en headcap implantert og vagusnerven er adskilt fra halspulsåren, men ingen elektrode mansjetten legges rundt nerve).

4. Auditiv Fear Conditioning

MERK: Denne frykten condition protokollen er mer intensiv enn de fleste 21 fordi målet med disse forsøkene er å forbedre utryddelse. Med mild frykt condition som er lett slukket, kan et gulv effekt tilsløre denne forbedringen.

  • Hus dyr på en 12 timers lys / mørke syklus med ad libitum tilgang til mat og vann. Håndtere dyr daglig i utvinning fra kirurgi.
  • Sett opp condition og testapparat, som består av en operant boksen ligger i en lyd-dempet kammer (Figur 2C). Operant boksen har klare plastvegger, 20 x 20 x 20 cm, og har en rustfri stålgittergulv som er forbundet med en fot sjokk generator. Bruk et hvitt hus-lys til å lyse kammeret for videoopptak. Bruk en 9 kHz, 85 dB SPL tone som betinget stimulus.
  • Vanlig atferd med et digitalt kamera plassert inne i kammeret, over operant boksen. Se og overvåke økten på en datamaskin plassert utenfor atferd rommet. Lagre videoer for senere analyse.
  • Tørk kamre med 70% etanol før og etter hver økt for å eliminere lukt signaler.
  • Fear-tilstand rottene for 2 dager (figur 3A). Bekrefte at rottene ikke er iVerre redd for tonen ved å presentere fem toner (9 kHz, 85 db, 30 sek) på den første dagen. Sikre at frysing nivåene er ubetydelig.
    1. Følg de første tone presentasjoner med åtte tone-fotsjokk (1 sek, 0,5 mA) paringer på hver av to påfølgende dager. Gjenta tone-fotsjokk motstandere igjen på den andre dagen. Varier mellom stimulus-intervall (ISI) mellom 2 og 4 min, i snitt 3 min for enhver prøvelse. Random det punkt hvor det oppstår sjokk under tonen.
  • På den tredje dagen, teste styrken av tone / sjokk foreningen. Spille fire toner med en ISI på 3, 4 eller 5 min (4 min gjennomsnitt) i fravær av footshocks og registrere dyrenes frysing atferd i løpet av de tone presentasjoner og i løpet av inter-stimulus-intervaller som tiltak av den betingede frykt respons (CFR).
  • På dag fire, begynner utryddelse trening med VNS eller Sham VNS.
    1. Plugg rottene inn i stimulator ved å sette inn de mannlige kontaktene fra stimulator inn inngangs stimulering nettstedet. Plasser dyr inn i kammeret (figur 2A, 2C). Sett stimulator til 0,4 mA, 500 ms pulsbredde på 30 Hz. Satt stimulering til en samlet varighet på 30,15 sek, som starter 150 ms før utbruddet av tonen. Spill dyr fire toner (som i trinn 4.6) og koble hver tone presentasjon med VNS eller Sham VNS.
  • Med jevne mellomrom teste den elektriske integritet mansjett og innspill området ved hjelp av et oscilloskop.
    1. Plugg i dyr som normalt og dele utgangssignalet fra stimulator til oscilloskopet.
    2. Sett hold til oscilloskop som -20 V til 20 V og kjøre stimulering. Bølgeformen til 30 Hz stimulering skal være synlig på oscilloskop. Stimuleringer som overstiger 10 V i størrelse indikerer høy impedans og en feil fungerende mansjett eller tilkobling på inngangen stimulering nettstedet.
  • For å teste effekten av VNS på utryddelse trening kjøre en andre CFR test (som i trinn 4.6)på dag 5. Vanlig tidsbruk fryse under tone presentasjoner og i forhold til baseline frysing innspilt i løpet av første CFR test (trinn 4.6).
  • Analyser videoer med en uavhengig observatør som er blind for behandlingsbetingelsene. Måle tid brukt fryse under tone presentasjoner med en stoppeklokke. Frysing er definert som komplett immobilitet, der rotta viser rask respirasjon, senket hode, og spre poter 22. Analyse for frysing oppførsel kan deles inn i to faser: under tone presentasjon og under den inter-stimulus intervall.

    • 5. I Vivo Opptak av fremkalt Felt Potentials

    Merk: Dette trinnet er valgfritt. Fremkalt felt potensialer (EFPs) er registrert 24 timer etter tester av gjeninnsettelse (dag 5) i isofluran-bedøvet rotter montert i et stereoapparat, etter standard prosedyrer 23,24.

    1. Samle og sterilisere alle verktøy.
    2. Indusere anestesi med isofluran (5% i 100% oksygen, strømningshastighet 1 l / min) i en klar plastkammer. Vurdere dybden av bedøvelse planet ved å overvåke dyrenes lyder og abstinens-reflekser i respons til tå og / eller hale klemming. Bruk mineralolje eller øyesalve for å beskytte øynene.
    3. Injisere 0,05 ml marcaine subkutant på toppen av hodet og la bolus å spre. Bruk en skalpell og hemostats å fjerne headcap fra skallen. Bruk så lite kraft som mulig for å unngå å skjule bregma.
    4. Plasser dyret i stereotaksisk instrument. Bruk en skalpell til å utvide snittet for å avsløre både lambda og bregma. Opprettholde bedøvelse flyet med isofluran (3% i 100% oksygen, en strømnings-hastighet l / min) via et nosecone.
    5. Bor hull i skallen over infralimbic prefrontal cortex (IL) og basolaterale amygdala (BLA). Senk en glassmikroelektroder (2M KCl, 1-2 MOhms motstand) inn i BLA (D / V: 7,2, A / P: 2,7, M / L: 4.9 fra bregma) og en stimulation elektroden i IL-regionen i den mediale prefrontale cortex (D / V: 4,6, A / P: 3,0 M / L: 0,7 fra bregma) (figur 4A).
    6. Stimulere IL å fremkalle EFPs i BLA. Dataene vist i figur 4 ble kjøpt med følgende innstillinger: En stimulering puls på 0,3 ms varighet, ved hjelp av en stimulering intensitet som tilsvarte 40% av minimums intensitet som vakte en maksimal feltet respons (basert på en kryssløpskurve bestemmes før samling av baseline data), leverte hvert 15 sek.
    7. Samle baseline data i minst 10 - 15 min før induserende synaptisk plastisitet.
      MERK: Protokollen som brukes til å fremkalle synaptisk plastisitet vil variere med kravene i forsøkene og må nøye utvalgt av hver eksperimentator. Dataene i Figur 4C viser utviklingen i EFP følgende tre pakker med 100 pulser ved 50 Hz (2 sek), med 20 sek inter-burst intervaller på minimum dagens intensitet som fremkalled den maksimale feltrespons.
    8. Måle amplituden av EFP som forskjellen mellom middelverdien av et 5 ms vindu før stimulering artefakt og middelverdien av et 5 ms vindu i området rundt 20 - 25 msek etter stimulering gjenstand, som svarer til den negative toppen av feltet potensial. Normalisere data til baseline og sette gjennomsnittet av en 10 min baseline som 100%. Bruk gjennomsnitts EFP amplituder av en annen 10 min periode etter plastisitet induksjon (f.eks 40 - 50 minutter etter induksjon) for å vurdere langsiktige endringer i EFP amplitude.
    9. Etter slutten av opptaket fremrykning bedøvede dyr og trekke hjernen. Forberede vev for histologisk verifisering av elektrodeplasseringen.

    Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

    Representative Results

    Dette avsnittet viser eksempler på resultater som kan oppnås ved hjelp av VNS i kombinasjon med utryddelse læring for å redusere ekspresjonen av den kondisjonerte reaksjon frykt hos rotter. For dag 1 og 2 (Auditory Fear Conditioning), ble rottene trent på en auditiv frykt condition oppgave der footshocks var forbundet med en tone. På dag 3 (Pre Treatment Test), ble toner presentert i fravær av footshocks å måle fryse nivåer og antyde betinget frykt respons oppkjøpet. På dag 4 (Behandling) rotter fikk gruppespesifikk utryddelse trening og behandling: 4 tone presentasjoner var forbundet med enten VNS eller humbug-stimulering eller, i utvidet utryddelse gruppen, 20 tone presentasjoner med humbug-stimulering. Frysing nivåer ble testet igjen på dag 5 i respons til fire presentasjoner av CS alene (Post Treatment test) (jf tidslinje i figur 3A). Dyrene som mottok et begrenset antall (fire) av eksponeringer uarmert til conditioned tone under utryddelse fasen viser bare en liten reduksjon i kondisjonert frykt på følgende gjeninnsettelse dag (Figur 3B). I motsetning til dette, VNS-behandlede rotter viser en betydelig reduksjon i iskaldt etter en enkelt utryddelse treningsøkten (figur 3B). Mengden av reduksjon i den kondisjonerte reaksjon av frykt VNS-behandlede dyr sammenlignes med det som ses i sham-behandlede dyr som mottok 5 ganger mengden av ikke-armert eksponeringer (20 toner) på utryddelse trening (EE-gruppen i figur 3B). Bruke den spesifikke eksperimentelle oppsettet skissert ovenfor, kan VNS også lette utryddelse i sammenhengen. Som vist i figur 3C, VNS dyr også viste redusert fryse oppførsel utenfor presentasjonen av den kondisjonerte tone, noe som tyder på at deres utryddelse trening også generaliseres til konteksten. Vi viser også at sammenkobling VNS med utryddelse trening endrer metaplasticity i veien betweno infralimbic cortex (IL) og basolaterale amygdala (BLA) i bedøvede dyr (figur 4). I frykt kondisjonerte dyr som ikke gjennomgår utryddelse trening, kort burst stimulering (HFS) av IL indusert LTD av fremkalt lokale feltet i BLA (figur 4). Om de fikk utvidet utryddelse opplæring eller VNS løpet av en enkelt utryddelse økt, var dette synaptic depresjon reversert i dyr som utviser betydelig utryddelse av den betingede frykt; Imidlertid, kan administrering av VNS under utryddelse fremmet induksjon av LTP, mens dyrene i den utvidede utryddelse gruppe viste ingen forandring i respons til HFS. Dette resultatet ble også observert i dyr som ble sham-stimulert i fire tone utryddelse gruppe. Viktigere, bare VNS endret plastisitet i veien mellom IL og BLA da den ble levert i en utryddelse sammenheng. I motsetning til dette, VNS levert til utrent dyr i deres bur hadde ingen effekt på synaptic plastisitet i IL-BLA pathway (4B).

    Figur 1
    Figur 1. Konstruksjon av nervus vagus Cuffs. (A) Plassering av 4 mm stykke av rør på borekronen for stabilitet, og viser bruk av en modifisert nål for å bore hull i røret. (B) hull har blitt gjort i tubing, og slangen har blitt kuttet ned på midten. (C) Plassering av sutur tråden gjennom hullene i mansjetten. Legg merke til at tråden går over kanten av mansjetten. (D) innføring av platina iridium ledninger til mansjetten. Mest viser fullført ledninger, viser bunn ledninger i prosessen. (E, F) Den ferdige mansjett med gull pinner festet til enden av trådene. Se sette inn i (F) for skala. (G) Viser corresponding headcap stykke som blir festet til skallen under operasjonen beskrevet i trinn 3. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

    Figur 2
    Figur 2. Vagus nerve stimulering og eksperimentelt oppsett. (A) Skjematisk av set-up brukes til vagus nerve stimulering (VNS). Dyr er koblet til en stimulering isolatet via en headcap hvorfra to platina-Iridium ledninger føre subkutant til skreddersydde cuff-elektrode som er pakket rundt nervus vagus. (B) Plassering av mansjetten-elektrode rundt nervus vagus. Mikroskopbilde av den kirurgiske innsnitt og utsatt vagus nerve før mansjetten elektroden sys rundt den. (C) Fotografi av oppsettet som brukes forauditiv frykt kondisjonering, med dyret er koblet til stimulator. (Figur modifisert fra referanse 20). Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

    Figur 3
    Figur 3. VNS forbedrer utryddelse av auditiv frykt condition. (A) Experimental tidslinje. Dag 1 og 2: Hørbar Frykt Conditioning, 8 tone (CS) / sjokk motstandere (US) per dag. Dag 3: Betinget Fear Test Pre, iskaldt målt under 4 uparede tone presentasjoner. Dag 4: Behandling, tre grupper: 4 tone presentasjoner forbundet med VNS, 4 tone presentasjoner sammen med humbug-stimulering, 20 tone presentasjoner forbundet med sham-stimulering (EE). Dag 5: Betinget Frykt Test Post, iskaldt målt under 4 uparede tone presentasjoner (B). (C) Prosent av tidsbruk fryse i løpet av de inter-tone intervaller (ITI) på dag 3 (D3, hvite striper ) og dag 5 (D5) for de samme gruppene som er vist i B. VNS dyr viste også redusert fryse oppførsel utenfor presentasjonen av det kondisjonerte tone. (* P <0,05, Feilstolpene representerer standardfeil av gjennomsnittet). (Figur modifisert fra referanse 20). Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.


    Figur 4. VNS endrer metaplasticity i IL-BLA veien. (A) Representant stimulering og opptak steder i IL og BLA og representative spor av en input-output kurven av feltpotensialer registrert i BLA etter stimulering av IL. (B ) synaptisk plastisitet i IL-BLA veien i respons til stimulering kort utbrudd i fire grupper av rotter. Øverst til høyre: I frykt kondisjonerte rotter kort burst stimulering av IL induserer LTD i BLA. Midtre venstre: rotter som fikk fire tone utryddelse trening med humbug stimulering viser også LTD. Nederst til venstre: rotter som fikk utvidet utryddelse trening med humbug stimulering viser ingen endring, eller en gjenoppretting av LTD som ble indusert i frykt betinget eneste gruppen og humbug stimulering gruppen. I midten til høyre: hos rotter behandlet med VNS løpet av en enkelt extinction sesjon, er synaptisk styrke ytterligere forsterkes, noe som fører til LTP. Nederst til høyre: VNS levert i hjemmet buret fører ingen endring i plastisitet. Forkortelser: IL, infralimbic cortex; PL, prelimbic cortex; BLA, basolaterale kjernen i amygdala, LA, lateral kjernen i amygdala; CE, sentrale kjernen i amygdala. (* P <0,05, Feilstolpene representerer standardfeil av gjennomsnittet). (Figur modifisert fra referanse 20). Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

    Figur 5
    Figur 5. forenklet skjema av hjernestammen innervasjon av vagusnerven og andre eller høyere ordens anslag. Gjennom indirekte modulering av monoamin-kjerner i hjernestammen, inkludert locus coeruleus (LC) og rafe nuclei (DRN), kan vagus nerve modulere viktige komponenter av utryddelse kretser, som inkluderer prefrontal cortex (PFC), amygdala (Amyg), hippocampus (Hipp) og nucleus accumbens (NAC). Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

    Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

    Discussion

    Vi presenterer her en protokoll som brukes til å legge til rette for utryddelse av betinget frykt under en enkelt økt eksponering for betinget signaler 19 og å modulere plastisitet i veien mellom infralimbic cortex og basolaterale amygdala som kan megle utryddelse læring 20. Et viktig skritt for å lykkes med denne protokollen er riktig levering av VNS under utryddelse trening. Derfor må spesiell forsiktighet utvises for utførelse av mansjetten elektrodene og plassering av mansjetten rundt vagusnerven. I byggeprosessen av mansjetten elektroden er det viktig å sikre at den eksponerte delen av ledningene er på riktig plass. Likeledes, under operasjonen, spesielle tiltak må gjøres for å plassere mansjetten i riktig stilling, og for å feste den på plass i tilstrekkelig grad, slik at kretsen mellom mansjetten og stimulatoren forblir intakt i løpet av forsøket. Riktig funksjon av mansjetten bør be sjekket etter operasjonen (som beskrevet i trinn 3.2.20) og igjen etter atferds testing (som beskrevet i trinn 4.8).

    Mekanismene gjennom hvilke VNS modulerer aktivitet i sentralnervesystemet er ikke fullt ut forstått. Cervical vagus nerve er sammensatt av afferente sensoriske og efferente motoriske fibre i omtrent en 4-til-1-forhold, henholdsvis 25. Vagal afferenter relé signaler til kjernen tractus solitarius (NTS), som deretter prosjekter til parabrachial kjernen, hypothalamus, thalamus, amygdala og hippocampus 26,27. Viktigere, MAO kjerner i hjernestammen, locus coeruleus (LC) og raphe kjerner, får direkte og / eller indirekte anslag fra NTS (figur 5). Dermed VNS kan modulere kortikal plastisitet og minne via synergistisk handling av flere nevromodulatorer. Forslag effekter knyttet til vagal stimulering inkluderer endring av noradrenalin (NE) utgivelsen av anslag fra de NTS tilLC, forhøyede nivåer av hemmende GABA, og inhibering av unormal kortikal aktivitet av retikulære system aktivering 28,29,30. Viktige roller for acetylkolin, serotonin og hjerne-nevrotrop faktor har også vist seg 31-35. For modulering av frykt minner og utryddelse generelt, effekten av VNS på senderen utgivelse i prefrontal cortex (PFC), amygdala og hippocampus er sannsynlig å være særlig relevant 36,37. Akutt VNS øker noradrenalin og serotonin utgivelse i både den mediale PFC 33,38 og amygdala 39,30. Akutt VNS øker også nivåene av noradrenalin 38 og forbedrer synaptisk transmisjon i hippocampus 40-42. Noradrenalin har tidligere blitt vist å være involvert i modulering av frykt uttrykk. Lesjoner av NE anslagene fra LC til brain svekke utryddelse av aktiv unngåelse uten å endre erverv eller bibehold av origInal læring 43,44. Konsolidering av betinget frykt avhenger av β-adrenoceptor aktivering innenfor BLA 43, og flere rapporter tyder på en rolle for både α- og β-adrenerge reseptorer i den mediale PFC i minnet konsolidering av både narkotika og frykt-utryddelse trening 46-49. Så når sammenkobling utryddelse trening med VNS, den VNS-indusert frigjøring av nevromodulatorer som NE eller 5-HT ser ut til å lette synaptisk plastisitet at resultatene fra trening alene, noe som fører til økt konsolidering av utryddelse.

    En stor fordel med VNS ligger i dens timelige og romlig spesifisitet. I motsetning til systemisk eller lokalt stoff program, som ofte har en treg start og offset av handlingen, kan VNS selektivt paret med spesiell oppførsel til rette synaptisk plastisitet i de aktive nettverk som regulerer oppførselen av interesse. Vi beskriver her en VNS protokoll som bruker parametere brukes også klinisk for behandling avnt av epilepsi i mennesker (0,4 mA, 500 us pulsbredde ved 30 Hz, stimulering syklus på 30 sekunder på og 5 min av). Mikrodialyse forsøk viser at VNS bruke disse parametrene fører til en langvarig, omtrent to ganger økning av NE utgivelse i amygdala 39. Dette store og relativt langsom økning i NE kan forklare hvorfor VNS forbundet med utryddelse trening, i motsetning til utvidet utryddelse trening av seg selv, også tilrettelagt utryddelse av frysing oppførsel utenfor presentasjonen av betinget stimulus (den intertrial intervall). Fordi i våre eksperimenter dyr gikk utryddelse opplæring i samme sammenheng som det auditive frykt condition, reduksjon av frysing atferd under ITI viser at VNS tilrettelagt generalisering av utryddelse læring i sammenhengen.

    Men til tross for potensielt langvarig effekt på NE utgivelse, effekten av VNS på atferd eller synaptisk plastisitet er bare synlig når de er paret wed en bestemt atferd. Anvendelse av VNS til rottene i sine homecages kort tid etter slokking frykt trening ikke lette utryddelse 20, og på samme måte, VNS påført utsiden av en bestemt kontekst atferds endret ikke synaptisk plastisitet i IL-BLA pathway (jf figur 3C). På den annen side, selv korte anvendelser av VNS (f.eks 0,8 mA som et tog på 15 pulser, 100 usek pulsbredde på 30 Hz for 500 ms) føre konkrete og varige endringer i sensoriske eller motoriske nettverk når de blir levert kontingent med pågående atferd.

    En banebrytende artikkel av Michael Kilgard gruppe 7 viste at timelig presis sammenkobling av VNS med presentasjon av en eneste tone fører til plastisitet i auditiv cortex kartet tone frekvens. Disse effektene er allerede blitt brukt klinisk å reversere patologisk plastisitet i det auditive cortex å behandle tinnitus 50. TilsvarGjentatt sammenkobling av VNS med en motor oppførsel har vært vist å reorganisere motor cortex 8 og denne målrettede plastisitet er svært effektivt ved gjenvinning av funksjon i forskjellige dyremodeller av slag 9,10.

    Men forsinket VNS levert to timer etter rehabiliterende treningsøkter eller flere ganger større mengder VNS resultert i relativt mindre forbedring enn presist timet VNS 51. Således fremtidige studier trenger for å optimalisere både tidspunktet og mengden av VNS å maksimere terapeutiske fordeler. Våre resultater viser at VNS, som er klinisk godkjent for behandling av multimedikamentresistent epilepsi og behandlingsresistent depresjon, kan brukes som et supplement til behandlingen eksponeringsterapi fordi det modulerer læring spesifikke plastisitet for å forsterke effekten av eksponering på utryddelse av betinget frykt svare.

    Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

    Materials

    Name Company Catalog Number Comments
    Alcohol
    Atropine Fisher A0132-5G
    Betadine Henry Schein 69066950
    Hydrogen peroxide  CVS 209478
    Ketamine Henry Schein  1129300
    Marcaine Henry Schein 6312615
    Mineral Oil CVS 152355
    Neosporin CVS 629451
    Oxygen Home Depot 304179
    Pennicillin Fisher PENNA-10MU
    Propane Home Depot 304182
    Xylazine Henry Schein 4019308
    Tools
    Jewelery Torch Smith Equipment 23-1001D
    Sewing Needle Walgreens 441831
    #5 Forceps (2) Fine Science Tools 11254-20
    Soldering Iron Home Depot  203525863
    AmScope SM-4TX-144A 3.5X-45X Circuit Board Boom Stereo Microscope + 144 LED AmScope SM-4TX-144A
    Helping Hands A-M Systems  726200
    Scalpel Blade Holder Fine Science Tools 10003-12
    Metal File Home Depot 6601
    Ruler Home Deopt 202035324
    Curved Hemostats  Fine Science Tools 130009-12
    Fine Scissors Fine Science Tools 14058-09
    Spatula Fine Science Tools
    Small Screwdriver Home Depot 646507
    Magnetic Fixator Retraction System Fine Science Tools 18200-04, 18200-01, 18200-05
    Heating Pad Walgreens 30294
    Clippers Walgreens 277966
    Sharpie Staples 125328
    Ring Forceps Fine Science Tools 11103-09
    Custom Micropipette Glass Tools (J shape and Straight) - Borosilicate glass Sutter Instrument B150-110-10
    Adson Forceps Fine Science Tools 11006-12
    Cuffs
    Tubing Braintree Scientific Inc MRE-065
    Platinum Iridium Wire Medwire 10IR9/49T
    Gold Pins Mill-Max 1001-0-15-15-30-27-04-0
    Suture Thread Henry Schein 100-5797
    22 G needles Fisher  14-815-525
    Paper Tape Fisher  03-411-602
    Solder Home Depot 327793
    Flux  Home Depot 300142
    Scalpel Blade, 10 or 15 Stoelting 52173-10
    Silastic Laboratory Tubing .51 mm ID x .94 mm OD Fisher  508-002
    Headcaps
    Connector Pieces (male) Omnetics Connector Corporation A25001-004
    Headcap pieces (female) Omnetics Connector Corporation A24001-004
    Teets Dental Acrylic, Liquid and Powder A-M Systems 525000, 526000
    26 Gauge Solid Copper Wire Staples 1016882  
    Surgery
    Bone Screws Stoelting+CB33:C61 51457
    Scalpel Blades, 10 or 15 Stoelting 52173-10
    1 ml syringes Fisher 14-826-261
    22 G Needles Fisher  14-815-525
    27 G Needles Fisher 14-826-48
    2" x 2" Gauze Fisher 22-362-178
    Swabs Fisher 19-120-472
    Puppy Pads PetCo 1310747
    Kim Wipes Fisher 06-666-A
    Chamber and Behavioral Setting 
    Husky Metal Front Base Cabinet (30WX19DX34H) Home Depot 100607961
    Quiet Barrier­ HD Soundproofing Material (Sheet) (PSA) soundproofcow.com 10203041
    Convoluted Acoustic Foam Panel soundproofcow.com 10432400
    Isolated Pulse Stimulator Model 2100 A-M Systems 720000
    Digital Camera - Logitech Webcam C210 Logitech B003LVZO88
    MatLab Mathworks.com
    Sinometer 10 MHz Single Channel Oscilloscope Sinometer CQ5010C
    OxyLED T-01 DIY Stick-on Anywhere 4-LED Touch Tap Light OXYLED B00GD8OKY0
    5k ohm potentiomter Alpha Electronics B00CTWDHIO
    Extech 407730 40-to-130-Decibel Digital Sound Level Meter Extech Instruments B000EWY67W
    DSCK-C Dual Output, scrambled shocker Kinder Scientific Co

    DOWNLOAD MATERIALS LIST

    References

    1. Quirk, G. J., Mueller, D. Neural mechanisms of extinction learning and retrieval. Neuropsychopharmacol. 33 (1), 56-72 (1038).
    2. Milad, M. R., Orr, S. P., Lasko, N. B., Chang, Y., Rauch, S. L., Pitman, R. K. Presence and acquired origin of reduced recall for fear extinction in PTSD: results of a twin study. J Psychiat Res. 42 (7), 515-520 (2008).
    3. Jovanovic, T., Norrholm, S. D., Blanding, N. Q., Davis, M., Duncan, E., Bradley, B., Ressler, K. J. Impaired fear inhibition is a biomarker of PTSD but not depression. Depress Anxiety. 27 (3), 244-251 (2010).
    4. Norrholm, S. D., et al. Fear extinction in traumatized civilians with posttraumatic stress disorder: relation to symptom severity. Biol Psychiat. 69 (6), 556-563 (2011).
    5. Phelps, E. A., LeDoux, J. E. Contributions of the amygdala to emotion processing: from animal models to human behavior. Neuron. 48 (2), 175-187 (2005).
    6. Pape, H. C., Paré, D. Plastic synaptic networks of the amygdala for the acquisition, expression, and extinction of conditioned fear. Physiol Rev. 90 (2), 419-463 (2010).
    7. Engineer, N. D., et al. Reversing pathological neural activity using targeted plasticity. Nature. 470 (7332), 101-104 (2011).
    8. Porter, B. A., et al. Repeatedly pairing vagus nerve stimulation with a movement reorganizes primary motor cortex. Cereb Cortex. 22 (10), 2365-2374 (2012).
    9. Hays, S. A., et al. Vagus nerve stimulation during rehabilitative training improves functional recovery after intracerebral hemorrhage. Stroke. 45, 3097-3100 (2014).
    10. Khodaparast, N., et al. Vagus nerve stimulation delivered during motor rehabilitation improves recovery in a rat model of stroke. Neurorehab Neural Re. 28 (7), 698-706 (2014).
    11. Clark, K. B., Krahl, S. E., Smith, D. C., Jensen, R. A. Post‐training unilateral vagal stimulation enhances retention performance in the rat. Neurobiol Learn Mem. 63 (3), 213-216 (1995).
    12. Clark, K. B., Smith, D. C., Hassert, D. L., Browning, R. A., Naritoku, D. K., Jensen, R. A. Posttraining electrical stimulation of vagal afferents with concomitant vagal efferent inactivation enhances memory storage processes in the rat. Neurobiol Learn Mem. 70 (3), 364-373 (1998).
    13. Clark, K. B., Naritoku, D. K., Smith, D. C., Browning, R. A., Jensen, R. A. Enhanced recognition memory following vagus nerve stimulation in human subjects. Nat. Neurosci. 2, 94-98 (1999).
    14. McGaugh, J. L. amygdala modulates the consolidation of memories of emotionally arousing experiences. Annu Rev Neurosci. 27, 1-28 (2004).
    15. McGaugh, J. L., Roozendaal, B. Role of adrenal stress hormones in forming lasting memories in the brain. Curr Opin Neurobiol. 12, 205-210 (2002).
    16. Miyashita, T., Williams, C. L. Epinephrine administration increases neural impulses propagated along the vagus nerve: Role of peripheral beta-adrenergic receptors. Neurobiol Learn Mem. 85 (2), 116-124 (2006).
    17. Williams, C. L., Men, D., Clayton, E. C., Gold, P. E. Norephinephrine release in the amygdala after systemic injection of epinephrine or escapable footshock: contribution of the nucleus of the solitary tract. Behavioral Neurosci. 112 (6), 1414-1422 (1998).
    18. Liang, K. C., Juler, R. G., McGaugh, J. L. Modulating effects of post-training epinephrine on memory: involvement of the amygdala noradrenergic system. Brain Res. 368 (1), 125-133 (1986).
    19. Peña, D. F., Engineer, N. D., McIntyre, C. K. Rapid remission of conditioned fear expression with extinction training paired with vagus nerve stimulation. Biol Psychiat. 73 (11), 1071-1077 (2013).
    20. Peña, D. F., Childs, J. E., Willett, S., Vital, A., McIntyre, C. K., Kroener, S. Vagus nerve stimulation enhances extinction of conditioned fear and modulates plasticity in the pathway from the ventromedial prefrontal cortex to the amygdala. Front Behav Neurosci. 8 (327), (2014).
    21. Maren, S. Overtraining does not mitigate contextual fear conditioning deficits produced by neurotoxic lesions of the basolateral amygdala. J Neurosci. 18 (8), 3088-3097 (1998).
    22. Blanchard, R. J., Blanchard, D. C. Crouching as an index of fear. J Comp Physiol Psych. 67 (3), 370-375 (1969).
    23. Maroun, M. Stress reverses plasticity in the pathway projecting from the ventromedial prefrontal cortex to the basolateral amygdala. Eur J Neurosci. 24 (10), 2917-2922 (2006).
    24. Moussawi, K., et al. N-Acetylcysteine reverses cocaine-induced metaplasticity. Nat Neurosci. 12, 182-189 (2009).
    25. Paintal, A. S. Vagal sensory receptors and their reflex effects. Physiol. Rev. 53 (1), 159-227 (1973).
    26. Aalbers, M., Vles, J., Klinkenberg, S., Hoogland, G., Majoie, M., Rijkers, K. Animal models for vagus nerve stimulation in epilepsy. Exp Neurol. 230 (2), 167-175 (2011).
    27. Ricardo, J. A., Koh, E. T. Anatomical evidence of direct projections from the nucleus of the solitary tract to the hypothalamus, amygdala, and other forebrain structures in the rat. Brain Res. 153, 1-26 (1978).
    28. Takigawa, M., Mogenson, G. J. A study of inputs to antidromically identified neurons of the locus coeruleus. Brain Res. 135 (2), 217-230 (1977).
    29. Groves, D. A., Bowman, E. M., Brown, V. J. Recordings from the rat locus coeruleus during acute vagal nerve stimulation in the anaesthetised rat. Neurosci Lett. 379 (3), 174-179 (2005).
    30. Manta, S., Dong, J., Debonnel, G., Blier, P. Enhancement of the function of rat serotonin and norepinephrine neurons by sustained vagus nerve stimulation. J Psychiatr Neurosci. 34 (4), 272-280 (2009).
    31. Manta, S., El Mansari, M., Debonnel, G., Blier, P. Electrophysiological and neurochemical effects of long-term vagus nerve stimulation on the rat monoaminergic systems. Int J Neuropsychoph. 16 (2), 459-470 (2013).
    32. Dorr, A. E., Debonnel, G. Effect of vagus nerve stimulation on serotonergic and noradrenergic transmission. J Pharmacol Exp Ther. 318, 890-898 (2006).
    33. Follesa, P., et al. Vagus nerve stimulation increases norepinephrine concentration and the gene expression of BDNF and bFGF in the rat brain. Brain Res. 1179 (7), 28-34 (2007).
    34. Biggio, F., et al. Chronic vagus nerve stimulation induces neuronal plasticity in the rat hippocampus. Int J Neuropsychoph. 12 (9), 1209-1221 (1017).
    35. Nichols, J. A., Nichols, A. R., Smirnakis, S. M., Engineer, N. D., Kilgard, M. P., Atzori, M. Vagus nerve stimulation modulates cortical synchrony and excitability through the activation of muscarinic receptors. Neuroscience. 189, 207-214 (2011).
    36. Peters, J., Kalivas, P. W., Quirk, G. J. Extinction circuits for fear and addiction overlap in prefrontal cortex. Learn Memory. 16, 279-288 (2009).
    37. Ji, J., Maren, S. Hippocampal involvement in contextual modulation of fear extinction. Hippocampus. 17 (9), 749-758 (2007).
    38. Roosevelt, R. W., Smith, D. C., Clough, R. W., Jensen, R. A., Browning, R. A. Increased extracellular concentrations of norepinephrine in cortex and hippocampus following vagus nerve stimulation in the rat. Brain Res. 1119 (1), 124-132 (2006).
    39. Hassert, D. L., Miyashita, T., Williams, C. L. The effects of peripheral vagal nerve stimulation at a memory-modulating intensity on norepinephrine output in the basolateral amygdala. Behav Neurosci. 118 (1), 79-88 (2004).
    40. Ura, H., et al. Vagus nerve stimulation induced long-lasting enhancement of synaptic transmission and decreased granule cell discharge in the hippocampal dentate gyrus of urethane-anesthetized rats. Brain Res. 1492, 63-71 (2013).
    41. Zuo, Y., Smith, D. C., Jensen, R. A. Vagus nerve stimulation potentiates hippocampal LTP in freely-moving rats. Physiol Behav. 90 (4), 583-589 (2007).
    42. Shen, H., Fuchino, Y., Miyamoto, D., Nomura, H., Matsuki, N. Vagus nerve stimulation enhances perforant path-CA3 synaptic transmission via the activation of β-adrenergic receptors and the locus coeruleus. Int J Neuropsychophl. 15 (4), 523-530 (2012).
    43. Fibiger, H. C., Mason, S. T. The effects of dorsal bundle injections of 6-hydroxydopamine on avoidance responding in rats. Bitr J Pharmacol. 64 (4), 601-605 (1978).
    44. Mason, S. T. Fibiger H.C. 6-OHDA lesion of the dorsal noradrenergic bundle alters extinction of passive avoidance. Brain Res. 152, 209-214 (1978).
    45. McGaugh, J. L. Memory consolidation and the amygdala: a systems perspective. Trends Neurosci. 25 (9), 456-461 (2002).
    46. LaLumiere, R. T., Niehoff, K. E., Kalivas, P. W. The infralimbic cortex regulates the consolidation of extinction after cocaine self-administration. Learn Memory. 17, 168-175 (2010).
    47. Mueller, D., Cahill, S. P. Noradrenergic modulation of extinction learning and exposure therapy. Behav Brain Res. 208 (1), 1-11 (2010).
    48. Smith, R. J., Aston-Jones, G. α(2) Adrenergic and imidazoline receptor agonists prevent cue-induced cocaine seeking. Biol Psychiat. 70 (8), 712-719 (2011).
    49. Buffalari, D. M., Baldwin, C. K., See, R. E. Treatment of cocaine withdrawal anxiety with guanfacine: relationships to cocaine intake and reinstatement of cocaine seeking in rats. Psychopharmacol. (Berl). 223 (2), 179-190 (2012).
    50. De Ridder, D., Vanneste, S., Engineer, N. D., Kilgard, M. P. Safety and efficacy of vagus nerve stimulation paired with tones for the treatment of tinnitus: a case series). Neuromodulation. 17 (2), 170-179 (2014).
    51. Hays, S. A., et al. The timing and amount of vagus nerve stimulation during rehabilitative training affect poststroke recovery of forelimb strength. Neuroreport. 25, 676-682 (2014).

    Tags

    Atferd Neuroscience atferd vagus nerve stimulering frykt conditioning angst utryddelse læring synaptisk plastisitet amygdala prefrontal cortex
    Vagus nerve stimulering som et verktøy for å indusere plastisitet i Pathways Relevante for Extinction Learning
    Play Video
    PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

    Cite this Article

    Childs, J. E., Alvarez-Dieppa, A.… More

    Childs, J. E., Alvarez-Dieppa, A. C., McIntyre, C. K., Kroener, S. Vagus Nerve Stimulation as a Tool to Induce Plasticity in Pathways Relevant for Extinction Learning. J. Vis. Exp. (102), e53032, doi:10.3791/53032 (2015).

    Less
    Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
    View Video

    Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

    Waiting X
    Simple Hit Counter