JoVE Journal > Behavior
Summary
Abstract
Introduction
Protocol
Results
Discussion
Disclosures
Acknowledgements
Materials
References
Automatic Translation
Behavior

Frykt inkubasjon ved hjelp av en utvidet frykt-condition protokoll for rotter

Published: August 22, 2020
doi:
10.3791/60537
, , , , , , , ,
1School of Psychology,Universidad Pedagógica y Tecnológica de Colombia, 2Animal Behavior Laboratory,Fundación Universitaria Konrad Lorenz, 3Department of Psychology,Universidad de Los Andes, 4School of Veterinary Medicine, Animal Health Department,Universidad Nacional de Colombia, 5Department of Psychology,Troy University, 6Department of Neurobiology,University of Alabama at Birmingham

Summary

Vi beskriver en utvidet frykt-condition protokoll som produserer overtrening og frykt inkubasjon hos rotter. This protocol entails a single training session with 25 tone-shock pairings (i.e., overtraining) and a comparison of conditioned freezing responses during context and cue tests 48 h (short-term) and 6 weeks (long-term) after training.

Abstract

Følelsesmessig minne har først og fremst blitt studert med frykt-condition paradigmer. Frykt kondisjonering er en form for læring der enkeltpersoner lærer forholdet mellom aversive hendelser og ellers nøytrale stimuli. De mest brukte prosedyrene for å studere følelsesmessige minner medfører frykt kondisjonering hos rotter. I disse oppgavene er den ubetingede stimulansen (US) et fotsjokk presentert en eller flere ganger på tvers av enkle eller flere økter, og den betingede responsen (CR) fryser. I en versjon av disse prosedyrene, kalt cued fear condition, er en tone (betinget stimulans, CS) forbundet med fotskjelv (US) under treningsfasen. Under den første testen blir dyr utsatt for samme kontekst der trening fant sted, og fryseresponser testes i fravær av fotskjelv og toner (det vil si en konteksttest). Under den andre testen måles frysing når konteksten endres (f.eks. ved å manipulere lukten og veggene i det eksperimentelle kammeret) og tonen presenteres i fravær av fotskjelv (det vil vil at en cue test). De fleste cued frykt condition prosedyrer medfører få tone-sjokk sammenkoblinger (f.eks 1-3 studier i en enkelt økt). Det er en økende interesse for mindre vanlige versjoner som involverer et omfattende antall sammenkoblinger (det vil si overtrening) knyttet til den langvarige effekten som kalles fryktinkubasjon (det vil si fryktresponser øker over tid uten ytterligere eksponering for aversive hendelser eller betent stimuli). Utvidede frykt-condition oppgaver har vært nøkkelen til forståelsen av frykt inkubasjon atferdsmessige og nevrobiologiske aspekter, inkludert forholdet til andre psykologiske fenomener (f.eks posttraumatisk stresslidelse). Her beskriver vi en utvidet frykt-condition-protokoll som produserer overtrening og frykt inkubasjon hos rotter. This protocol entails a single training session with 25 tone-shock pairings (i.e., overtraining) and a comparison of conditioned freezing responses during context and cue tests 48 h (short-term) and 6 weeks (long-term) after training.

Introduction

Minne er en psykologisk prosess som omfatter ulike faser: informasjonsinnhenting, konsolidering (muliggjør stabilitet av ervervet informasjon), og gjenfinning (bevis for konsolideringsprosessen)1. I konsolideringsfasen oppstår etablering av nye synaptiske tilkoblinger og endring av eksisterende tilkoblinger. Dette antyder nødvendigheten av en periode der molekylære og fysiologiske hendelser som er ansvarlige for disseendringene, forekommer 1,2. Disse fysiologiske eller molekylære endringene varierer om de hentede hendelsene er følelsesmessig ladet eller ikke (det vil si følelsesmessig minne). For eksempel har forskning vist at sidekjernen og basolateral amygdala-komplekset er spesielt relevant for følelsesmessig minne3,4,5.

Emosjonelle minne fenomener har blitt primært studert med frykt condition paradigmer5,6. Frykt condition er en form for læring der enkeltpersoner lære forholdet mellom aversive hendelser og ellers nøytrale stimuli7. Frykt condition paradigmer produsere molekylære, cellulære, og strukturelle endringer i amygdala. I tillegg endrer frykt kondisjonering tilkobling av hippocampus under konsolidering og gjenfinningsprosesser av følelsesmessig minne.

En av de mest brukte prosedyrene for å studere fryktminner er klassisk (Pavlovian) condition hos rotter. Denne fremgangsmåten bruker vanligvis fotsjokk (US) som aversiv stimulans, som leveres én eller flere ganger på tvers av en eller flere økter. Den betingede responsen (CR) av rotter eksponert for denne prosedyren er frysing (det vil si “generalisert immobilitet forårsaket av en generalisert tonic respons av dyrenes skjelettmuskulatur unntatt de musklene som brukes i pusten”7 ). Dette svaret kan vurderes på to typer tester: kontekst- og køtester. For konteksttesten gjennomgår motivet et gitt antall fotskjelv under treningsøkten, og fjernes deretter fra det eksperimentelle kammeret for en definert tid. Under testen returneres motivet til samme kontekst der treningen fant sted, og ulike tiltak for frysing samles inn i fravær av fotskjelv (f.eks. varighet, prosentandel eller hyppighet av fryseepisoder), og sammenlignet med baselinenivåer etablert i treningsfasen. For den andre typen test, cue test, en stimulans (vanligvis en tone) er forbundet med fotskjelv under treningsfasen (det vil vilå betinget stimulans, CS). Etter at treningen er fullført, fjernes dyret fra treningskonteksten for en definert tid og plasseres deretter i en modifisert sammenheng (f.eks. et annet eksperimentelt kammer som har forskjellige former for vegger og forskjellig lukt). Signalet blir deretter presentert et gitt antall ganger, og frysing svar på signalet måles og sammenlignes med baseline nivåer samlet under trening. Den vanligste versjonen av dette paradigmet bruker 1 til 3 tonesjokksammenkoblinger under en enkelt treningsøkt, etterfulgt av kontekst- og køtester utført en rekke timer eller noen dager senere.

Andre mindre ofte implementert frykt condition prosedyrer innebære et omfattende antall sjokk-cue sammenkoblinger (det vil vil vil at studier), som ofte har blitt kalt overtraining prosedyrer8. En økende interesse for disse oppgavene er knyttet til deres langvarige og økte minneeffekter kalt fryktinkubasjon (det vil si at bevisste fryktresponser øker over tid i fravær av ytterligere eksponering for aversive hendelser eller bevisste stimuli)9,10,11. Et eksempel på slike overtreningsprosedyrer innebærer en treningsfase på 100 tonesjokksammenkoblinger fordelt på 10 økter, etterfulgt av kontekst- og køtester utført 48 timer og 30 dagersenere 11,,12. For å unngå omfattende trening spredt over flere dager, Maren (1998) rapporterte at overtrening kunne etableres og optimaliseres i en enkelt økt med 25sammenkoblinger 8. Inkubasjonseffekten fremgår i signifikant høyere nivåer av betinget frykt hos rotter testet 31 dager etter trening, sammenlignet med rotter testet 48 timer etter. Utvidede frykt-condition oppgaver har vært nøkkelen for forståelsen av atferdsmessige og nevrobiologiske aspekter underliggende frykt inkubasjon, inkludert forholdet til andre psykologiske fenomener (f.eks forsinket utbruddet posttraumatisk stresslidelse)11,12,13.

Her beskriver vi en utvidet frykt-condition-protokoll som induserer overtrening og frykt inkubasjon hos rotter. Forskjellig fra andre paradigmer som krever flere dager medtrening 11,er den nåværende protokollen fokusert på en enkelt treningsøkt8. Vi brukte 25 tonesjokksammenkoblinger for å produsere høyere bevisste fryseresponser under kontekst og cue tester utført 6 uker etter trening, sammenlignet med tester utført 48 timer etter.

Protocol

Følgende protokoll ble godkjent av Institutional Animal Care and Use Committee of Fundación Universitaria Konrad Lorenz (IACUC-KL). Den universelle erklæringen om dyrs rettigheter utstedt av International League of Animal Rights, Genève, Sveits (1989), og etiske prinsipper for eksperimentering med dyr utstedt av ICLAS ble respektert. 1. Forberedelse av emne Velg mannlige voksne Wistar rotter (n = 12). Hus dem i grupper på fire per bur i tre dager med akklimatisering, før begynn…

Representative Results

Variasjoner i prosent av frysetiden i ulike stadier av treningsøkten ble analysert for alle forsøkspersoner (n = 12) ved hjelp av en avhengig ttest (tabell 1). Dyrene var aktive og utforsket det eksperimentelle kammeret i løpet av de tre første minuttene av treningsøkten (første dag av protokollen), tid der ingen toner eller sjokk ble levert (det vil si baseline-BL). Som vist i figur 2A, prosentandel av frysetid i løpet av de påf…

Discussion

Den nåværende utvidede frykt-condition protokollen er en effektiv og gyldig tilnærming til å vurdere følelsesmessig minne på tvers av korte (48 h) og langsiktige perioder (6 uker). Dermed gjør protokollen det mulig å studere overtrening og frykt inkubasjonsfenomener hos rotter. Blant de forskjellige fordelene med denne protokollen er følgende. Det tilbyr to typer minnetester, nemlig kontekst og cue, som tillater å identifisere differensialeffekten av to forsinkelser (48 timer og 6 uker) på tvers av kontekst- o…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Økonomisk støtte til denne forskningen ble gitt av Fundación Universitaria Konrad Lorenz – tilskudd nummer 9IN15151. Forfatterne vil gjerne takke kommunikasjonsavdelingen ved Konrad Lorenz University for deres hjelp med å spille inn og redigere videoen, spesielt Natalia Rivera og Andrés Serrano (Produsenter). Også Nicole Pfaller-Sadovsky og Lucia Medina for deres kommentarer til manuskriptet, og Johanna Barrero, Dean ved Corporacion Universitaria Iberoamericana, for institusjonelt samarbeid. Forfatterne har ingen interessekonflikter.

Materials

Acetic acid (ethanoic acid) https://pubchem.ncbi.nlm.nih.gov/compound/acetic_acid
Aversive Stimulation Current Package MED Associates Inc ENV-420 https://www.med-associates.com/product/aversive-stimulation-current-test-package/
Contextual test protocol.pro https://osf.io/4nkfq/?view_only=0640852a88544b239549462f9c21175b.
Cue test protocol.pro https://osf.io/4nkfq/?view_only=0640852a88544b239549462f9c21175b.
Curved Wall Insert MED Associates Inc VFC-008-CWI https://www.med-associates.com/product/curved-wall-insert/
Data processing.zip https://osf.io/4nkfq/?view_only=0640852a88544b239549462f9c21175b.
NIR/White Light Control Box MED Associates Inc NIR-100
Pellets BioServ F0165 http://www.bio-serv.com/pdf/F0165.pdf
Quick Change Floor/Pan Unit for Mouse MED Associates Inc ENV-005FPU-M https://www.med-associates.com/product/quick-change-floorpan-unit-for-mouse/
Small Tabletop Cabinet and Power Supply MED Associates Inc SG-6080D https://www.med-associates.com/product/small-tabletop-cabinet-and-power-supply-120v-60-hz/
Standalone Aversive Stimulator/Scrambler (115 V / 60 Hz) MED Associates Inc ENV-414S https://www.med-associates.com/product/standalone-aversive-stimulatorscrambler-115-v-ac-60-hz/
Standard Fear Conditioning Chamber MED Associates Inc VFC-008 https://www.med-associates.com/product/standard-fear-conditioning-chamber/
Training protocol VFC.pro https://osf.io/4nkfq/?view_only=0640852a88544b239549462f9c21175b.
Video Fear Conditioning Package for Rat MED Associates Inc MED-VFC-SCT-R https://www.med-associates.com/product/nir-video-fear-conditioning-system-for-rat/
DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Frankland, P. W., Bontempi, B. The organization of recent and remote memories. Nature Reviews Neuroscience. 6 (2), 119-130 (2005).
  2. Suzuki, A., Mukawa, T., Tsukagoshi, A., Frankland, P. W., Kida, S. Activation of LVGCCs and CB1 receptors required for destabilization of reactivated contextual fear memories. Learning & Memory. 15 (6), 426-433 (2008).
  3. Hermans, E. J., et al. How the amygdala affects emotional memory by altering brain network properties. Neurobiology of Learning and Memory. 112, 2-16 (2014).
  4. Moryś, J., Berdel, B., Jagalska-Majewska, H., ŁUczyńSka, A. The basolateral amygdaloid complex -its development, morphology and functions. Folia Morphologica. 58 (3), 29-46 (1998).
  5. LeDoux, J. E. Emotional memory systems in the brain. Behavioural Brain Research. 58 (1-2), 69-79 (1993).
  6. Labar, K. S. Beyond fear: Emotional memory mechanisms in the human brain. Current Directions in Psychological Science. 16 (4), 173-177 (2007).
  7. Izquierdo, I., Furini, C. R. G., Myskiw, J. C. Fear Memory. Physiological Reviews. 96 (2), 695-750 (2016).
  8. Maren, S. Overtraining Does Not Mitigate Contextual Fear Conditioning Deficits Produced by Neurotoxic Lesions of the Basolateral Amygdala. The Journal of Neuroscience. 18 (8), 3097-3097 (1998).
  9. Pickens, C. L., Golden, S. A., Nair, S. G. Incubation of fear. Current Protocols in Neuroscience. 64, (2013).
  10. Morrow, J. D., Saunders, B. T., Maren, S., Robinson, T. E. Sign-tracking to an appetitive cue predicts incubation of conditioned fear in rats. Behavioural Brain Research. 276, 59-66 (2015).
  11. Pickens, C. L., Golden, S. A., Adams-Deutsch, T., Nair, S. G., Shaham, Y. Long-lasting incubation of conditioned fear in rats. Biological Psychiatry. 65 (10), 881-886 (2009).
  12. Schaap, M. W. H., et al. Nociception and Conditioned Fear in Rats: Strains Matter. PLoS ONE. 8 (12), 83339 (2013).
  13. Shoji, H., Takao, K., Hattori, S., Miyakawa, T. Contextual and Cued Fear Conditioning Test Using a Video Analyzing System in Mice. Journal of Visualized Experiments. (85), e50871 (2014).
  14. Patel, T. P., et al. An open-source toolbox for automated phenotyping of mice in behavioral tasks. Frontiers in Behavioral Neuroscience. 8, 349 (2014).
  15. Kabra, M., Robie, A. A., Rivera-Alba, M., Branson, S., Branson, K. JAABA: Interactive machine learning for automatic annotation of animal behavior. Nature Methods. 10 (1), 64-67 (2013).
  16. Anagnostaras, S. G. Automated assessment of Pavlovian conditioned freezing and shock reactivity in mice using the VideoFreeze system. Frontiers in Behavioral Neuroscience. 4 (58), (2010).
  17. Moyer, J. R., Brown, T. H. Impaired Trace and Contextual Fear Conditioning in Aged Rats. Behavioral Neuroscience. 120 (3), 612-624 (2006).
  18. Schuette, S. R., Hobson, S. Conditioned contextual fear memory to assess natural forgetting and cognitive enhancement in rats. Journal of Biological Methods. 5 (3), 99 (2018).
  19. Chang, C. H., et al. Fear extinction in rodents. Current Protocols in Neuroscience. , (2009).
  20. Pickens, C. L., Golden, S. A., Nair, S. G. Incubation of fear. Current Protocols in Neuroscience. 64, 1-18 (2013).
  21. Izquierdo, I., Furini, C. R. G., Myskiw, J. C. Fear Memory. Physiological Reviews. 96 (2), 695-750 (2016).
  22. Vetere, G., et al. Chemogenetic Interrogation of a Brain-wide Fear Memory Network in Mice Article Chemogenetic Interrogation of a Brain-wide Fear Memory Network in Mice. Neuron. 94 (2), 363-374 (2017).
  23. Koob, G. F., Zimmer, A. Chapter 9 – Animal models of psychiatric disorders. Neurobiology of Psychiatric Disorders. 106, 137-166 (2012).
  24. Bourin, M. Animal models for screening anxiolytic-like drugs: a perspective. Dialogues in clinical neuroscience. 17 (3), 295-303 (2015).
  25. Murray, S. B., et al. Fear as a translational mechanism in the psychopathology of anorexia nervosa. Neuroscience & Biobehavioral Reviews. 95, 383-395 (2018).
  26. Pamplona, F. A., et al. Prolonged fear incubation leads to generalized avoidance behavior in mice. Journal of Psychiatric Research. 45 (3), 354-360 (2011).
  27. Török, B., Sipos, E., Pivac, N., Zelena, D. Modelling posttraumatic stress disorders in animals. Progress in Neuro-Psychopharmacology and Biological Psychiatry. 90, 117-133 (2019).
  28. Bhakta, A., Gavini, K., Yang, E., Lyman-Henley, L., Parameshwaran, K. Chronic traumatic stress impairs memory in mice: Potential roles of acetylcholine, neuroinflammation and corticotropin releasing factor expression in the hippocampus. Behavioural Brain Research. 335, 32-40 (2017).
  29. Uniyal, A., et al. Pharmacological rewriting of fear memories: A beacon for post-traumatic stress disorder. European Journal of Pharmacology. , 172824 (2019).
  30. Barad, M. Fear extinction in rodents: basic insight to clinical promise. Current Opinion in Neurobiology. 15 (6), 710-715 (2005).
  31. Haaker, J., et al. Making translation work: Harmonizing cross-species methodology in the behavioural neuroscience of Pavlovian fear conditioning. Neuroscience & Biobehavioral Reviews. 107, 329-345 (2019).
  32. Heroux, N. A., Horgan, C. J., Pinizzotto, C. C., Rosen, J. B., Stanton, M. E. Medial prefrontal and ventral hippocampal contributions to incidental context learning and memory in adolescent rats. Neurobiology of Learning and Memory. 166, 107091 (2019).
  33. Rossi, M. A., Yin, H. H. Methods for Studying Habitual Behavior in Mice. Current Protocols in Neuroscience. 60 (1), 8-29 (2012).
  34. Brady, A. M., Floresco, S. B. Operant Procedures for Assessing Behavioral Flexibility in Rats. Journal of Visualized Experiments. (96), (2015).
  35. Zoccolan, D., Di Filippo, A. Methodological Approaches to the Behavioural Investigation of Visual Perception in Rodents. Handbook of Behavioral Neuroscience. , (2018).
  36. Lguensat, A., Bentefour, Y., Bennis, M., Ba-M’hamed, S., Garcia, R. Susceptibility and Resilience to PTSD-Like Symptoms in Mice Are Associated with Opposite Dendritic Changes in the Prelimbic and Infralimbic Cortices Following Trauma. Neuroscience. 418, 166-176 (2019).
  37. Li, Q., et al. N-Acetyl Serotonin Protects Neural Progenitor Cells Against Oxidative Stress-Induced Apoptosis and Improves Neurogenesis in Adult Mouse Hippocampus Following Traumatic Brain Injury. Journal of Molecular Neuroscience. 67 (4), 574-588 (2019).
  38. Pantoni, M. M., Carmack, S. A., Hammam, L., Anagnostaras, S. G. Dopamine and norepinephrine transporter inhibition for long-term fear memory enhancement. Behavioural Brain Research. 378 (112266), 112266 (2020).
  39. Smith, K. L., et al. Microglial cell hyper-ramification and neuronal dendritic spine loss in the hippocampus and medial prefrontal cortex in a mouse model of PTSD. Brain, Behavior, and Immunity. 80, 889-899 (2019).
  40. Liu, X., Zheng, X., Liu, Y., Du, X., Chen, Z. Effects of adaptation to handling on the circadian rhythmicity of blood solutes in Mongolian gerbils. Animal Models and Experimental. 2 (2), 127-131 (2019).
  41. Landgraf, D., McCarthy, M. J., Welsh, D. K. The role of the circadian clock in animal models of mood disorders. Behavioral Neuroscience. 128 (3), 344-359 (2014).
  42. Refinetti, R., Kenagy, G. J. Diurnally active rodents for laboratory research. Laboratory annimals. 52 (6), 577-587 (2018).
  43. Hurtado-Parrado, C., et al. Assessing Mongolian gerbil emotional behavior: effects of two shock intensities and response-independent shocks during an extended inhibitory-avoidance task. PeerJ. 5, (2017).
  44. Frey, P., Eng, S., Gavinf, W. Conditioned suppression in the gerbil. Behavior Research Methods & Instrumentation. 4 (5), 245-249 (1972).
  45. Woolley, M. L., Haman, M., Higgins, G. A., Ballard, T. M. Investigating the effect of bilateral amygdala lesions on fear conditioning and social interaction in the male Mongolian gerbil. Brain Research. 1078 (1), 151-158 (2006).
  46. Ballard, T. M., Sänger, S., Higgins, G. a Inhibition of shock-induced foot tapping behaviour in the gerbil by a tachykinin NK1 receptor antagonist. European Journal of Pharmacology. 412 (3), 255-264 (2001).
  47. Luyten, L., Schroyens, N., Hermans, D., Beckers, T. Parameter optimization for automated behavior assessment: plug-and-play or trial-and-error. Frontiers in Behavioral Neuroscience. 8 (28), (2014).

Tags

Fear ConditioningEmotional MemoryConsolidationFear IncubationPavlovian ConditioningAversive TrainingContextual MemoryCue MemoryWistar Rats

Play Video
PDF
DOI
DOWNLOAD MATERIALS LIST
Cite This Article
Acevedo-Triana, C., Rico, J. L., Ortega, L. A., Cardenas, M. A. N., Cardenas, F. P., Rojas, M. J., Forigua-Vargas, J. C., Cifuentes, J., Hurtado-Parrado, C. Fear Incubation Using an Extended Fear-Conditioning Protocol for Rats. J. Vis. Exp. (162), e60537, doi:10.3791/60537 (2020).
Download Citation
Reprints and Permissions

View Video

✖

To prove you're not a robot, please enter the text in the image below

CAPTCHA Image
Play CAPTCHA Audio
Refresh Image