Summary

Stimolazione del nervo vago come strumento per indurre plasticità Percorsi rilevanti per l'apprendimento Extinction

Published: August 21, 2015
doi:

Summary

La stimolazione del nervo vago (VNS) è emerso come uno strumento per indurre mirato plasticità sinaptica nel proencefalo di modificare una serie di comportamenti. Questo protocollo descrive come implementare VNS per facilitare il consolidamento della memoria paura dell'estinzione.

Abstract

Extinction describes the process of attenuating behavioral responses to neutral stimuli when they no longer provide the reinforcement that has been maintaining the behavior. There is close correspondence between fear and human anxiety, and therefore studies of extinction learning might provide insight into the biological nature of anxiety-related disorders such as post-traumatic stress disorder, and they might help to develop strategies to treat them. Preclinical research aims to aid extinction learning and to induce targeted plasticity in extinction circuits to consolidate the newly formed memory. Vagus nerve stimulation (VNS) is a powerful approach that provides tight temporal and circuit-specific release of neurotransmitters, resulting in modulation of neuronal networks engaged in an ongoing task. VNS enhances memory consolidation in both rats and humans, and pairing VNS with exposure to conditioned cues enhances the consolidation of extinction learning in rats. Here, we provide a detailed protocol for the preparation of custom-made parts and the surgical procedures required for VNS in rats. Using this protocol we show how VNS can facilitate the extinction of conditioned fear responses in an auditory fear conditioning task. In addition, we provide evidence that VNS modulates synaptic plasticity in the pathway between the infralimbic (IL) medial prefrontal cortex and the basolateral complex of the amygdala (BLA), which is involved in the expression and modulation of extinction memory.

Introduction

Classica paura condizionata fornisce un modello animale ampiamente usato per studiare le basi biologiche dei disturbi d'ansia. Durante la paura condizionata, uno stimolo avversivo (lo stimolo incondizionato, US, ad esempio, un footshock) è presentato in combinazione con uno stimolo neutro, quale un tono e / o di un contesto (stimolo condizionato; CS). Durante la paura condizionata, si formano associazioni tra il CS e gli Stati Uniti. Alla fine la presentazione del CS sola provoca una risposta di paura (la risposta condizionata; CR). In timore estinzione, la CS è presentato ripetutamente in assenza degli Stati Uniti, causando il CR a diminuire gradualmente 1. Così, l'estinzione della paura condizionata è un processo attivo in cui le risposte comportamentali a stimoli paurosi neutri vengono attenuate quando si prevedono più esiti avversi. Estinzione di risposte condizionate richiede il consolidamento di nuovi ricordi che competono con le associazioni apprese. Un tratto distintivo di disturbi d'ansia è impaestinzione ired 2-4. Così, l'estinzione della paura condizionata in modelli animali costituisce un paradigma importante sia per l'apprendimento inibitorio e come modello di terapia comportamentale per i disturbi d'ansia umani 5,6.

Perché vi sia una stretta corrispondenza tra la paura e l'ansia umana, si pensa che questi studi possono fornire informazioni sulla natura biologica dei disturbi d'ansia legati come il disturbo da stress post-traumatico e contribuiranno a sviluppare strategie per il trattamento di loro. Un importante obiettivo di ricerca preclinica è quello di aiutare l'apprendimento estinzione e di indurre la plasticità mirato nei circuiti di estinzione a consolidare l'apprendimento estinzione. Stimolazione del nervo vago (VNS) è un approccio neuroprosthetic minimamente invasiva che potrebbe essere utilizzato per fornire stretto modulazione temporale e specifico circuito di aree cerebrali e sinapsi impegnati in un compito permanente. Una serie di studi recenti del gruppo di Michael Kilgard presso l'Università del Texas a Dallas averedimostrato che l'abbinamento VNS con stimoli sensoriali o motorie discreti (per esempio, un tono o un pull leva) è altamente efficace nel promuovere la plasticità corticale per trattare il tinnito 7, o per superare i deficit motori dopo l'ictus 8-10. Inoltre, non contingente VNS che avviene all'interno di una breve finestra temporale dopo l'apprendimento promuove simile plasticità corticale e migliora consolidamento della memoria nei ratti e negli esseri umani 11-13.

Considerando il ruolo del nervo vago nel percorso parasimpatico, non è sorprendente che poteva partecipare nella modulazione memorie e la plasticità sinaptica. Altamente eventi emotivi tendono a produrre memorie più forte di memorie non-emozionali. Ciò è probabilmente dovuto all'influenza degli ormoni dello stress sul consolidamento della memoria. Posttraining somministrazione di adrenalina ormone dello stress aumenta il consolidamento della memoria in animali umani e non umani, ma l'adrenalina non attraversa la barriera emato-cerebrale-barriera 14, 15 </sup>. Pertanto, il rilascio di adrenalina indotta da stress deve influenzare il cervello indirettamente a migliorare il consolidamento della memoria. Esistono sempre più prove che il nervo vago può essere il legame tra circolante adrenalina e il cervello. Miyashita e Williams 16 hanno trovato che la somministrazione sistemica di adrenalina è aumentata vagale cottura dei nervi, e aumento dei livelli di noradrenalina nell'amigdala 17. La somministrazione sistemica di adrenalina non aumenta il consolidamento della memoria quando i recettori β-adrenergici sono bloccate nell'amigdala 18 suggerendo che il nervo vago ha un ruolo nel percorso che trasforma le esperienze emotivamente suscitando in memoria a lungo termine.

Così, l'associazione SNV con la formazione ha il potenziale per migliorare i cambiamenti del cervello che supportano il consolidamento della memoria e l'esposizione ai segnali condizionati in assenza del rinforzo migliora il consolidamento dell'apprendimento estinzione in ratti 19,20. Qui si descrive l'uso di un VNSstrumento sa per promuovere la plasticità corticale e facilitare l'estinzione di una risposta di paura condizionata.

Protocol

Tutte le procedure descritte in questo protocollo sono effettuati in conformità con la guida NIH per la cura e l'uso di animali da laboratorio, e sono stati approvati dalla cura e l'uso degli animali Comitato istituzionale di L'Università del Texas a Dallas. 1. Costruzione di VNS polsini Creare uno strumento di perforazione per segare la punta di un ago 22 G ½. Eseguire la fine ormai smussata del 22 ½ G ago su un file di metallo più volte per appiattirla…

Representative Results

Questa sezione illustra esempi di risultati ottenibili utilizzando SNV in combinazione con l'apprendimento estinzione per ridurre l'espressione della risposta di paura condizionata in ratti. Per giorni 1 e 2 (Auditory paura condizionata), ratti sono stati addestrati su un compito condizionamento alla paura uditivo in cui footshocks sono stati associati con un tono. Il giorno 3 (Pre trattamento Test), i toni sono stati presentati, in assenza di footshocks per misurare i livelli di congelamento e dedurre la paura …

Discussion

Presentiamo qui un protocollo utilizzato per facilitare l'estinzione della paura condizionata durante una singola sessione di esposizione a stimoli condizionata 19 e per modulare la plasticità nel percorso tra la corteccia infralimbica e basolaterale che possono mediare estinzione apprendimento 20. Un passo cruciale per il successo di questo protocollo è la corretta consegna dei VNS durante l'allenamento estinzione. Pertanto, particolare attenzione deve essere data alla costruzione degli …

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

This research was supported by the National Institute of Mental Health MH 086960-01A1 (Christa K. McIntyre).

Materials

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 Deopt 327793
Flux  Home Deopt 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 10MHz 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

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Cite This Article
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).

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