Summary

La estimulación del nervio vago como una herramienta para inducir plasticidad en vías pertinentes para el Aprendizaje Extinción

Published: August 21, 2015
doi:

Summary

La estimulación del nervio vago (VNS) se ha convertido en una herramienta para inducir plasticidad sináptica específica en el cerebro anterior para modificar una serie de comportamientos. Este protocolo describe cómo implementar VNS para facilitar la consolidación de la memoria miedo extinción.

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

Clásica miedo acondicionado proporciona un modelo animal ampliamente utilizado para estudiar las bases biológicas de los trastornos de ansiedad. Durante el condicionamiento del miedo, un estímulo aversivo (el estímulo no condicionado, Estados Unidos, por ejemplo, una descarga en las patas) se presenta en conjunción con un estímulo neutro, tal como un tono y / o un contexto (el estímulo condicionado; CS). Durante el condicionamiento del miedo, se forman asociaciones entre el CS y los EE.UU.. Finalmente, la presentación de la CS solo provoca una respuesta de miedo (la respuesta condicionada; CR). En el miedo extinción, el CS se presenta repetidamente en ausencia de los EE.UU., haciendo que el CR para disminuir gradualmente 1. Por lo tanto, la extinción del miedo condicionado es un proceso activo en el que se atenúan las respuestas de comportamiento de miedo a los estímulos neutros cuando ya no predicen resultados aversivos. La extinción de las respuestas condicionadas requiere consolidación de nuevos recuerdos que compiten con las asociaciones aprendidas. Una característica distintiva de los trastornos de ansiedad es impaextinción ired 2-4. Por lo tanto, la extinción del miedo condicionado en modelos animales sirve como un paradigma importante tanto para el aprendizaje inhibitorio y como un modelo de terapia de comportamiento para los trastornos de ansiedad humanos 5,6.

Debido a que existe una estrecha correspondencia entre el miedo y la ansiedad humana, se cree que estos estudios pueden dar una idea de la naturaleza biológica de los trastornos relacionados con la ansiedad, como el trastorno de estrés post-traumático y ayudarán a desarrollar estrategias para tratarlas. Un objetivo importante de la investigación preclínica es para ayudar a la extinción de aprendizaje e inducir plasticidad específica en los circuitos de extinción para consolidar el aprendizaje extinción. Estimulación del nervio vago (VNS) es un enfoque neuroprosthetic mínimamente invasiva que podría utilizarse para proporcionar modulación temporal y específica de circuito apretado de las áreas del cerebro y las sinapsis que participan en una tarea en curso. Una serie de estudios recientes del grupo de Michael Kilgard en la Universidad de Texas en Dallas tienense muestra que el apareamiento VNS con estímulos sensoriales o motoras discretas (por ejemplo, un tono o un tirón de la palanca) es altamente eficaz en la promoción de plasticidad cortical para tratar el tinnitus 7, o para superar los déficits motores después del accidente cerebrovascular 8-10. Además, no contingente VNS que ocurre dentro de una corta ventana de tiempo después de aprender promueve igualmente la plasticidad cortical y mejora la consolidación de la memoria en ratas y en humanos 11-13.

Teniendo en cuenta el papel del nervio vago en la vía parasimpático, no es sorprendente que podría participar en la modulación de las memorias y la plasticidad sináptica. Eventos emocionales altamente tienden a producir recuerdos más fuertes que los recuerdos no emocionales. Esto es probablemente debido a la influencia de las hormonas del estrés en la consolidación de la memoria. Post-entrenamiento la administración de la hormona del estrés adrenalina aumenta consolidación de la memoria en los animales humanos y no humanos, pero la adrenalina no cruza la barrera sangre-cerebro-barrera 14, 15 </sup>. Por lo tanto, la liberación de adrenalina inducida por el estrés debe afectar el cerebro indirectamente para mejorar la consolidación de la memoria. Una fuerte evidencia sugiere que el nervio vago puede ser el vínculo entre circulante adrenalina y el cerebro. Miyashita y Williams 16 encontraron que la administración sistémica de adrenalina aumentó de tiro del nervio vago, y el aumento de los niveles de norepinefrina en la amígdala 17. La administración sistémica de adrenalina no mejora la consolidación de la memoria cuando los receptores β-adrenérgicos están bloqueados en la amígdala 18 lo que sugiere que el nervio vago juega un papel en la vía que convierte experiencias excitantes emocionalmente en recuerdos a largo plazo.

Por lo tanto, la vinculación VNS con el entrenamiento tiene el potencial para mejorar los cambios cerebrales que apoyan la consolidación de la memoria y la exposición a las señales condicionadas en ausencia de refuerzo aumenta la consolidación del aprendizaje de la extinción en ratas 19,20. Aquí se describe el uso de un VNSsa herramienta para promover la plasticidad cortical y facilitar la extinción de una respuesta de miedo condicionado.

Protocol

Todos los procedimientos descritos en este protocolo se llevan a cabo de conformidad con la Guía del NIH para el Cuidado y Uso de Animales de Laboratorio, y que fueron aprobados por el Comité de Cuidado y Uso de Animales Institucional de la Universidad de Texas en Dallas. 1. Construcción de VNS Puños Crear una herramienta de perforación por cortar la punta de una aguja de 22 G ½. Ejecute el final ahora romo de la aguja de 22 G ½ sobre un archivo de metal varias ve…

Representative Results

Esta sección ilustra ejemplos de los resultados que se pueden obtener mediante el uso de VNS en combinación con aprendizaje de la extinción para reducir la expresión de la respuesta de miedo condicionado en ratas. Para los días 1 y 2 (auditivo miedo acondicionado), las ratas fueron entrenadas en una tarea auditiva condicionamiento del miedo en el que estímulo eléctrico plantar se emparejaron con un tono. En el Día 3 (Test Tratamiento Pre), los tonos se presentaron en ausencia de estímulo eléctrico plantar para…

Discussion

Presentamos aquí un protocolo que se utiliza para facilitar la extinción del miedo condicionado durante una sola sesión de la exposición a las señales condicionado 19 y para modular la plasticidad en la vía entre la corteza infralimbic y la amígdala basolateral que pueden mediar la extinción de aprendizaje 20. Un paso crucial para el éxito de este protocolo es la correcta entrega de VNS durante el entrenamiento de extinción. Por lo tanto, la atención especial se debe dar a la construcci?…

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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