Un nuovo paradigma pavloviano di condizionamento della paura per studiare il congelamento e il comportamento di volo
Summary
Le risposte comportamentali difensive dipendono dall’intensità della minaccia, dalla vicinanza e dal contesto di esposizione. Sulla base di questi fattori, abbiamo sviluppato un paradigma di condizionamento classico che suscita chiare transizioni tra congelamento condizionato e comportamento di volo all’interno dei singoli soggetti. Questo modello è fondamentale per comprendere le patologie coinvolte in ansia, panico e disturbi da stress post-traumatico.
Abstract
I comportamenti legati alla paura e all’ansia contribuiscono in modo significativo alla sopravvivenza di un organismo. Tuttavia, le risposte difensive esagerate alla minaccia percepita sono caratteristiche di vari disturbi d’ansia, che sono la forma più diffusa di malattia mentale negli Stati Uniti. Scoprire i meccanismi neurobiologici responsabili dei comportamenti difensivi aivimenterà lo sviluppo di nuovi interventi terapeutici. Il condizionamento della paura pavloviano è un paradigma di laboratorio ampiamente usato per studiare l’apprendimento e la memoria legati alla paura. Una delle principali limitazioni dei paradigmi tradizionali di condizionamento della paura pavloviano è che il congelamento è l’unico comportamento difensivo monitorato. Recentemente abbiamo sviluppato un paradigma pavloviano modificato per il condizionamento della paura che ci consente di studiare sia il congelamento condizionato che il comportamento di volo (noto anche come fuga) all’interno dei singoli soggetti. Questo modello utilizza calzini a maggiore intensità e un maggior numero di accoppiamenti tra lo stimolo condizionato e lo stimolo incondizionato. Inoltre, questo paradigma di volo condizionato utilizza la presentazione seriale di toni puri e stimoli uditivi del rumore bianco come stimolo condizionato. Seguendo il condizionamento in questo paradigma, i topi mostrano un comportamento di congelamento in risposta allo stimolo del tono e risposte di volo durante il rumore bianco. Questo modello di condizionamento può essere applicato allo studio di transizioni rapide e flessibili tra le risposte comportamentali necessarie per la sopravvivenza.
Introduction
La paura è una risposta adattiva evolutivamente conservata a una minacciaimmediata 1,2. Mentre gli organismi possiedono risposte difensive innate a una minaccia, le associazioni apprese sono cruciali per ottenere risposte difensive appropriate agli stimoli predittivi del pericolo3. La disregolazione nei circuiti cerebrali che controllano le risposte difensive può contribuire a reazioni disadattative associate a molteplici disturbi d’ansia debilitanti, come il disturbo da stress post-traumatico (PTSD), il disturbo di panico4e fobiespecifiche 5,6. Il tasso di prevalenza negli Stati Uniti per i disturbi d’ansia è del 19,1% per gli adulti e del 31,9% negli adolescenti7,8. Il peso di queste malattie è estremamente elevato sulla routine quotidiana degli individui e influisce negativamente sulla loro qualità di vita.
Negli ultimi decenni, il condizionamento della paura pavloviano è servito come un potente sistema modello per ottenere una visione straordinaria dei meccanismi neurali alla base dell’apprendimentoe della memoria legati alla paura 9,10,11. Il condizionamento della paura pavloviano comporta l’abbinamento di uno stimolo condizionato (CS, come uno stimolo uditivo) con uno stimolo avverso non condizionato (US; ad esempio, un footshock elettrico)12. Poiché il congelamento è il comportamento dominante evocato e misurato nei paradigmi di condizionamento pavloviano standard, i meccanismi di controllo neurale delle forme attive di comportamento difensivo come le risposte di fuga / volo rimangono in gran parte inesplorate. Studi precedenti mostrano che diverse forme di comportamento difensivo, come il volo, vengono evocate a seconda dell’intensità della minaccia,della vicinanza e del contesto 13,14. Studiare come il cervello controlla diversi tipi di comportamento difensivo può contribuire in modo significativo alla comprensione dei processi neuronali che sono disregolati nei disturbi della paura e dell’ansia.
Per rispondere a questa esigenza critica, abbiamo sviluppato un paradigma di condizionamento pavloviano modificato che suscita salti di volo e fuga, oltre al congelamento15. In questo paradigma, i topi sono condizionati con uno stimolo composto seriale (SCS) costituito da un tono puro seguito da rumore bianco. Dopo due giorni di accoppiamento della SCS con un forte calzata elettrica, i topi mostrano congelamento in risposta al componente tono e al volo durante il rumore bianco. Gli interruttori comportamentali tra il congelamento condizionato e il comportamento di volo sono rapidi e coerenti. È interessante notare che i topi mostrano un comportamento di volo solo quando il rumore bianco CS è presentato nello stesso contesto di un footshock precedentemente consegnato (il contesto condizionante) ma non in un contesto neutro. Invece, le risposte di congelamento dominano in questo contesto neutro, con livelli significativamente maggiori di congelamento in risposta al rumore bianco rispetto al tono. Ciò è coerente con il ruolo del contesto nella modulazione dell’intensità della risposta difensiva e con il ruolo regolatore dell’informazione contestuale nell’apprendimento e nella memoria legati alla paura che si trovano nei paradigmitradizionali di condizionamento delle minacce 16,17. Questo modello consente confronti diretti all’interno del soggetto di più comportamenti difensivi in un modo specifico del contesto.
Protocol
Representative Results
Discussion
I parametri di suono e shock descritti sono elementi importanti di questo protocollo. È quindi fondamentale testare l’ampiezza degli urti e il livello di pressione sonora prima di iniziare gli esperimenti. Gli studi sul condizionamento della paura utilizzano in genere 70-80 dB di livelli di pressione sonora e 0,1-1 mA di intensitàd’urto 18; pertanto, i parametri descritti sono entro i limiti dei paradigmi tradizionali di condizionamento della paura. In un precedente esperimento di controllo solo…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Questo lavoro è stato sostenuto dal Louisiana Board of Regents attraverso il Fondo di sostegno del Board of Regents (LEQSF(2018-21)-RD-A-17) e il National Institute of Mental Health dei National Institutes of Health con il numero di premio R01MH122561. Il contenuto è di esclusiva responsabilità degli autori e non rappresenta necessariamente le opinioni ufficiali degli Istituti Nazionali di Sanità.
Materials
| Neutral context | Plexiglass cylinder 30 X 30 cm | ||
| Fear conditioning box | Med Associates, Inc. | VFC-008 | 25 X 30 X 35 cm dimentions |
| Audio generator | Med Associates, Inc. | ANL-926 | |
| Shocker | Med Associates Inc. | ENV-414S | Stainless steel grid |
| Speaker | Med Associates, Inc. | ENV-224AM | Suitable for pure tone and white noise |
| C57/BL6J mice | Jackson laboratory, USA | 664 | Aged 3-5 month |
| Cineplex software (Editor/ studio) | Plexon | CinePlex Studio v3.8.0 | For video tracking and behavioral scoring analysis |
| MedPC software V | Med Associates, Inc. | SOF-736 | |
| Neuroexplorer | Plexon | Used to extract the freezing data scored in PlexonEditor | |
| GraphPad Prism 8 | GraphPad Software, Inc. | Version 8 | Statistical analysis software |
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