Elektrinė stria terminalis lovos branduolio stimuliacija sumažina nerimą žiurkės modelyje | vertimo psichiatrija

Elektrinė stria terminalis lovos branduolio stimuliacija sumažina nerimą žiurkės modelyje | vertimo psichiatrija

Anonim

Dalykai

  • Neuromokslas
  • Psichikos sutrikimai

Anotacija

Neseniai parodėme, kad gilioji smegenų stimuliacija (DBS) stria terminalis (BST) lovos branduolyje sumažina obsesijas, kompulsijas ir su tuo susijusį nerimą pacientams, kenčiantiems nuo sunkaus, gydymo atsparaus obsesinio-kompulsinio sutrikimo. Čia mes ištyrėme anksiolitinį elektrinės BST stimuliacijos poveikį žiurkių sąlygoto nerimo modelyje, nesusijusiame su obsesijomis ar kompulsijomis. Buvo įvertinti du stimuliacijos parametrų rinkiniai. Naudodami fiksuotus 100 Hz, 40 μs ir 300 μA (rinkinys A) parametrus, mes stebėjome padidėjusį užšalimo ir stulbinimo lygį, tuo tarpu stimuliacija esant 130 Hz, 220 μs ir individualiai pritaikytos amplitudės (rinkinys B) sumažino užšalimą. Tolesniame eksperimente plačiau įvertinome B rinkinio anksiolitinį potencialą, pridedant pažeidimo grupę ir papildomą stimuliacijos dieną. Mes nustatėme, kad elektrinė stimuliacija žymiai sumažino užšalimą, bet ne tiek pat, kiek pažeidimai. Nei pažeidimai, nei BST stimuliacija nepaveikė motorinio elgesio ar besąlyginio nerimo atliekant atviro lauko testą. Apibendrinant galima pasakyti, kad elektrinė BST stimuliacija sėkmingai sumažino kontekstinį nerimą žiurkių modelyje, nesukeliant nepageidaujamo motorinio poveikio. Mūsų išvados pabrėžia DBS terapinį BST potencialą esant sutrikimams, kuriuos apibūdina patologinis nerimas. Norint įvertinti šių išvadų pritaikomumą klinikai, reikės papildomų tyrimų.

Įvadas

Nerimo sutrikimai yra vieni iš labiausiai paplitusių psichinių sutrikimų ir sukelia didelę negalią bei kančias. 1, 2 Metams bėgant kelios tyrimų grupės bandė išsiaiškinti sudėtingas grandines ir mechanizmus, iš kurių kyla baimė ir nerimas. Baimė paprastai apibūdinama kaip laipsniškas atsakas esant gresiančiai, konkrečiai grėsmei; kadangi nerimas laikomas nuolatiniu atsaku į galimą grėsmę ateityje, kurį sukelia difuziniai dirgikliai. 3, 4 laboratorijoje baimė gali būti įgyjama suporuojant aiškų tašką (pavyzdžiui, toną) su bauginamuoju įvykiu (pavyzdžiui, šokas); vartojant nenuspėjamus, nepasirašytus sukrėtimus, kyla nuolatinis nerimas. 5

Įrodyta, kad tinkle, kuriame yra nerimas, dalyvauja keletas struktūrų: 6, 7, įskaitant amygdalą, 8, 9 priešfrontalinę žievę, 10, 11, 12 hipokampą, 13, 14 branduolio, 15, 16 branduolio , o pastaruoju metu - medialą. priekinių smegenų pluoštas. 17, 18 Kartu su amygdala, stria terminalis (BST) lovos branduolys yra viena iš labiausiai šiuo atžvilgiu ištirtų struktūrų. 4, 19, 20, 21, 22, 23, 24 Nors abi struktūros yra labai panašios įėjimo, išėjimo ir neurocheminio struktūros atžvilgiu, atrodo, kad amygdala tarpininkauja fazinėse reakcijose į baimę, tuo tarpu BST dalyvauja išreiškiant nuolatinis nerimas. Šį intriguojantį elgesio skirtumą pirmiausia aprašė Hitchcockas ir Davisas, kurie parodė, kad centrinės amigdalos (CeA) pažeidimai sumažina fazinę baimės reakciją, o BST pažeidimai - ne. 8, 9 Atvirkščiai, BST, bet ne CeA, pažeidimai sumažino ilgalaikį nerimo atsaką pagal šviesos sustiprintą stulbinančią paradigmą. Kiti tyrimai patvirtino šį skirtumą, naudojant skirtingus kondicionavimo protokolus. 22, 26, 27

BST įsitraukimas į nerimą taip pat turi transliacijos reikšmę. Vaizdo tyrimai atskleidė hiperaktyvią BST sritį, kai žmonių tiriamieji numatė nepageidaujamus reiškinius (pavyzdžiui, elektros šoką ar su fobija susijusius stimulus). 28, 29, 30 Be to, gilioji smegenų stimuliacija (DBS) BST regione tapo paskutinio gydymo galimybe pacientams, kenčiantiems nuo sunkaus, gydymui atsparaus obsesinio-kompulsinio sutrikimo (OKS). 31, 32 Ilgalaikis stebėjimo tyrimas patvirtino, kad BST stimuliacija yra saugi ir efektyvi dviem trečdaliams šių pacientų, mažėjant obsesijoms, kompulsijoms ir susijusioms nerimo bei depresijos simptomams. 24, 33

Daugeliui OKS sergančių pacientų nerimą sukeliančios mintys yra būdingos jų obsesijoms ir kompulsijoms. 34 Be to, terapinį DBS poveikį BST regione šiems pacientams pirmiausia gali lemti jo anksiolitinis poveikis. 24 Dabartiniame tyrime mes įvertinome, ar elektrinė BST stimuliacija sumažina įgytą nerimą žiurkės modelyje, kurio neriboja obsesijos ir kompulsijos. Visų pirma, mes naudojome konteksto nustatymo procedūrą, kuri atspindi keletą pagrindinių patologinio nerimo aspektų (tai yra, išliekanti, nenuspėjama grėsmė) 5, 35, 36, todėl turi klinikinę reikšmę. 37

medžiagos ir metodai

Pirmiausia mes ištyrėme, ar mūsų kondicionavimo procedūra sukelia konkrečiam kontekstui būdingą nerimą, reikalaujantį asociatyvaus mokymosi, o ne vien jautrinimą dėl šoko poveikio. Antra, mes ištyrėme įvairius elektrinės stimuliacijos parametrų rinkinius ir įvertinome jų poveikį nerimo matavimams. Galiausiai stimuliacijos poveikį įvertinome tolesniame eksperimente, į kurį įtraukėme motorinę elgseną ir besąlyginį nerimą, matuojamą atvirame lauke.

Dalykai

Patinai „Wistar“ žiurkės (± 250 g, 8 savaičių amžiaus) buvo naudojami eksperimente (Exp) 1 ( n = 16), Exp2A ( n = 32), Exp2B ( n = 32) ir Exp3 ( n = 48). Visi gyvūnai buvo laikomi poromis su maistu ir vandeniu, gaunamu ad libitum . 2 ir 3 eksploatavimui buvo naudojamas plastikinis narvelio atskyriklis, kuris padėjo narvems nepažeisti chirurginės žaizdos, kartu užtikrinant socialinę sąveiką. Gyvūnai buvo palaikomi 14–10 h šviesos – tamsos cikle (šviesa įjungta 0700 val.), Kambario temperatūra buvo ± 19 ° C. Šis projektas atitiko Belgijos ir Europos įstatymus, gaires ir politiką, susijusią su eksperimentais su gyvūnais, laikymu ir priežiūra (2013 m. Gegužės 29 d. Belgijos karališkasis dekretas ir spalio 20 d. Europos direktyva 2010/63 / ES dėl mokslo tikslais naudojamų gyvūnų apsaugos). 2010).

Įranga

Atliekant visus eksperimentus, gyvūnai buvo kondicionuojami nedideliame gyvūnų narvelyje (vidiniai matmenys: 9, 4 cm aukščio, 8, 2 cm pločio ir 16, 5 cm ilgio) su grotelinėmis grindimis, per kurias buvo suduodami kojų smūgiai. Tinklelio grindis sudarė šeši 5 mm skersmens nerūdijančio plieno strypai, išdėstyti 10 mm atstumu vienas nuo kito (MED Associates, Fairfax, VT, JAV). Atminkite, kad pritrenkiantis narvas buvo pritaikytas naudojant individualų 3D atspausdintą piramidinį viršutinį dangtį, kad būtų galima stimuliacijos laidus įstatyti į „Exp2“ ir „3“. Narvas buvo pritvirtintas ant reagavimo platformos ir patalpintas vėdinamoje garso slopinimo dėžutėje („MED Associates“). ). Nuolat degė raudona lemputė (3, 8 W). Gyvūnų užšalimas buvo užfiksuotas vaizdo kamera (DCR-SR55E „Super NightShot Plus“; „Sony“, Tokijas, Japonija), pastatytoje priešais bandymo narvą. Be to, stulbinanti žiurkių reakcija sukėlė spaudimą reagavimo platformoje, o analoginiai signalai buvo sustiprinti, suskaitmeninti ir apdoroti programinė įranga („Startle Reflex“, versija 5.95; „MED Associates“). Akustinių dirgiklių pateikimas ir seka buvo kontroliuojami ta pačia programine įranga. Vienas iš dviejų garsiakalbių, esančių 7 cm už žiurkės laikiklio, buvo naudojamas nenutrūkstamam balto fono triukšmui (55 dB) skleisti; kitas kalbėtojas pateikė stulbinančius dirgiklius (baltasis triukšmas, 100 dB, 50 ms). Stulbinantis atsakas buvo apibrėžtas kaip pirmoji didžiausia pagreičio matuoklio įtampa, susidariusi per pirmąsias 100 ms po starterio zondo pradžios ir išmatuota savavališka skalėje nuo 0 iki 2047. Palepinimo platforma ir garsiakalbiai buvo kalibruojami prieš kiekvieną eksperimentą. Tarp žiurkių narvas buvo išvalytas 70% etanoliu.

Konteksto kondicionavimo protokolas

Mes naudojome konteksto nustatymo protokolą su dvigubais elgesio matavimais (užšalimu ir stulbinančia reakcija), kurie buvo aprašyti anksčiau. Visi eksperimentiniai veiksmai buvo griežtai suderinti su „ExpTimer“ programine įranga. 38

Įpročiai

Pirmą dieną žiurkės buvo dedamos į pradinį langelį iš viso 20 minučių. Per pirmąsias 5 minutes (aklimacijos fazė) buvo pateiktas tik foninis triukšmas (55 dB). Po to buvo sušvirkšta 30 akustinių stulbinamų stimulų (100 dB, 50 ms) su fiksuotu 30 s tarpais. Ši pripratimo fazė buvo pridėta stabilizuojant stulbinančius atsakus prieš atliekant bet kokias eksperimentines manipuliacijas. Duomenys, gauti iš šio bandymo etapo, nebuvo įtraukti į mūsų analizę.

Išankstinis testas

Antrąją dieną žiurkėms buvo atliktas išankstinis testas, identiškas įpročių seansui. Remdamiesi stulbinančiomis reikšmėmis prieš bandymą, žiurkės buvo suskirstytos į lygiavertes grupes visiems eksperimentams. Šiame etape mes surinkome pradinius nerimo, tai yra, užšalimo ir pritrenkimo, matavimus. 39, 40 procentų užšalimo per 5 min aklimatizacijos fazę rankiniu būdu įvertino stebėtojas (KL), užmerktas į grupės skyrių. Stulbinantys matavimai buvo surinkti automatiškai iš „Startle Reflex“ programinės įrangos.

Mokymai

Po 5 minučių aklimatizacijos fazės visos žiurkės patyrė 10 elektrinių pėdų smūgių (0, 8 mA, 250 ms), kurių tarpinis intervalas buvo 60–180 s. Šiame etape žiurkėms buvo pritaikytas kontekstas. Bendra treniruotės trukmė buvo 30 min.

Po bandymo

4 dieną gyvūnai buvo tiriami naudojant 20 minučių protokolą, identišką įpratimo ir išankstinio bandymo protokolui. Tikimasi, kad po bandymo gyvūnai sukels nerimą aplinkoje, kurioje anksčiau jie patyrė elektros smūgį, matuojant padidėjusia staigmena ir užšalimu aklimatizacijos metu.

1 eksperimentas: Kontekstinis nerimas kondicionuotoms žiurkėms

Konteksto kondicionavimas buvo atliekamas pagal aukščiau aprašytą standartinį protokolą, išskyrus tai, kad mokymai buvo vykdomi tame pačiame (SAME) arba kitokiame (DIFF) bandymo narve, nei tas, kuris buvo naudojamas bandymams. „DIFF“ treniruočių aplinką sudarė narvas (21 cm aukščio, 25 cm pločio, 30 cm ilgio), esantis garso slopinimo dėžutėje („MED Associates“). Narve buvo standartinės tinklinės grindys su 19 barų ir juodos trikampės lubos. 41 Dėžutė buvo silpnai apšviesta balta 50 liuksų šviesa, o narvas tarp žiurkių buvo nuvalytas kvapniu valikliu.

2 eksperimentas: BST elektrinė stimuliacija su fiksuotais arba atskirais parametrais

Pagal užsakymą pagaminti vienpoliai elektrodai (127 μm skersmens Pt / Ir strypai, AM Systems, Sequim, WA, JAV) buvo implantuojami atliekant bendrąją nejautrą (ketamino hidrochloridas (22, 5 mg kg −1, Anesketin, Eurovet nv / sa, Heusden-Zolder, Belgija). ) ir 0, 15 mg kg –1 medetomino HCL (Kela, Sint-Niklaas, Belgija). Žiurkės buvo dedamos į stereotaksinį rėmą ir atlikta kraniotomija. Buvo išgręžtos dvi angokraštinės skylės, kad būtų galima įterpti dvišalį elektrodą į BST (priekis – užpakalis: 0, 0 mm; vidutiniškai: ± 1, 2 mm, 5, 9 mm subduraliai). Keturi nerūdijančio plieno sraigtai („Fine Science Tools“, Heidelbergas, Vokietija) buvo įkišti į kaukolę per mažesnes įdubimo angas. Prieš sutvirtinant žaizdą, elektrodais ir fiksavimo varžtais uždengtas dantų cementas („Tetric EvoFlow“, „Ivoclar Vivadent“, Misisauga, ON, Kanada). Per visą operaciją žiurkių kūno temperatūra buvo stebima per analinį zondą ir sureguliuojama grįžtamojo ryšio kontroliuojamu šildymo bloku (Harvard Apparat, Holliston, MA, JAV). Pooperacinis skausmo gydymas (Metacam, 1 mg kg −1, Boehringer Ingelheim Vetmedica, Ingelheim / Rhein, Vokietija) buvo švirkščiamas į poodį po operacijos. Gyvūnams buvo leista atsigauti 6–7 dienas prieš pradedant elgesio eksperimentus.

Buvo laikomasi standartinės kondicionavimo procedūros. Kiekvieną elgesio protokolo dieną visi gyvūnai buvo prijungti prie stimuliacijos nustatymo (DS8000 ir DLS100, World Precision Instruments, Stevenage, JK ir 363-SL / 6, Plastics One, Roanoke, VA, JAV). STIM grupės gyvūnams tikroji stimuliacija (dvifazė, dvišalė stimuliacija) buvo atlikta tik po bandymo. Norint įvertinti galimą šalutinį poveikį ir jį palengvinti, stimuliacija buvo pradėta namų narve 1 valandą prieš post-testą. Buvo įvertinti du stimuliacijos parametrų rinkiniai. „Exp2A“ mes panaudojome 100 Hz dažnį, 40 μs impulso plotį ir fiksuotą 300 μA amplitudę (rinkinys A), kuri buvo pasirinkta visoje graužikų literatūroje dažniausiai naudojamų parametrų diapazone. „42“, „43“, „44“, „Exp2B“ dažnis ir impulsų plotis buvo fiksuoti atitinkamai 130 Hz ir 220 μs (rinkinys B). Amplitudė buvo nustatyta kiekvienam gyvūnui atskirai, padidinant 50 μA pakopomis iki tokio lygio, kuriame buvo pastebėtas šalutinis poveikis (pavyzdžiui, per didelis drebulys, žandikaulio ar kojos spazmai, užšalimas, gausus šlapinimasis ir tuštinimasis). Tada amplitudė buvo palaipsniui mažinama, kol gyvūnas vėl pradėjo normaliai elgtis, ir ši amplitudė buvo naudojama per visą tyrimą (didžiausia toleruojama amplitudė). Šis požiūris buvo pasirinktas taip, kad atitiktų kliniškai naudojamus parametrus, kuriais paprastai sėkmingai pasiekiamas terapinis poveikis OKS pacientams, kuriems DBS skiriama BST srityje. 24 Tiesą sakant, keliems pacientams pastebėtas nedidelis šalutinis poveikis, toks kaip paraudimas ir veido raumenų trūkčiojimas. 32, 45, 46 Šiek tiek sumažinus stimuliacijos amplitudę simptomai palengvėja be šalutinių reiškinių, tai rodo, kad vertinga strategija yra nustatyti aukščiausią toleruojamą amplitudę.

3 eksperimentas: anksiolitinio BST elektrinės stimuliacijos ir elektrolitinių pažeidimų palyginimas

Dvidešimt keturi gyvūnai buvo implantuoti vienpoliais elektrodais į BST, kaip aprašyta „Exp2“. Kita 24 gyvūnų grupė gavo nerūdijančio plieno kaniles (23 dydžio kreipiamąją kaniulę C317G / 5 mm ir manekeno stiletą C317DC / 5 mm, „Plastics One“) ant ilgio, nukreiptą link BST (priekis – užpakalis: 0, 0 mm, vidurys: ± 3, 4 mm), 20 ° kampu į sagitalinę plokštumą). Be to, ant kaukolės buvo pritvirtintas maketinis pjedestalas, kad žiurkes būtų galima prijungti prie stimuliavimo įtaiso, todėl buvo pakoreguota dėl laido trukdžių. Gyvūnams buvo leista atsigauti 6–7 dienas prieš pradedant elgesio eksperimentus.

Šiame eksperimente standartinis 4 dienų kondicionavimo protokolas buvo pratęstas su priminimo mokymu (du smūgiai, 90 s tarpo intervalas, kad sumažėtų išnykimas) praėjus 2 minutėms po post-testo ir su antruoju post-test 5-ą dieną, kas leidžia norime ištirti, ar elektrinės stimuliacijos poveikis yra pastovus per dvi bandymo dienas. Žiurkės, implantuotos elektrodais, buvo suskirstytos į CTRL ( n = 7) ir STIM ( n = 17) grupes, žiurkės, implantuotos su kaniulėmis, buvo priskiriamos CTRL ( n = 9) ir LES ( n = 15) grupėms. Taikant šį metodą, CTRL grupėje buvo žiurkės, kurioms buvo implantuojamas pjedestalinis arba kaniulinis (su veidrodiniu pjedestaliu), be to, aklas eksperimentatorius elgesio analizės metu negalėjo nustatyti grupės pasiskirstymo pagal galvos apdangalų tipą.

Praėjus trims valandoms po treniruotės, visos žiurkės buvo trumpai pateptos izofluranu (5% (indukcija) ir 2% (palaikymas) 1, 5–2, 0 litro min –1 deguonies). LES žiurkėms buvo gauti dvišaliai BST pažeidimai, kaip aprašyta anksčiau. 27 Žiurkėms, implantuotoms kaniulėms, priklausančioms CTRL grupei, buvo atliekamas tas pats procesas, tačiau jos buvo stimuliuotos dirbtinai, esant 0 mA. Žiurkės, implantuotos su elektrodais (STIM ir CTRL grupė), taip pat buvo anestezuojamos, siekiant ištaisyti galimą anestezijos poveikį. Pažeidimo procedūrą atliko MD, o KL per eksperimentą liko aklas.

Po 1 ir 2 bandymų STIM žiurkėms buvo atlikta elektrinė stimuliacija 1 valandą prieš ir po abiejų bandymų, naudojant tuos pačius stimuliacijos parametrus, kurie buvo naudojami „Exp2B“ (130 Hz, 220 μs ir individualios amplitudės). Atkreipkite dėmesį, kad stimuliacija buvo nutraukta prieš pradedant papildomus priminimo šokus po 1 bandymo.

6 dieną žiurkėms buvo atliktas 10 minučių bandymas lauke (80 × 80 × 80 cm, juodos grindys ir sienos, ± 250 liuksų), siekiant įvertinti BST manipuliacijų poveikį abiejų variklių elgsenai („bendras atstumas“ ir „judėjimo procentas“). ') ir įgimtas nerimas (' Laikas centre '). Atviro lauko centras buvo apibrėžtas kaip 25% viso paviršiaus. Judėjimas ir vieta buvo aptikti vaizdo algoritmu, kurį sukūrė Tambuyzeris ir kt. 47, 48 Buvo laikoma, kad žiurkė juda, kai jos centroidės padėtis per 1 s pasikeitė daugiau kaip 5 mm. Visos žiurkės buvo prijungtos prie stimuliacijos laido, o tik STIM gyvūnai buvo stimuliuojami 1 valandą prieš testavimą lauke ir jo metu.

Histologija

Maždaug po savaitės po bandymo visoms „Exp2“ ir „Exp3“ žiurkėms buvo padaryta mirtina pentobarbitalio injekcija (2 ml į pilvaplėvės ertmę, Nembutal, CEVA Santé Animale, Briuselis, Belgija). Gyvūnams buvo parfumuota 10% sacharozės (D (+) - sacharozės, VWR International bvba, Leuven, Belgija) tirpalu ir po to 4% formaldehido tirpalu (37% ištirpinta vandenyje, stabilizuota 5–15% metanolio)., Acros organiniai produktai, gelis, Belgija, 10 × praskiestas dejonizuotame vandenyje). Smegenys buvo išpjaustytos ir laikomos 4% formaldehide, perdirbamos ir įterpiamos parafine. Su mikrotomu (Leica Biosystems, Nussloch, Vokietija) buvo surinktos penkių mikrometrų storio vainikinės plokštelės ir nudažytos Cresyl-Violet (0, 5% krezilvioleto acetatas dH2O, Merck, Darmštatas, Vokietija). Mikroskopinė analizė atskleidė tikslią elektrodų antgalių ir pažeidimų, kurie buvo perkelti į dvimatį Paxinos pjūvį, vietą. Elektrodo padėtis buvo priimta 500 μm spinduliu, supant taikinio koordinates (priekis – užpakalis: 0, 00 mm, vidutiniškai: ± 1, 2 mm, 5, 9 mm subduraliai). Pažeisti gyvūnai buvo įtraukti, kai ant bregmos pjūvio buvo matomi aiškūs BST pažeidimai (įskaitant nekrozę ir edemą) (1 paveikslas).

Image

Visų analizėje dalyvavusių žiurkių elektrodų antgalių ir pažeidimų rekonstrukcija. ( a ) rodo „Exp2A“ (pilka) ir „Exp2B“ (juodai balta) elektrodų galiukus. ( b ) parodyti Exp3 elektrodų antgaliai ir ( c ) parodyti maksimalų kiekvieno pažeidimo skersmenį Exp3. Apskritimai žymi CTRL žiurkes, trikampiai atitinka STIM gyvūnus. Iš viršaus į apačią parodyti vainikinių lazdelių briaunos yra +0, 48 mm, +0, 24 mm, 0, 00 mm, –0, 24 mm ir –0, 48 mm. Paveikslėlis pritaikytas iš Paxinos ir Watson, 2005. 67

Visas dydis

Statistinė analizė

Visi duomenys pateikiami kaip vidurkis ± sem („GraphPad Prism“, 4.03 versija; „GraphPad Software“, San Diegas, CA, JAV). Statistinės analizės buvo atliktos naudojant „Statistica“ („Statistica 9“; „StatSoft“, „Tulsa“, OK, JAV). Visų bandymų prielaidos buvo įvykdytos ir mėginių dydžiai buvo nustatyti remiantis anksčiau mūsų grupės stimuliacijos eksperimentais. Reikšmingumo lygiai buvo nustatyti P <0, 05.

„Exp1“ ir „Exp2“

Prieš bandymą nustatyti stulbinantys matavimai buvo analizuojami naudojant nesuporuotą t- testą, siekiant patikrinti sėkmingą atitikimą tarp grupių. Po bandymo užšalimas ir stulbinantys matavimai buvo pataisyti atsižvelgiant į pradinio lygio vertes prieš bandymą, todėl jie parodomi kaip skirtumo balai (po pre-pre). Šie '% Freezing' ir 'Startle' skirtumai buvo palyginti tarp grupių (SAME vs DIFF, esant Exp1; STIM vs CTRL, 2 aišk.), Naudojant neporinį t- testą.

Išpardavimas

Išanalizuotų stulbinamų matavimų palyginimas tarp CTRL, STIM ir LES grupių buvo naudojamas vienpusė dispersijos analizė (ANOVA). Norėdami įvertinti konteksto nustatymą Exp3, mes atlikome dvipusį pakartotinį matavimą ANOVA '% Freezing' ir 'Startle'. CTRL, STIM ir LES grupės (faktorius „grupė“) buvo palygintos dviem laiko taškais, kurie buvo normalizuoti iki išankstinio bandymo: post1-pre ir post2-pre (faktorius „Session“). Tukey post hoc analizė buvo atlikta siekiant nustatyti grupių skirtumus. Galiausiai atvirojo lauko elgsena buvo išanalizuota naudojant vienpusę ANOVA, siekiant ištirti grupių skirtumus tarp CTRL, STIM ir LES žiurkių „% laiko centre“, „viso atstumo“ ir „% judėjimo“.

Rezultatai

„Exp1“: Kontekstinis nerimas kondicionuotoms žiurkėms

Viena SAME grupės žiurkė nebuvo įtraukta į analizę dėl įrangos gedimo. Prieš bandymą atlikti stulbinantys matavimai reikšmingai nesiskyrė tarp SAME ( n = 7) ir DIFF ( n = 8) grupių ( t (13) = −1, 14; P = 0, 27), tai rodo, kad atitikimas buvo efektyvus. Be to, prieš bandymą visų gyvūnų užšalimas buvo nedidelis (1, 9% ± 2, 3%). Po bandymo SAME grupės žiurkės užšalo žymiai daugiau nei DIFF grupės ( t (13) = −3, 61; P <0, 01) ir parodė aukštesnes stulbinančias vertes ( t (13) = −2, 32; p = 0, 04). Be to, DIFF žiurkėms užšalimas ir stulbinantis stiprinimas buvo nereikšmingi (2 paveikslas). Kartu tai rodo, kad nerimas po bandymo mūsų standartinėje kondicionavimo procedūroje (SAME grupėje) yra susijęs su kontekstu ir nėra vien tik sensibilizacijos ar bendro susijaudinimo padarinys, bet ir asociatyvaus mokymosi proceso rezultatas.

Image

Procentinis užšalimo procentas aklimatizacijos metu (kairysis skydelis) ir stulbinantis atsakas (dešinysis skydelis) žiurkėms, kurios buvo apmokytos ir išbandytos tame pačiame (SAME) arba kitokiame kontekste (DIFF). Parodomi skirtumai po bandymo, atėmus pradinį lygį (prieš bandymą) (vidurkis ± sem). * P <0, 05, ** P <0, 01.

Visas dydis

„Exp2A“: BST fiksuota parametrų elektrinė stimuliacija

Keturi gyvūnai prarado galvos sceną treniruotės metu, o 10 gyvūnų (CTRL: n = 5; STIM: n = 5) buvo pašalinti iš neteisingo elektrodo išdėstymo. Į galutinę analizę buvo įtraukti aštuoniolika gyvūnų (CTRL: n = 8; STIM: n = 10) (1a paveikslas).

Išankstinis bandymas buvo panašus CTRL ir STIM grupėse ( t (16) = –0, 59; P = 0, 56), o užšalimo vertės buvo žemos (5, 6% ± 7, 7%). Tiek užšalimo, tiek stulbinimo lygis žymiai padidėjo atliekant bandymą (3a paveikslas). STIM grupės gyvūnai užšaldė žymiai daugiau nei CTRL gyvūnai ( t (16) = 2, 33; P = 0, 03) ir pasižymėjo didesnėmis stulbinančiomis vertėmis ( t (16) = 2, 41; P = 0, 03), reiškdami nerimą keliantį elektrinės stimuliacijos poveikį.

Image

Stria terminalis (BST) elektrinio lovos branduolio poveikis kontekstiniam nerimui, naudojant fiksuotus ( a ) ir individualius ( b ) stimuliacijos parametrus, atitinkamai, Exp2A ir 2B. Nerimas indeksuotas pagal procentinį užšalimą aklimatizacijos metu (kairiosios plokštės) ir stulbinantį atsaką (dešiniosios plokštės). Parodomi skirtumai po bandymo atėmus prieš bandymą (vidurkiai ± sem). * P <0, 05.

Visas dydis

„Exp2B“: BST elektrinė stimuliacija su atskirais parametrais

Šeši gyvūnai prarado galvos pakopą atlikdami elgesio bandymus, o keturi buvo pašalinti iš netinkamo elektrodų išdėstymo (CTRL: n = 1; STIM: n = 3). Šaldymui mes įtraukėme visus likusius gyvūnus (CTRL: n = 11; STIM: n = 11) (1a paveikslas). Stebint matavimus, vienas papildomas gyvūnas buvo neįtrauktas dėl įrangos gedimo (CTRL: n = 11; STIM: n = 10).

Ankstyvojo bandymo stulbinančios vertės buvo palyginamos tarp CTRL ir STIM gyvūnų ( t (19) = 0, 24; P = 0, 81), o užšalimo vertės buvo žemos (2, 5% ± 3, 2%). Po užšalimo ir pritrenkiančių matavimai buvo didesni, palyginti su prieš bandymą, ir nesiskyrė tarp grupių ( t (20) = −2, 02; P = 0, 057 ir t (19) = −1, 54; P = 0, 14, atitinkamai; 3b pav. ). Nors reikšmės nebuvo pasiekta, nusprendėme ištirti anksiolitinę tendenciją, matomą užšalimo duomenyse, išsamesniame tolesniame eksperimente.

Pvz .: anksiolitinių BST elektrinės stimuliacijos ir elektrolitinių pažeidimų palyginimas

Viena žiurkė mirė sužalojimų indukcijos metu, tikriausiai dėl izoflurano netoleravimo, o keturi gyvūnai prarado galvos pakopą atliekant kondicionavimą (CTRL: n = 2) arba atliekant bandymus lauke (STIM: n = 2). Remdamiesi histologine analize, mes toliau išskyrėme vieną CTRL, du STIM ir penkis LES gyvūnus. Be to, vienas LES grupės gyvūnas nebuvo įtrauktas, nes praėjus 1 dienai po pažeidimo sužadinimo jis nepakankamai pasveiko (porfirino išskyros aplink akis ir nosį, pūlingos išvaizdos, nejudrios - tai, matyt, specifinis anestezijos ar elektrodo įdėjimo šalutinis poveikis). Apibendrinant galima pasakyti, kad 34 tiriamieji buvo įtraukti į konteksto nustatymą (CTRL: n = 12; STIM: n = 13; LES: n = 9) ir 32 - atvirojo lauko analizei (CTRL: n = 12; STIM: n = 11; LES). : n = 9) (1b, c pav.).

Prieš bandymą pritrenkiančios vertės buvo palyginamos tarp grupių (F (2, 31) = 0, 23; P = 0, 79), o užšalimo lygis buvo žemas (3, 3% ± 6, 8%). Šaldymo analizė aklimatizacijos metu atskleidė pagrindinį „grupės“ (F (2, 31) = 16, 94; P <0, 0001) poveikį. Tukey atlikta post hoc analizė parodė, kad pažeistos žiurkės užšalo mažiau nei STIM ir CTRL gyvūnai (atitinkamai P <0, 01 ir P = 0, 0001). Be to, STIM gyvūnai užšalo mažiau nei CTRL gyvūnai ( P = 0, 02; 4a paveikslas). Šie rezultatai rodo, kad BST stimuliacija iš tikrųjų yra anksiolitinė, bet ne BST pažeidimų apimtimi. Remiantis įšaldymo duomenimis, stulbinantis tyrimas atskleidė pagrindinį „grupės“ poveikį (F (2, 31) = 5, 77; P <0, 01). Tukey post hoc atskleidė, kad apstulbusių gyvūnų, palyginti su CTRL, stulbinimo lygis buvo žymiai mažesnis ( P <0, 01). STIM reikšmės buvo skaitine prasme mažesnės nei CTRL ir didesnės nei LES, tačiau reikšmingai nesiskyrė nei nuo vieno (4b paveikslas).

Image

Stria terminalis (BST) stimuliacijos ir BST pažeidimų lovos branduolio poveikis konteksto kondicionavimui ( a - c ), besąlygiškam nerimui ( d ) ir motorinei elgsenai ( e ir f ) Exp3. Užšalimo procentai, esantys aklimatizacijos metu ir stulbinantys atsakai, parodyti atitinkamai a ir b punktuose, naudojant skirtumus po bandymų, atėmus prieš bandymą. Nurodomi reikšmingi skirtumai tarp grupių. C paveiksle pavaizduota anksiolizinio BST stimuliacijos poveikio eiga. Stulbinantys atsakai buvo padalyti į penkis blokus iš šešių stulbinamų zondų, per 15 minučių bandymo laikotarpį po aklimatizavimo. CTRL ir STIM grupės parodo surinktus Exp2B ir Exp3 duomenis. Laiko, kurį gyvūnai praleido lauko lauke, procentinė dalis, išreikšta d . Bendras nuvažiuotas atstumas ir procentinis judėjimas atliekant bandymus lauke, parodytas atitinkamai e ir f . Duomenys rodomi kaip vidurkiai ± sem * P <0, 05, ** P <0, 01, *** P <0, 001.

Visas dydis

Toliau mes išsamiau ištyrėme anksiolitinius efektus, pastebėtus „Exp2B“ ir „Exp3“, nubraižydami „Post-test 1“ stulbinamąjį atsakymą penkiuose šešių pradinių zondų blokuose (4c paveikslas). Reikšmingi grupių skirtumai buvo pasiekti tik LES vs CTRL (F (2, 52) = 6, 20; P <0, 01). Tačiau mes pastebėjome, kad žiurkėms, kurios buvo elektriškai stimuliuotos, vidutiniškai buvo žemesnės stulbinančios vertės per pirmuosius keturis blokus, palyginti su CTRL gyvūnais, o didžiausias vardinis skirtumas buvo 1 bloke. Tiriamasis vienpusis ANOVA patvirtino reikšmingą grupės efektą (F (2, 52) = 10, 70; P = 0, 0001) per šį bloką. CTRL žiurkėms buvo didesnės stulbinančios vertės 1 bloke, palyginti su STIM ir LES žiurkėmis (atitinkamai P = 0, 04 ir P <0, 001). Be to, LES žiurkės turėjo mažesnį pradžią, palyginti su STIM ( P = 0, 03). Šie duomenys rodo, kad elektrinė stimuliacija pirmiausia daro įtaką pradinei nerimo išraiškai, kai atgaunama nerimo atmintis, o ne sustiprina išnykimą. Atliekant atviro lauko testą, nebuvo rasta skirtumų tarp „% laiko centre“ (F (2, 29) = 1, 63; P = 0, 21; 4d paveikslas), „bendras atstumas“ (F (2, 29) = 0, 29 ; P = 0, 75; 4e paveikslas) arba „Judėjimas%“ (F (2, 29) = 0, 54; P = 0, 58; 4f paveikslas), rodantis, kad manipuliacijos PST neturėjo įtakos variklio elgesiui ar įgimtą, besąlyginį nerimą.

Diskusija

Šiame tyrime mes parodėme, kad elektrinė BST stimuliacija sumažina kontekstinį užšalimą žiurkių nerimo modelyje.

„Exp1“ parodėme, kad padidėjęs užšalimo ir stulbinantis atsakas iš tikrųjų reiškia kontekstinį nerimą, o ne vien tik sensibilizaciją dėl praėjusios dienos smūgio. Tolesniuose eksperimentuose mes panaudojome konteksto nustatymo modelį, norėdami ištirti BST stimuliacijos poveikį įgytam nerimui, kuris yra svarbus įvairiems nerimo sutrikimams. 37, 49

Mūsų žiniomis, yra nedaug tyrimų apie BST stimuliavimą (kontekstinio) nerimo modeliuose. Van Dijk ir kt. Nebuvo rasta jokio BST stimuliavimo poveikio (ne) sąlygotam nerimui. Kaip nurodo patys autoriai, jų kondicionavimo protokolas buvo nesėkmingas sukeliant nuolatinį nerimą, o tai gali lemti neigiamus jų rezultatus, susijusius su BST stimuliacija. Kitame tyrime Baas ir kt. Neseniai buvo ištirtas elektrinės stimuliacijos poveikis sąlygojamam nerimui OCD sergantiems pacientams, kuriems taikoma DBS. Nebuvo rasta jokio poveikio kontekstiniam nerimui, kurį indeksavo stulbinantis baimė. Tačiau reikėtų atsižvelgti į kai kuriuos neuroanatominius ir su paradigma susijusius klausimus, kurie klaidingai interpretuoja jų rezultatus (žr. 51 nuorodą diskusijai), paliekant žmogaus BST stimuliavimo poveikį kontekstiniam nerimui ištirti. Galiausiai Rodriguez-Romaguera ir kt. 42 parodyta, kad dorsomedialinio ventinio striatumo stimuliavimas palengvina užgesusios baimės išnykimą, tuo tarpu ventrinio ventrinio striatumo dalies stimuliavimas trukdo išnykti. Autoriai neįvertino stimuliacijos poveikio nuolatiniam nerimui, atliekant konteksto sudarymo procedūrą su nepasirašytais smūgiais. Be to, jų stimuliacijos taikinys buvo labiau priešais mus, ir buvo sudarytas iš branduolio akumuliatorių, o ne BST.

Dabartiniame tyrime mes ištyrėme du BST stimuliacijos parametrų rinkinius ir įvertinome jų poveikį kontekstinio nerimo raiškai. „Exp2A“ nustatėme, kad stimuliacija esant fiksuotiems parametrams (rinkinys A: 100 Hz, 40 μs, 300 μA) padidino ir stulbinančią, ir užšalimo reakciją, palyginti su CTRL gyvūnais. Atkreipkite dėmesį, kad didesnis stulbinantis atsakas stimuliuotoje grupėje turėtų būti aiškinamas atsargiai, nes CTRL grupėje santykinai žemos vertės. Nepaisant to, stimuliacijos poveikis užšalimui yra akivaizdus ir rodo padidėjusį nerimą, nors mes negalime atmesti galimybės, kad šios ypatingos stimuliacijos aplinkybės trikdė bendrą gyvūnų gerovę (pavyzdžiui, didesnis užšalimas dėl galvos skausmo).

„Exp2B“ programoje, naudojant individualius nustatymus (B rinkinys: 130 Hz, 220 μs ir individuali amplitudė), reikšmingo poveikio nei užšalimas, nei pritrenkimas nebuvo nustatytas. Tačiau mes stebėjome anksiolitinio poveikio tendenciją, kai STIM grupėje buvo mažesnės užšalimo vertės ( P = 0, 057), atsižvelgiant į nominaliai, bet ne reikšmingai, mažesnį stulbinantį atsaką. Atminkite, kad keli gyvūnai turėjo būti pašalinti dėl techninių sunkumų, dėl to sumažėjo grupės dydis ir, atsižvelgiant į galimą reikšmingo poveikio nebuvimą. Įdomu tai, kad anksiolitinė „Exp2B“ tendencija yra priešinga efektams, gautiems naudojant „Exp2A“. Keli tyrimai pabrėžė kruopštaus parametrų optimizavimo svarbą simptomams palengvinti. 52, 53, 54

Pateikdami Exp3, individualizuotus parametrus įvertinome plačiau, pridėdami BST pažeidimo (LES) grupę kaip teigiamą kontrolę, 22, 27 ir įtraukdami antrąjį post-testą, skirtą įvertinti stimuliacijos efektų nuoseklumą ir pakartojamumą. Mes nustatėme, kad elektrinė stimuliacija žymiai sumažino užšalimą ir sumažino stulbinančius atsakus pirmajame stulpelio bloke. Laikui bėgant išnykimo procesas tampa vis svarbesnis, todėl mes tariame, kad elektrinė stimuliacija labiau veikia nerimo išraišką, nei sustiprina išnykimą. Elektrinė stimuliacija žymiai sumažino užšalimą, tačiau elektrolitiniai pažeidimai turėjo didesnį poveikį tiek užšalimo, tiek stulbinančiai. 55, 56 Tačiau DBS turi keletą pranašumų, palyginti su nuolatiniais pažeidimais, nes leidžia reguliuoti individualius parametrų parametrus, kad būtų pasiektas optimalus terapinis poveikis su minimaliu šalutiniu poveikiu. From a clinical perspective, a reversible and adaptable neurosurgical procedure is preferable, but further research will be pivotal to optimize DBS effects and evaluate the potential of this treatment option for patients suffering from pathological anxiety. A few considerations have to be taken into account when interpreting the results obtained in Exp3. As DBS is a curative instead of a preventive technique, we chose to stimulate during expression rather than during acquisition of anxiety. STIM animals received stimulation only 1 h before and during the post-test sessions, whereas the lesion in LES animals was made 3 h after training, to allow sufficient time for the animals to recover from the lesion procedure. 27 Although unlikely, we cannot rule out that the lesion may also interfere with the consolidation phase, thereby partly accounting for its superior effects compared to the stimulation group. In addition, electrolytic lesions may also destroy white matter tracts, thereby leading to distal effects beyond the target structure. In this study, we used electrolytic lesions due to their clinical relevance (for example, capsulotomy in OCD patients) and for comparability with our previous studies. 27 Moreover, others have already demonstrated the anxiolytic effects of fiber-sparing BST lesions. 9, 57 As a final remark, data from the second post-test should be interpreted with caution. This additional post-test allowed us to evaluate stimulation parameters on multiple test days and increase statistical power without including more animals. However, both post-tests are not identical. Post-test 2 is influenced by extinction and reminder shocks on post-test 1 and could therefore recruit different brain structures. In addition, lesions were already present when the reminder shocks were given, therefore complicating direct comparison with CTRL and STIM groups on post-test 2. Nonetheless, freezing and startle responses appear constant on both post-tests (Figures 4a and b, respectively) underlining the usefulness of the second post-test.

To ensure that the anxiolytic effects obtained in Exp3 were not confounded by motor effects, we evaluated locomotion in an open field. We found that BST manipulations had no effect on the total distance traveled and the percentage movement during this 10 min test. Overall, there seems to be a consensus that BST inactivation does not interfere with motor behavior, 58, 59, 60, 61, 62 but also see ref. 43. In addition, it is unlikely that pure motor effects could explain our results, as both freezing and startle measurements appear highly consistent within each experiment. Although increased motor behavior may explain reduced freezing, it would not account for decreases in startle measurements, or the other way around. This underlines the relevance of using a protocol with combined measurements of anxiety. 40 Finally, we showed that neither BST lesions nor stimulation had an effect on unconditioned anxiety, measured by the time spent in the center of an open-field test, indicating that the effects of our BST manipulations may be specific to acquired anxiety.

Finally, we must take into consideration that the BST is a highly complex structure, which entails subdivisions that may account for opposing effects on anxiety. 19, 20 In addition, electrical stimulation of the BST probably not only affects the BST itself, but also surrounding structures within a millimeter range, including fiber tracts passing through the stimulated area. 63 In this regard, it is noteworthy that DBS in the NAc region also alleviates symptoms (including anxiety) in OCD patients, 16 although BST stimulation is believed to have superior effects. 24, 64 Pre-clinical studies have shown that fiber-sparing BST lesions reduce anxiety, whereas similar lesions in the NAc cannot replicate the effects obtained by electrical stimulation in this region. 42 This suggests that the BST in itself is responsible for anxiolytic effects, whereas the NAc might serve as an integration center through which the BST interacts with (mostly) cortical areas. Recently, it has been suggested that anxiety-related brain structures, such as the BST, should be added to our neuroanatomical models of the circuits underlying OCD. 24, 65, 66

Here, we demonstrated that electrical stimulation in the BST reduces anxiety in a rat model without typical OCD-related obsessions and compulsions. Taken together, we argue that the reduced anxiety levels obtained in OCD patients through BST stimulation are a primary effect of DBS, rather than a 'passive' consequence of reduced obsessions and compulsions. In concordance, Denys et al. 16 described a sequential order for symptoms alleviation, starting with reduction of depressive and anxiety symptoms (within minutes), whereas obsessions and compulsions took days or weeks to improve. Given the existing clinical experience with BST stimulation in OCD patients and our current findings, we suggest that DBS in the BST may provide a new treatment option for patients suffering from severe anxiety disorders, such as generalized anxiety or posttraumatic stress disorder.

In conclusion, we demonstrated that electrical stimulation of the BST reduces acquired anxiety in a rat model. Further research will be necessary to evaluate the potential of DBS in the BST as a last-resort treatment option for anxiety patients. In addition, our findings lay the foundation for a more fundamental investigation of the mechanisms of DBS in the BST.