阿片受体在序列条件化和同时条件化范式中均调节次级恐惧的习得与消退

《Neurobiology of Learning and Memory》：Opioid receptors regulate the acquisition and extinction of second-order fear in both sequential and simultaneous conditioning protocols

　　

•纳洛酮增强二级条件性恐惧的获得。•纳洛酮损害二级条件性恐惧的消退。•这些效应在顺序和同步协议中均被观察到。•阿片受体似乎通过预测误差调节恐惧学习。•这种调节涉及条件性镇痛以外的机制。引言适应性行为依赖于检测和了解世界中事件之间关系的能力。误差修正在学习过程中起着核心作用，因为生物体会将当前经验与先前知识进行比较并相应调整行为。巴甫洛夫条件作用被广泛用于在实验室中研究恐惧学习。在标准协议中，巴甫洛夫（1927）将其称为一级恐惧条件作用，大鼠暴露于最初中性刺激（如光）与固有厌恶的非条件刺激（US）的配对，US如短暂但痛苦的足部电击。大鼠快速了解到光和足部电击之间的这种关系，当重新暴露于已成为条件刺激（CS）的视觉刺激时，表现出这种学习，表现为人类恐惧特有的自主神经、内分泌和行为反应。这些反应包括心率、血压、唾液分泌和呼吸率的变化，以及强化的惊跳和僵直（Bolles & Collier, 1976; Davis, 1997; Fanselow, 1984; McAllister & McAllister, 1971）。CS引发的另一个反应是阿片介导的镇痛（Bolles & Fanselow, 1980; Fanselow, 1991; Harris, 1996）。这种条件性镇痛反应的作用可以通过误差修正模型来理解，其中最具影响力的是Rescorla-Wagner模型（Rescorla & Wagner, 1972）。该模型认为，每次条件作用试验中CS-US联系的强度变化（即学习量；?V）由CS的显著性（α）、US的显著性（β）以及条件作用试验的实际结果（λ；即US的物理强度）与预期结果（ΣV；即已经学到的关于所有存在CS的信息）之间的差异或预测误差决定。这个学习规则正式表达为方程?V=αβ（λ?ΣV）。预测误差控制着学习的量和性质。当实际结果超过预期结果时（λ > ΣV，正预测误差），CS-US联系的强度增加（即发生恐惧学习）。当实际结果与预期结果相同时（λ = ΣV，无预测误差），CS-US联系的强度保持不变（即没有学习发生）。最后，当实际结果小于预期结果时（λ < ΣV，负预测误差），CS-US联系的强度降低和/或形成CS-无US联系（即恐惧减少）。包括遮蔽（Kamin, 1968）、过度预期（Rescorla, 1970）、偶联效应（Rescorla, 1968）和信号有效性（Wagner, Logan, & Haberlandt, 1968）在内的各种现象阐明了预测误差在学习中的作用，并被该模型很好地解释。条件性镇痛被提议作为ΣV项的生理基质，对条件性恐惧的获得提供负反馈（Fanselow, 1986, Fanselow, 1998; Zelikowsky & Fanselow, 2011）。在一次或几次CS-US配对后，动物在呈现CS时开始预期US，这触发恐惧系统及相关阿片介导的镇痛（Bolles & Fanselow, 1980; Harris, 1996; Harris, Westbrook, Duffield, & Bentivoglio, 1995）。更具体地说，CS触发脊髓下游内源性阿片类物质的释放，阻断伤害感受信息通过脊髓向大脑的传递，从而减少足部电击US的厌恶影响。这样，条件性镇痛的幅度（ΣV）从厌恶US的伤害感受值或物理强度（λ）中减去，产生控制学习的误差项。因此，条件性镇痛反馈量越大，误差越小，学习越少。条件性镇痛的量在每次额外的CS-US配对过程中增加，因此足部电击作为US的效力逐渐减弱。换句话说，这种条件性镇痛减少了US作为强化物的有效性，从而减少了每次额外配对的学习量。支持这一提议的证据来自研究表明，阿片受体激动剂（如吗啡）损害恐惧获得，而阿片受体拮抗剂（如纳洛酮）增强恐惧获得。例如，在CS和痛苦US配对前全身注射纳洛酮的大鼠，对CS获得的恐惧比注射溶媒的对照组多，而注射吗啡的大鼠获得的恐惧比对照组少（Fanselow & Bolles, 1979; McNally, Pigg, & Weidemann, 2004a; Westbrook, Greeley, Nabke, & Swinbourne, 1991）。根据条件性镇痛模型，阿片受体激动剂损害恐惧获得是因为它们减少了电击US的强度，模拟了在CS-US配对过程中发展的条件性镇痛效果。相反，阿片受体拮抗剂促进恐惧获得是因为它们阻断条件性镇痛，从而在条件作用过程中维持US的强度。然而，研究表明阿片受体拮抗剂还调节在没有痛苦刺激的情况下发生的学习。例如，McNally和Westbrook（2003）发现纳洛酮损害恐惧消退。大鼠通过单次CS-电击配对被条件化为恐惧CS。然后通过一系列仅呈现CS的试验来消除这种恐惧。在仅呈现CS前注射纳洛酮的大鼠，在这些呈现过程中以及无药测试时的僵直反应比注射溶媒的大鼠更多。这些结果表明，阿片受体的作用不仅仅是通过条件性镇痛改变US的物理强度，因为消退过程不涉及痛苦的US。此外，这种对消退的影响被证明是中枢介导的，因为皮下注射无法穿过血脑屏障的纳洛酮甲碘化物对消退没有影响（McNally & Westbrook, 2003）。这些发现表明，尽管阿片类物质及其受体对条件性镇痛很重要，但在调节恐惧学习时必须参与额外的机制。阿片受体拮抗对恐惧条件化获得和消退的相反影响导致了一种替代性负反馈模型，该模型将阿片受体对恐惧学习的调节与其在疼痛调节和条件性镇痛中的作用区分开来（McNally, 2009; McNally, Pigg, & Weidemann, 2004b, 2011; McNally & Cole, 2006; McNally & Westbrook, 2006）。与条件性镇痛模型一样，这个模型认为阿片受体产生一种抑制性反馈信号，在Rescorla-Wagner模型的差异（λ?ΣV）中识别为ΣV。换句话说，阿片受体被建议调节先前学习（即预期结果；ΣV）对预测误差计算的贡献。重要的是，这个反馈信号不同于条件性镇痛。它并不简单地通过下行疼痛控制回路来抑制伤害感受信息的传递。相反，它贡献于预测误差调节的教学信号，这些信号指导大脑中整个学习相关可塑性。阿片受体拮抗剂被提议阻断这个抑制性反馈信号（ΣV），因此防止先前学习（即预期结果；ΣV）调节当前学习。因此，当存在正预测误差时（λ > ΣV；例如获得），阻断ΣV增加误差并增强学习，而当存在负预测误差时（λ < ΣV；例如消退），阻断ΣV减少误差并损害学习。与此提议一致的是，阿片受体防止遮蔽，使学习能够应用于其他被遮蔽的CS（Arico & McNally, 2014; Cole & McNally, 2007; McNally et al., 2004a; McNally & Cole, 2006），以及其他选择性条件作用现象，如遮蔽（Zelikowsky & Fanselow, 2010）和过度预期（Arico & McNally, 2014; McNally et al., 2004a）。研究阿片受体在恐惧学习中的作用与其在条件性镇痛中的作用不同的另一个方法是巴甫洛夫（1927）所称的二级恐惧条件作用（Barnet, Cole, & Miller, 1977; Gewirtz & Davis, 1997; Helmstetter & Fanselow, 1989; Holmes, Parkes, Killcross, & Westbrook, 2013, Holmes, Cai, Lay, Watts, & Westbrook, 2014; Lay, Westbrook, Glanzman, & Holmes, 2018; Leake et al., 2024; Lingawi, Laurent, Westbrook, & Holmes, 2021; Parkes & Westbrook, 2010; Rizley & Rescorla, 1972）。这涉及首先将大鼠暴露于最初中性刺激（S1；如光）与固有厌恶US（如足部电击）的配对，然后是第二个无害刺激（S2；如音调）与已被条件化的S1的配对。大鼠快速了解到S2和S1之间的这种关系，在随后单独测试S2时表现出恐惧反应。与一级恐惧条件作用一样，二级条件性恐惧可以被消除。在这种情况下，消退涉及在没有S1的情况下反复暴露于S2。由于二级恐惧的获得和消退都不涉及痛苦的刺激，这为检查阿片受体在恐惧学习和误差修正中的作用提供了有用的协议，且与它们在条件性镇痛和疼痛调节中的作用分开。Michalscheck、Leidl、Westbrook和Holmes（2021）采用了这种方法，并证明在S2-S1配对前注射纳洛酮会增强二级恐惧的获得，正如它增强一级恐惧的获得一样（见Cicala, Azorlosa, Estall, & Grant, 1990）。目前尚不清楚纳洛酮是否对各种形式的二级条件作用都有相似的影响，以及它对这种形式消退的影响如何。同步二级条件作用（Leake et al., 2024; Rescorla, 1982）是一种可能提供信息的研究方案。具体来说，鉴于阿片受体被认为通过预测误差调节学习，同步二级协议使我们能够检查这种调节是否随刺激间预测关系的变化而变化。二级条件作用通常涉及S2和S1的顺序呈现。也就是说，每次S2呈现后立即跟随已被条件化的S1呈现（即S2的结束与S1的开始同时发生）。因此，S2提供了关于危险的S1的信息，就像S1在一级条件作用中提供了关于厌恶US的信息一样；在每种情况下，刺激（S2或S1）都预测了危险的即将到来，无论是已学到的危险源（被条件化的S1）还是先天危险源（厌恶的US）。在这两种情况下，纳洛酮都会增强预测刺激的学习积累（Fanselow & Bolles, 1979; Michalscheck et al., 2021）。这些类型的协议导致了如Rescorla-Wagner模型这样的理论以及相关的想法，即当US被预测时，它作为强化物的有效性降低。相比之下，在同步二级条件作用方案中，S2和S1同时呈现。因此，S2不预测危险的S1的即将到来：两个刺激只是同时发生。目前尚不清楚阿片受体是否调节关于预测性（顺序）和非预测性（同步）关系的学习。本实验解决了这些问题。具体来说，它们研究了纳洛酮对顺序和同步方案中二级条件性恐惧的获得和消退的影响。使用二级条件作用方案证明纳洛酮对获得和消退的相反影响将为阿片受体通过预测误差调节恐惧学习的提议提供强有力的支持。重要的是，这表明这种作用超出了条件性镇痛和疼痛调节的范围，因为二级条件性恐惧的获得和消退都不涉及痛苦的刺激。各部分摘要实验1本系列最初的两个实验使用了Michalscheck等人（2021）之前采用的协议来检查纳洛酮对顺序二级条件性恐惧获得和消退的影响。实验1有两个目标。第一个是使用该协议证明二级恐惧的获得。第二个是使用比纳洛酮半衰期短的每日会话来证明二级恐惧的消退，同时……实验2虽然纳洛酮已被证明能增强一级和二级条件性恐惧的获得并损害一级恐惧的消退，但它对二级恐惧消退的影响尚不清楚。实验2的第一个目标是复制以前的发现，即全身性纳洛酮增强顺序二级恐惧的获得（Michalscheck等人，2021）。第二个目标是确定纳洛酮对这种恐惧消退的影响。图2A显示了……实验3前一个实验显示纳洛酮增强二级条件性恐惧的获得并损害其消退。

研究结果是通过顺序协议获得的，在该协议中，每次呈现 S2 后立即呈现已条件化的 S1。因此，S2 预示了已条件化的厌恶性 S1 的发生，正如在标准一级恐惧条件化协议中 S1 预示厌恶性 US 的发生一样。这引发了关于

实验 4 考察了阿片类受体是否调节顺序式和同时式二级条件化恐惧的习得。该实验有两个具体目标。第一个目标是复制先前的发现，即在标准顺序协议中（S2 立即随后呈现 S1），纳洛酮增强了二级恐惧的习得（实验 2；Michalscheck 等，2021）。第二个目标是确定纳洛酮对一种

实验 5 先前的实验证明，纳洛酮增强了顺序式和同时式二级恐惧的习得。尽管已知纳洛酮会损害顺序式二级条件化恐惧的消退，但其对同时式二级条件化恐惧消退的影响尚不清楚。实验 5 的第一个目标是复制实验 2 中关于纳洛酮损害顺序式二级恐惧消退的发现。第二个目标是确定

习得与消退实验的总体分析本系列实验表明，纳洛酮增强了二级条件化恐惧的习得，但损害了其消退；且无论该恐惧是由 S2 和 S1 的顺序呈现还是同时呈现所产生，情况均如此。在考察习得的实验中，有两个组别被多次纳入：1）二级恐惧条件化前注射纳洛酮的大鼠，和 2）二级恐惧条件化前注射溶剂的大鼠。总体而言。一般讨论本系列实验考察了纳洛酮对二级条件化恐惧习得和消退的影响。

实验 1 采用了一种协议来展示二级恐惧的习得，在该协议中，大鼠在第一阶段暴露于 S1-电击配对，随后在第二阶段接受顺序的 S2?S1 呈现。它还展示了当大鼠随后在第三阶段暴露于重复的单独 S2 呈现时，这种恐惧的消退情况。实验 2 随后使用此协议来

CRediT 作者贡献声明 Madeleine C. Giles：写作 – 审阅与编辑，写作 – 原稿撰写，项目管理，方法论，调查，形式分析，构思。Nathan M. Holmes：写作 – 审阅与编辑，指导，资源，项目管理，调查，资金获取，构思。

资助 本研究得到澳大利亚政府研究培训奖学金（授予 MCG）和澳大利亚研究理事会发现项目资助（授予 RFW，DP220103650）的支持。

利益冲突声明 作者声明不存在已知的竞争性财务利益或个人关系，这些利益或关系可能影响本文所述工作的报告。

Madeleine C. Giles|R. Frederick Westbrook|Nathan M. Holmes