Alterações no sistema glutamatérgico e mudanças no funcionamento do córtex pré-frontal medial (CPFm) têm sido associadas a diversos distúrbios psiquiátricos, dentre os quais a ansiedade. Também é reconhecido que alterações nas concentrações circulantes de glicocorticóides podem induzir alterações nas sinapses e circuitos glutamatérgicos e, consequentemente, modificar a reatividade emocional dos animais. Embora se saiba que os glicocorticóides influenciam a liberação de glutamato no CPFm, a interação entre os efeitos mediados pelos receptores mineralocorticóides (MR) ou glicocorticóides (GR) e o sistema glutamatérgico, na expressão da resposta condicionada de medo, ainda não está elucidada. Nesse sentido, os objetivos do presente estudo foram investigar (i) a influência dos glicocorticóides na expressão do medo condicionado contextual e seus efeitos sobre a atividade do CPFm em ratos, (ii) o papel dos receptores MR e GR localizados no córtex prelímbico (PrL) na expressão da resposta condicionada de congelamento e (iii) a interação entre os mecanismos mediados pelos glicocorticoides e o sistema glutamatérgico, via receptores do tipo NMDA, na expressão dessa resposta. Ratos Wistar machos foram tratados com veículo ou metirapona, um bloqueador de síntese de corticosterona, e expostos a um contexto previamente pareado com choque nas patas. Foram avaliados o tempo de medo contextual (comportamento de congelamento) e a expressão de proteína Fos em diferentes regiões do CPFm. Os resultados mostraram que a exposição ao contexto aversivo levou a um aumento significativo da expressão de congelamento e de proteína Fos no PrL, nas áreas do córtex cingulado anterior 1 e 2 (Cg1 e Cg2), mas não no córtex infralímbico. A administração de metirapona levou a uma diminuição da expressão de congelamento e de proteína Fos no PrL, Cg1 e Cg2. A administração bilateral de espironolactona, um antagonista de receptores MR, no PrL antes do teste diminuiu as respostas de medo e o pré-tratamento com RU38486, um antagonista de receptores GR, aboliu este efeito. Os resultados também mostraram que a diminuição da resposta de congelamento induzida por injeções intra-PrL de corticosterona foi abolida pela administração prévia de RU38486, mas não por espironolactona, indicando que a corticosterona recruta preferencialmente os receptores GR para produzir esses efeitos. A administração prévia do antagonista de receptor NMDA também preveniu os efeitos induzidos pelo tratamento com corticosterona sugerindo que, no PrL, parte dos efeitos rápidos do glicocorticóides sobre a expressão do medo condicionado se dá por uma interação com o sistema glutamatérgico. A administração de NMDA no PrL, antes do teste, induziu efeitos similares ao tratamento com corticosterona nessa região. De modo geral, os resultados sugerem que a liberação de corticosterona durante a apresentação de um estímulo condicionado aversivo influencia a atividade do CPFm de maneira que, uma mudança no equilíbrio das atividades mediadas por MR e GR, por meio de um aumento da atividade de GR, interage com o sistema glutamatérgico via aumento da atividade dos receptores NMDA influenciando a expressão da resposta de medo condicionado contextual. Sugere-se que a redução na expressão do medo condicionado observada após a administração local de corticosterona no PrL também seja decorrente de mudanças no equilíbrio entre MR e GR em direção a um aumento de suas ações mediadas por GR, assim como um aumento na liberação de glutamato e maior atividade de receptores NMDA nessa região. / Changes in the glutamatergic system and in the functioning of the medial prefrontal cortex (mPFC) have been associated with different psychiatric disorders, including anxiety. It is also recognized that changes in circulating levels of glucocorticoids can induce changes in glutamatergic synapses and circuits and therefore alter the emotional reactivity of animals. Although is known that glucocorticoids can influence the release of glutamate in the mPFC, the interaction between mineralocorticoid receptors (MR) and glucocorticoid receptors (GR) activation and the glutamatergic activity on the expression of conditioned fear response is not yet elucidated. The aims of the present study were to investigate (i) the influence of glucocorticoids on the expression of contextual conditioned fear and its effects in the activity of the mPFC in rats, (ii) the role of MR and GR in the prelimbic cortex (PrL) on expression of conditioned freezing response and (iii) a possible interaction between the effects mediated by the glucocorticoids and the glutamatergic system, via NMDA receptors on the expression of this response. Male Wistar rats were treated with vehicle or metyrapone, a corticosterone synthesis blocker, and exposed to a context previously paired with footshock. The time of contextual fear (freezing behavior) and Fos protein expression in different regions of mPFC were evaluated. The results showed that exposure to the aversive context induced a significant increase in freezing and Fos protein expression in the PrL, in the anterior cingulate cortex, areas 1 and 2 (Cg1 and Cg2), but not in the infralimbic cortex. The administration of metyrapone induced a decrease on the expression of freezing and Fos in PrL, Cg1 and Cg2. Bilateral administration of spironolactone (a MR antagonist) in PrL before the test, decreased conditioned fear response and the pretreatment with RU38486 (a GR antagonist) abolished this effect. The results also showed that the decrease of freezing response induced by intra-PrL corticosterone injections was abolished by prior administration of RU38486, but not by spironolactone, indicating that corticosterone recruits preferentially GR to produce the observed effects. Prior administration of the NMDA receptor antagonist also prevented the effects induced by corticosterone treatment in the PrL, suggesting that part of rapid effects of glucocorticoids on the expression of conditioned fear occurs by an interaction with the glutamatergic system. Additionally, NMDA administration in the PrL prior to the test induced similar effects to corticosterone treatment in this region. Overall, the results suggest that the release of corticosterone during the presentation of a conditioned aversive stimulus influences the mPFC activity so that a change in the balance of the activities mediated by MR and GR through an increase in GR activity interacts with the glutamatergic system by increasing the activity of NMDA receptors influencing the expression of contextual fear conditioning response. It is suggested that the reduction in the expression of conditioned fear observed after local administration of corticosterone in the PrL is also due to changes in the balance between MR and GR towards an increase in the actions mediated by GR, as well as an increase in the release of glutamate and a greater NMDA receptor activity in this region.

[pt] A suscetibilidade ao estresse é ditada por fatores externos e internos. Fatores externos estão associados a variáveis ambientais, enquanto os internos estão relacionados à função cerebral, cognição, constituição genética e epigenética e ao microbioma. Nesta tese, investigamos a influência das respostas individuais de enfrentamento ao medo sobre os efeitos do estresse crônico e sua modulação por uma dieta rica em calorias. Nesse intento, foram usadas as linhagens de cruzamento bidirecional Carioca como modelos de respostas opostas ao medo contextual condicionado. Inicialmente, caracterizamos essas linhagens quanto às suas respostas de congelamento após a aprendizagem e a extinção de medo. Em seguida, descrevemos em uma meta-análise o envolvimento da via serotoninérgica, importante mecanismo nos transtornos de ansiedade e medo, nos efeitos do estresse crônico. Finalmente, demonstramos que o estresse crônico tem efeitos mais fortes em ratos Cariocas de alto congelamento (CHF), alterando o equilíbrio entre as respostas de enfrentamento ativas e passivas em vários paradigmas comportamentais; por outro lado, os ratos Carioca de baixo congelamento (CLF) são minimamente afetados. Além disso, uma dieta suplementada com alimentos ricos em açúcar e gordura pode proteger os ratos CHF contra os efeitos do estresse crônico. Assim, demonstramos os efeitos adversos do estresse crônico em um modelo de transtorno de ansiedade generalizada e propomos que a suscetibilidade ao estresse está ligada à características individuais e inatas de medo e de transtorno de ansiedade, podendo ser alvo de novas terapias para transtornos de humor. / [en] Susceptibility to stress is dictated by external and internal factors. External factors are associated with environmental variables, whereas the internals are related to brain function, cognition, genetic and epigenetic constitution and the microbiome. In this thesis, we investigated the influence of the individual background underlying fear-coping responses on the effects of chronic stress and its modulation by a palatable diet. We used the Carioca bidirectional breeding lines as models of opposing conditioned contextual fear responses. At first, we characterize these lines concerning their freezing responses after fear learning and extinction. Then, we describe in a meta-analysis the involvement of the serotoninergic pathway, an important mechanism in anxiety and fear disorders, in the effects of chronic stress. Following, we demonstrate that chronic stress has stronger effects in the Carioca high-conditioned freezing (CHF) rats, altering the balance between active and passive coping responses in several behavioral paradigms; conversely, the Carioca low-conditioned freezing (CLF) rats are barely affected. Moreover, a diet supplemented with high-sugar and high-fat food can protect the CHF against the effects of chronic stress. Thus, we demonstrate the increased harmful effects of chronic stress in a model of generalized anxiety disorder and propose that susceptibility to stress is linked to fear and anxiety individual innate characteristics, which can be the target of novel therapies of mood disorders.

雖然焦慮是一種普遍存在之情感性心智活動，迄今仍無充份解釋之實證資料。本研究主要是利用一種焦慮症相關的動物模式，即抬高式T形迷津，探討與焦慮症有關的神經行為機制。整部研究分兩大實驗，分別探討抬高式T形迷津的行為建構動力與破壞依核次級區域在抬高式T形迷津或其他焦慮作業上之行為表現。在實驗一檢驗抬高式T形迷津的行為內涵方面，共有四個實驗：實驗一A探討抬高式T形迷津抑制性躲避行為是否呈現消除現象；實驗一B探討破壞制約害怕神經網路對抬高式T形迷津之抑制性躲避行為的影響，並檢測自發性運動量的改變是否造成干擾效果；實驗一C探討事前暴露經驗對脫逃行為的意義；實驗一D檢測脫逃及抑制性躲避實驗程序互相干擾之可能性。實驗二探討可能涉及抬高式T形迷津或其他焦慮作業的神經機制，針對破壞依核次級區域對焦慮行為的影響進行檢測。此部分包含三個實驗，實驗二A探討依核次級區域受損對傳統焦慮動物模式抬高式十字迷津行為的影響；實驗二B採用已在實驗一建立行為效度的抬高式T形迷津，檢驗破壞依核次級區域後的迷津行為表現，並檢驗依核次級區域受損是否影響受試自發性運動量變化，以致干擾抬高式T形迷津的行為表現。另為深入探討依核的功能角色，實驗二C利用其他嫌惡作業測試破壞依核次級區域對制約躲避電擊行為的影響。實驗一結果顯示抑制性躲避行為是一包含制約害怕及探索行為等多重歷程的行為模式，而脫逃行為對情緒狀態的改變不敏感，且易受抑制性躲避作業的影響。實驗二發現破壞依核殼區同時減抑受試在抬高式十字迷津的危機評估行為、抬高式T形迷津之抑制性躲避行為及制約躲避電擊行為；而破壞依核核區的減抑效果僅見於抬高式T形迷津與制約躲避電擊作業。三個嫌惡作業的結果顯示依核核區與殼區皆涉及制約害怕歷程，但兩區的受損會表現不同焦慮行為，並在抬高式十字迷津之危機評估行為中表現出來。綜合上述二大部分實驗結果，本研究對抬高式T形迷津的行為內涵有更進一步的瞭解，並特別藉依核次級區域破壞的行為測試資料，推估中腦多巴胺系統與傳統理論所指邊緣系統在實證性解釋焦慮具同樣關鍵角色。 / Although anxiety is a well-recognized affective mental reaction, its phenomenon is not fully characterized by the empirical data. By employing a recently developed animal model named the elevated T maze (ETM), the present study investigated the neurobehavioral mechanisms of anxiety. There were two major parts of experiments designed to respectively examine the validity of this task and the involvement of limbic related areas on anxious behavior. Regarding the first part of experiments, Experiment 1A examined the effects of extinction on the inhibitory avoidance of ETM; Experiment 1B evaluated the lesions of six limbic related areas on the measures of inhibitory avoidance and escape; Experiment 1C investigated how pre-exposure experience of stress would affect the ETM behavior; Experiment 1D tested the potential affectiveness derived from different sequences of the test procedure on EMT. The second part of experiments mainly focused on comparing the lesion effects of nucleus accumbens subareas (core and shell) on behavioral measures from three anxiety-related tasks. Elevated plus maze, ETM, and active avoidance were adopted respectively in the experiments of 2A, 2B, and 2C. Results of the first part of experiments indicated 1) inhibitory avoidance of ETM containing fear conditioning and exploration components, and 2) less sensitivity to experimental manipulation for the escape of ETM. In the second part of experiments, the shell lesion significant attenuated the risk assessment behavior of elevated plus maze and inhibitory avoidance of ETM and active avoidance tasks, whereas the core lesion only produced the latter part of impairment. Both core and shell subareas are thus inferred to be involved in the conditioned avoidance, and lesions of these two areas may exert different patterns of anxious behavior. Together, the present study further characterized behavioral components of ETM. With a more systemic work in comparing lesion data of nucleus accumbens over three anxiety-related tasks, it is then suggested that the midbrain dopamine system is as crucial as the traditionally-known limbic system the traditional in terms of providing empirical explanation for the anxiety.

Extensos dados na literatura têm assinalado a importância da serotonina (5-HT) na modulação de comportamentos de medo e ansiedade em roedores, a grande maioria utilizando ratos machos como sujeitos experimentais. No presente trabalho, foi analisada a influência da neurotransmissão 5-HT periférica e central sobre a expressão da resposta de medo condicionado e incondicionado de ratos machos e fêmeas, previamente selecionados pelo fenótipo como animais de baixa (BA) ou de alta (AA) reatividade emocional. Para este fim foi utilizado o teste do sobressalto potencializado pelo medo (SPM). A influência global e central de 5-HT foi avaliada pela utilização da administração sistêmica ou intraventricular aguda do inibidor irreversível da enzima triptofano hidroxilase PCPA (p-clorofenilalanina) nas doses de 200 mg/mL (i.p.) e 200 µg/5 µL (i.v.), ou através de infusões locais de 5-HT (10 nmol/0.2 µL) ou do agonista seletivo de receptores 5-HT1A 8-hidroxi-2-(di-n-propilamino)-tetralina (8-OH-DPAT) na dose de 0,3 µg/0.2 µL, diretamente em áreas encefálicas conhecidas por sua influência na modulação do medo e ansiedade a saber: o córtex pré-limbico (CPL), o núcleo basolateral da amígdala (BLA), e a substância cinzenta periaqueductal dorsal (SCPd) do mesencéfalo. As variáveis dependentes registradas foram a amplitude e a latência das respostas incondicionadas e condicionadas de sobressalto e a amplitude do SPM. / Extensive data in the literature have signaled the importance of serotonin (5-HT) on the modulation of fear and anxiety-like behaviors in rodents. In the present study, we have analyzed the influence of peripheral and central 5-HT neurotransmission on the expression of the conditioned and unconditioned fear, and on the fear-potentiated startle in male and female rats previously selected as low- (LA) or high-anxiety (HA). For this purpose, we used the fear-potentiated startle (FPS) test. The global and central influence of 5-HT was evaluated by using the acute systemic or intraventricular administration of the irreversible tryptophan hydroxylase inhibitor PCPA (p-chlorophenylalanine - 200 mg/mL i.p., or 200 µg/5 µL i.v.). Local effects were evaluated through local infusions of 5-HT itself (10 nmol/0.2 µL) or the selective 5-HT1A receptors agonist 8-hydroxy-2-(di-n-propylamino)-tetralin (8-OH-DPAT 0.3 µg/0.2 µL) in the prelimbic cortex (PrL), basolateral amygdala (BLA) or the dorsal periaqueductal gray (DPAG). These brain regions were chosen for the present study based on their great importance in the modulation and expression of conditioned and unconditioned fear. Dependent variables recorded were the amplitude and latency of unconditioned and conditioned fear, and fear-potentiated startle (FPS).

Extensos dados na literatura têm assinalado a importância da serotonina (5-HT) na modulação de comportamentos de medo e ansiedade em roedores, a grande maioria utilizando ratos machos como sujeitos experimentais. No presente trabalho, foi analisada a influência da neurotransmissão 5-HT periférica e central sobre a expressão da resposta de medo condicionado e incondicionado de ratos machos e fêmeas, previamente selecionados pelo fenótipo como animais de baixa (BA) ou de alta (AA) reatividade emocional. Para este fim foi utilizado o teste do sobressalto potencializado pelo medo (SPM). A influência global e central de 5-HT foi avaliada pela utilização da administração sistêmica ou intraventricular aguda do inibidor irreversível da enzima triptofano hidroxilase PCPA (p-clorofenilalanina) nas doses de 200 mg/mL (i.p.) e 200 µg/5 µL (i.v.), ou através de infusões locais de 5-HT (10 nmol/0.2 µL) ou do agonista seletivo de receptores 5-HT1A 8-hidroxi-2-(di-n-propilamino)-tetralina (8-OH-DPAT) na dose de 0,3 µg/0.2 µL, diretamente em áreas encefálicas conhecidas por sua influência na modulação do medo e ansiedade a saber: o córtex pré-limbico (CPL), o núcleo basolateral da amígdala (BLA), e a substância cinzenta periaqueductal dorsal (SCPd) do mesencéfalo. As variáveis dependentes registradas foram a amplitude e a latência das respostas incondicionadas e condicionadas de sobressalto e a amplitude do SPM. / Extensive data in the literature have signaled the importance of serotonin (5-HT) on the modulation of fear and anxiety-like behaviors in rodents. In the present study, we have analyzed the influence of peripheral and central 5-HT neurotransmission on the expression of the conditioned and unconditioned fear, and on the fear-potentiated startle in male and female rats previously selected as low- (LA) or high-anxiety (HA). For this purpose, we used the fear-potentiated startle (FPS) test. The global and central influence of 5-HT was evaluated by using the acute systemic or intraventricular administration of the irreversible tryptophan hydroxylase inhibitor PCPA (p-chlorophenylalanine - 200 mg/mL i.p., or 200 µg/5 µL i.v.). Local effects were evaluated through local infusions of 5-HT itself (10 nmol/0.2 µL) or the selective 5-HT1A receptors agonist 8-hydroxy-2-(di-n-propylamino)-tetralin (8-OH-DPAT 0.3 µg/0.2 µL) in the prelimbic cortex (PrL), basolateral amygdala (BLA) or the dorsal periaqueductal gray (DPAG). These brain regions were chosen for the present study based on their great importance in the modulation and expression of conditioned and unconditioned fear. Dependent variables recorded were the amplitude and latency of unconditioned and conditioned fear, and fear-potentiated startle (FPS).