Role of GABAergic mechanisms in the inferior colliculus and periaqueductal gray matter on the sensorimotor gating of fear and anxiety

As reações incondicionadas de defesa observadas em mamíferos são organizadas pelo Sistema Encefálico de Aversão (SEA), composto, entre outras estruturas, pela substância cinzenta periaquedutal dorsal (SCPd) e o colículo inferior (CI). Tem sido proposto que o CI seja parte do circuito sensoriomotor para os estímulos auditivos de natureza aversiva e a SCPd como a principal via de saída (output) do SEA para a elaboração de comportamentos defensivos. Ambas as estruturas são reguladas tonicamente pelo neurotransmissor inibitório ácido gama-aminobutírico (GABA). Este trabalho aborda a mediação química GABA/Benzodiazepínica (BZD) do processamento da informação aversiva no CI e das respostas de medo elaboradas pela SCPd. Grupos independentes de animais submetidos ao implante de quimitrodos (eletrodos acoplados a cânulas-guia para injeção de drogas) foram usados para avaliar no CI e SCPd os efeitos de injeções locais de muscimol (agonista de receptores GABA-A), semicarbazida (inibidor da síntese da enzima precursora do GABA descarboxilase do ácido glutâmico) ou midazolam (agonista BZD). Foram registrados potenciais evocados auditivos (PEA) no CI como medida eletrofisiológica da ativação neuronial, além da determinação dos limiares de congelamento e fuga, com o procedimento de estimulação elétrica (EE), tanto do CI quanto da SCPd. A mesma abordagem farmacológica com injeções de drogas intra-CI foi empregada em animais submetidos ao teste do Labirinto em Cruz Elevado (LCE), um modelo animal tradicional de ansiedade. Adicionalmente, investigou-se a participação de ambas as estruturas na expressão do comportamento de desligar uma luz de intensidade aversiva em um novo teste de medo incondicionado (Light Switch Off Test; LSOT) recentemente proposto pelo nosso grupo. Encontramos uma clara segregação funcional entre a porção dorsal e ventral do CI, sendo a última envolvida nos comportamentos defensivos. Mecanismos GABAérgicos em ambas as estruturas influenciam a amplitude do PEA e o congelamento pós-fuga da EE, sugerindo uma relação funcional entre as duas estruturas. Já no LSOT, os resultados indicam o envolvimento de mecanismos GABAérgicos do vCI, mas não da SCPd, na modulação da resposta incondicionada à luz em ratos. Os resultados obtidos permitem ampliar o conhecimento atual sobre a neurobiologia dos estados de medo e ansiedade, em uma abordagem integrada dos mecanismos de processamento das informações sensoriais e da expressão de reações de defesa.Unconditioned defense reactions observed in mammals are organized by the Brain Aversive System, comprising, among other structures, the dorsal periaqueductal gray matter (dPAG) and the inferior colliculus (IC). It has been proposed that the IC is part of the sensorimotor circuitry that processes aversive auditory information and the dPAG is considered the main neural substrate for the expression of defensive behaviors. Both structures are tonically regulated by the inhibitory neurotransmitter gamma-aminobutyric acid (GABA). This work addresses the chemical mediation of GABA/Benzodiazepine (BZD) on aversive information processing in the IC and the elaboration of fear responses by dPAG. Independent groups of animals implanted with chemitrodes (electrodes attached to a guide cannula for drug injection) have been used to evaluate the IC and dPAG regarding the effects of local injections of GABAergic agents (muscimol, semicarbazide, and midazolam). Auditory evoked potentials (AEP) have been recorded in the IC as a measure of electrophysiological neuronal activation, in addition to determining the thresholds of defensive freezing and flight behaviors, using the electrical stimulation (EE) procedure in both IC and dPAG. The same pharmacological regimen of drug injections intra-dPAG and intra-CI have been applied to animals subjected to the elevated plus maze (EPM), a well-known animal model of anxiety, and also to a novel animal test for innate fear (Light Switch Off Test, LSOT) that has been developed and proposed by our group. We found a clear functional segregation between the dorsal and ventral portions of the IC, the latter being the specific collicular substrate of defensive behaviors. GABAergic mechanisms in both structures influence the amplitude of the AEP and post-stimulation freezing of EE, suggesting a functional link between the two structures. In the LSOT, our data indicate the involvement of GABAergic mechanisms of the ICv, but not the dPAG, in the modulation of the unconditioned response to light in rats. These original findings presented here contribute to broaden the current knowledge on the neurobiology of fear and anxiety, in an integrative approach of the mechanisms underlying sensory processing and the expression of defensive behaviors