the role of the amygdala in trace fear...

31
1 The Role of the Amygdala in Trace Fear Conditioning Andreia Judite Marques da Cruz Resumo A auto‐preservação é um comportamento conservado evolutivamente que não depende de aprendizagem. No entanto, verifica‐se que a maioria dos animais têm a capacidade de aprender que alguns estímulos ambientais podem informar da presença de perigo. Esta informação uma vez adquirida pode ser usada no futuro. O condicionamento Pavloviano de medo é um tipo de aprendizagem associativa onde um animal aprende a associar um estimulo neutro, geralmente uma luz ou um som (estímulo condicional – EC) a um estímulo aversívo, geralmente um choque ligeiro (estímulo incondicional ‐ EI). Após a associação, o EC apresentado sozinho tem a capacidade de despoletar respostas de medo especificas. No estudo dos mecanismos neurais da memória, este tipo de condicionamento de medo é uma das ferramentas mais usadas, uma vez que experiências aversivas são aprendidas rapidamente e relembradas por muito tempo. Este paradigma é também muito usado porque os circuitos neurais envolvidos estão já bastante bem descritos. Grande parte dos trabalhos feitos sobre memória, que usam condicionamento Pavloviano de medo, usam um tipo particular de paradigma em que estímulo condicional e o estímulo incondicional se sobrepõe no tempo e co‐terminam. Este procedimento tem o nome de delay fear conditioning. Décadas de literatura sobre este assunto apontam para a amígdala, uma estrutura neural multi‐nucleada situada no lobo temporal, como sendo crucial para este tipo de aprendizagem. A atenção recaiu sobre a amígdala quando foi demonstrado que o sindroma de Kluver‐Bucy, caracterizado pela ausência de medo em macacos que tinham sido sujeitos a ressecção do lobo temporal, podia ser explicada por lesões restritas a esta estrutura. A amígdala é composta por vários núcleos que projectam para diversas zonas do cérebro, colocando‐a numa posição única para receber informação sobre os estímulos

Upload: nguyenhuong

Post on 24-Nov-2018

218 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

 1 

 

The Role of the Amygdala in Trace Fear Conditioning  

Andreia Judite Marques da Cruz 

 

 

Resumo  

A  auto‐preservação  é  um  comportamento  conservado  evolutivamente  que  não 

depende  de  aprendizagem.  No  entanto,  verifica‐se  que  a  maioria  dos  animais  têm  a 

capacidade de aprender que alguns estímulos ambientais podem informar da presença 

de perigo. Esta informação uma vez adquirida pode ser usada no futuro.  

O condicionamento Pavloviano de medo é um tipo de aprendizagem  associativa 

onde um animal aprende a associar um estimulo neutro, geralmente uma luz ou um som 

(estímulo  condicional  –  EC)  a  um  estímulo  aversívo,  geralmente  um  choque  ligeiro 

(estímulo  incondicional  ‐  EI).  Após  a  associação,  o  EC  apresentado  sozinho  tem  a 

capacidade  de  despoletar  respostas  de  medo  especificas.  No  estudo  dos  mecanismos 

neurais  da    memória,  este  tipo  de  condicionamento  de medo  é  uma  das  ferramentas 

mais  usadas,  uma  vez  que  experiências  aversivas  são  aprendidas  rapidamente  e 

relembradas  por  muito  tempo.  Este  paradigma  é  também  muito  usado  porque  os 

circuitos neurais envolvidos estão já bastante bem descritos. Grande parte dos trabalhos 

feitos  sobre memória,  que usam condicionamento Pavloviano de medo,  usam um  tipo 

particular  de  paradigma  em  que  estímulo  condicional  e  o  estímulo  incondicional  se 

sobrepõe  no  tempo  e  co‐terminam.  Este  procedimento  tem  o  nome  de  delay  fear 

conditioning. Décadas de  literatura sobre este assunto   apontam para a amígdala, uma 

estrutura neural multi‐nucleada situada no lobo temporal, como sendo crucial para este 

tipo de aprendizagem. A atenção recaiu sobre a amígdala quando foi demonstrado que o 

sindroma de Kluver‐Bucy, caracterizado pela ausência de medo em macacos que tinham 

sido  sujeitos  a  ressecção do  lobo  temporal,    podia  ser  explicada por  lesões  restritas  a 

esta estrutura.  

A amígdala é composta por vários núcleos que projectam para diversas zonas do 

cérebro,  colocando‐a numa posição única para  receber  informação  sobre os  estímulos 

 2 

que informam do perigo, e controlar a resposta apropriada. Alguns destes núcleos têm 

sido  apontados  como  mais  importantes  para  o  condicionamento  do  medo.  O  núcleo 

lateral  é  considerado  o  local  de  associação  entre  estímulos,  pelo  menos  no  que  diz 

respeito  a  estímulos  condicionais  auditivos,  porque  recebe  informação  do  som  pelo 

tálamo e pelo córtex auditivos, ao mesmo tempo que recebe informação sobre o choque 

de diversas áreas sensoriais. Já foi demonstrado que células individuais do núcleo lateral 

respondem a ambos os estímulos. O núcleo central é considerado o centro de controlo 

das respostas de medo despoletadas pelo EC.   

Foi  demonstrado  que  é  necessária  plasticidade  na  amígdala  para  que  se  possa 

efectuar a associação dos estímulos. Um possível mecanismo é a plasticidade sináptica 

descrita como um fortalecer da ligação sináptica em dois neurónios que são activados ao 

mesmo tempo. No entanto, verifica‐se que os animais também são capazes de aprender 

quando os estímulos estão separados no tempo mas são correlacionados. Para estudar 

este tipo de associação é usado um  paradigma semelhante ao anterior, mas onde o som 

e o choque são separados por um intervalo de tempo. A este protocolo dá‐se o nome de 

trace fear conditioning. Como a amígdala tem um papel tão importante quando o som e 

choque se sobrepõe é geralmente aceite que tenha um papel semelhante quando há um 

intervalo  de  tempo  entre  os  dois.  No  entanto,  não  é  do  nosso  conhecimento  que  este 

facto  tenha  alguma  vez  sido  devidamente  demonstrado.  Por  outro  lado, 

independentemente  da  contribuição  da  amígdala,  é  necessário  que  outras  estruturas 

cerebrais  sejam  recrutadas  para  manter  a  actividade  enquanto  o  som  termina  e  o 

choque  não  começa,  e  depois  passar  essa  informação  para  a  amígdala  para  que  seja 

integrada.   A região mediana do córtex pré‐frontal e o hipocampo são duas estruturas 

que têm sido apontadas como sendo as possíveis responsáveis por manter a memória do 

som durante o tempo que separa os estímulos. Mais, parece que o seu envolvimento está 

dependente da duração do intervalo de tempo entre som e choque. Este laboratório está 

interessado em estudar este circuito neural e averiguar como a amígdala, hipocampo e 

córtex  pré‐frontal  estão  envolvidos  em  trace  fear  conditioning.  Este  trabalho  tem  por 

objectivo  estudar o  envolvimento da  amígdala neste  tipo de  condicionamento,  usando 

dois  protocolos  que  apenas  diferem  no  tempo  que  separa  o  som  do  choque,  num 

protocolo o intervalo é de 5 segundos e no outro 40 segundos. 

A espécie Rattus norvegicus foi usada como modelo para comparar o a expressão 

de  medo  em  grupos  com  a  amígdala  intacta  com  outros  onde  a  mesma  foi 

 3 

temporariamente  inactivada,  imediatamente  antes  da  sessão  de  condicionamento.  Os 

animais passaram por uma cirurgia onde foram implantadas cronicamente canulas por 

cima da amígdala. Estas permitem a infusão de drogas, ou de soro fisiológico no caso dos 

animais  controlo,  apenas  na  estrutura  alvo.  A  droga  usada  para  inactivar 

reversivelmente  a  amígdala  foi  o  muscimol.  Esta  droga  impede  que  os  neurónios 

disparem potenciais de acção, silenciando a estrutura. A infusão da droga foi feita antes 

da sessão de treino para permitir estudar o envolvimento da amígdala apenas na fase de 

aprendizagem.  Um  dia  depois  da  sessão  de  condicionamento,  em  que  cada  animal  é 

exposto  a  apenas um emparelhamento de  som e  choque,  é  feito um  teste  ao medo ao 

som  apresentado  sozinho.  Este  teste  é  feito  numa  caixa  diferente  da  do 

condicionamento,  para  garantir  que  se  está  a  testar  a  reacção  apenas  ao  som  sem 

confundir com qualquer efeito gerado pelo contexto de  treino que os animais  também 

aprendem  a  recear.  Para  averiguar  se  o  medo  ao  contexto  também  depende  de 

actividade  neural  na  amígdala,  quarenta  e  oito  horas  depois  da  sessão  de  treino  os 

animais  foram  colocados  na  caixa  em  que  receberam  o  condicionamento,  tendo  sido 

medida  a  resposta  comportamental.  A  resposta  comportamental  usada  para  medir  a 

expressão  do medo  foi  o  freezing.  Um  episódio  de  freezing  é  caracterizado  pela  total 

ausência de movimento por parte do animal, à excepção do movimento respiratório, e é 

uma  resposta  inata que os  ratos  apresentam quando estão numa situação de perigo e 

não têm possibilidade de fuga.  

Os dados obtidos não permitam tratamento estatístico, mas sugerem uma  forte 

dependência de actividade neural na amígdala para condicionamento de medo quando 

os dois estímulos estão temporalmente separados. Mais, este envolvimento da amígdala 

parece  ser  independente  da  duração  do    intervalo  tempo  entre  som  e  choque. 

Verificámos  que,  em  ambos  os  protocolos,  os  animais  com  a  amígdala  inactivada 

apresentavam  um  nível  de  resposta  de  medo  ao  som  bastante  mais  baixo  do  que  os 

animais  controlo.  Verificámos  ainda  que  nos  animais  controlo  o  nível  de  resposta  de 

medo  ao  som  era  mais  elevado  do  que  a  medida  de  ansiedade  geral  (aferida  pelo 

comportamento de freezing do animal antes do primeiro som de teste ser apresentado). 

Isto sugere que de facto é o som que despoleta a resposta condicionada, e que tal não se 

deve  a  um  estado  geral  de  ansiedade  do  animal.  Quanto  ao  medo  ao  contexto  os 

resultados  são  ambíguos,  não  permitindo  qualquer  tipo  de  conclusão  em  relação  ao 

envolvimento da amígdala.  No protocolo com um intervalo de tempo curto entre som e 

 4 

choque  os  animais  controlo  apresentam medo  ao  contexto,  enquanto  os  animais  que 

tiveram  a  amígdala  inactivada  durante  o  treino  não  demonstram  qualquer  reacção 

adversa ao contexto. No entanto, no protocolo com o intervalo de tempo de 40 segundos 

não só nenhum dos grupos não demonstra elevada reacção de medo ao contexto, como 

as medidas de cada grupo são bastante aproximadas. 

Este trabalho foi uma contribuição importante para se demonstrar que de facto a 

amígdala é uma estrutura vital em mais do que um tipo de aprendizagem baseada em 

estímulos  aversivos.  Para  mais,  é  uma  das  peças  essenciais  para  se  perceber  como 

funciona o circuito que determina a aprendizagem da associação de estímulos separados 

no tempo. 

 

Palavras  Chave:  amígdala,  condicionamento  Pavloviano  do  medo,  inactivação, 

aprendizagem 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 5 

Abstract  

Pavlovian  fear  conditioning  is  one  of  the  most  used  behavioral  paradigms  to 

study the neural mechanisms of learning and memory, because fear learning is fast and 

long lasting. This is a type of associative learning in which a neutral stimulus, such as a 

tone  (conditioned  stimulus  –  CS)  becomes  associated with  an  aversive  one,  such  as  a 

foot  shock  (unconditioned  stimulus  ‐US).  After  the  association,  the  CS  comes  to  elicit 

species  specific  fear  responses when  presented  alone. Much  of  the work  done  in  this 

area uses  a protocol  in which  the  tone  and  the  shock overlap  in  time,  co‐terminating. 

The  amygdala,  a  neural  structure  in  the  temporal  lobe,  is  often  considered  crucial  for 

this  type  of  learning.  Because  it  has  never  been  properly  demonstrated  that  this 

structure  plays  a  similar  role  when  both  stimuli  are  separated  in  time,  a  trace  fear 

conditioning  protocol, where  the  presentation  of  the  tone  precedes  shock  delivery  by 

several  seconds,  is  going  to  be  used  to  try  to  answer  this  question.  The  rat  Rattus 

norvegicus  is going to be used as a model to compare  levels of  freezing to the tone CS, 

between  animals  with  intact  amygdala  and  animals  with  reversible  muscimol 

inactivation  of  the  structure  before  training.  Although  the  data  was  not  sufficient  to 

allow for statistical analysis, our data strongly suggests that activity in the amygdala is 

indeed necessary for fear conditioning with both short and long trace intervals. 

 

Key words: amygdala, trace fear conditioning, inactivation, learning 

 

Introduction 

Fear learning  

To  survive  in  nature  an  animal  has  to  be  able  to  perceive  threats  from 

environmental cues. Responses to natural predators are usually innate, but the animals 

are  also  capable  to  learn  from  other  cues  that  are  predictive  of  threat,  and  use  that 

information in the future (Kim & Jung, 2006). Fear is a very useful paradigm to address 

all sorts of questions. Fendt and Fanselow, (1999) summarized that fear driven behavior 

is  a  great  model  to  study  how  emotions  can  influence  behavioral  outputs.  Also, 

understanding  the  neuroanatomy  and  the  neurochemical  basis  of  fear  and  anxiety  is 

 6 

central for understanding how to address a cure for such type of disorders and phobias. 

The  authors  also  state  that  because  mechanisms  of  learning  and  memory  are  an 

important  field  of  neuroscience  research,  and  fearful  experiences  are  rapidly  learned 

and long remembered, fear conditioning offers an excellent paradigm for studying such 

a mechanism in a laboratory environment. 

In  the  laboratory,  this  learning  ability  is  studied  using  a  particular  form  of 

associative  learning,  is  called  fear  conditioning  (Pavlov,  1927).  In  this  paradigm  an 

otherwise  neutral  conditioned  stimulus  (CS),  like  a  tone  or  a  light,  is  paired  with  an 

aversive  unconditioned  stimulus  (US),  usually  a  foot‐shock.  After  the  association  the 

animals  learn  to  fear  the  CS  alone,  exhibiting  species‐specific  fear  responses  that 

characteristically  would  be  elicited  by  the  threatening  stimulus.  These  are  called 

conditioned  or  learned  responses  because  they were  not  elicited  by  the  CS  before  its 

association  with  the  US,  and  may  include  behavioral,  autonomic  and  endocrine 

responses such as freezing or escaping, changes in blood pressure and heart rate, or the 

release  of  specific  stress  hormones  (LeDoux,  2000).  Pavlovian  fear  conditioning  is 

therefore  a  type  of  learning  that  involves  the  knowledge  that  some  environmental 

stimuli predict aversive events, and this form of learning, in an evolutionary perspective, 

promotes  survival  in  the  face  of  present  and  future  threats  (Maren,  2001).  It  is 

important  to keep  in mind that  these  fear responses are neither new nor  learned, and 

what conditioning is doing is to place innate answers under the control of new stimuli 

(Rogan & LeDoux, 1996).  

 

Neural circuits on delay fear conditioning  

The  neural  circuits  of  fear  conditioning  are well  described  (Fendt &  Fanselow, 

1999;  LeDoux,  2000).  Most  of  the  work  that  has  been  done  to  unravel  this  neural 

circuitry is based in a paradigm called delay fear conditioning. In this type of protocol the 

CS and the US overlap in time usually co‐terminating. But what if the stimuli have a time 

gap between them, how can an animal  learn the association? To address  this question 

there  is  another  paradigm  of  pavlovian  fear  conditioning  that  is  called  trace  fear 

conditioning because there is a trace period between the end of the CS and the onset of 

the US. In this case, other structures of the brain must be recruited to sustain the activity 

 7 

during  the  trace period. Our  laboratory  is  interested  in  characterize  the neural  circuit 

necessary for trace fear conditioning. 

 

The anatomy of the fear circuit  

The amygdala  

A  large  body  of  literature points  to  the  amygdala,  an  almond  shaped  structure 

located deep in the temporal lobe, to be critical for fear learning (for a review see Fendt 

& Fanselow, 1999; LeDoux, 2000; Maren, 2001).  

The  earliest  evidence  of  the  importance  of  this  structure  came  in  1888,  when 

Brown and Schaffer reported that  large  lesions on the temporal  lobe of monkeys were 

responsible  for  big  changes  in  behavior.  Later  on  Kluver  and  Bucy  (1937)  further 

described  this  changes:  loss  of  fear,  meaning  that  animals  that  were  shy  and  fearful 

would  immediately  approach  and  contact  their  caregivers  after  resection  of  the 

temporal  lobe, also they would eat novel food that they would otherwise avoid. It  is  in 

1956  that  the  amygdala  is  directly  involved  in  the  study  of  fear,  on  the  work  by 

Weiskrantz showing that the loss of fear on the Kluver‐Bucy syndrome is explained by 

amygdala damage.  

A wealth of studies reveals that the lateral nucleus of the amygdala is the site for 

the  association  between  CS  and  US  (Romanski  et  al,  1993;  Fanselow  &  Kim,  1994; 

Fanselow & LeDoux, 1999; Maren, 2005; Kim & Jung, 2006; but see Cahill et al, 1999).  

The  amygdala  is  composed  of  several  nuclei  some  of  them  subdivided  in  sub‐

nuclei,  that  distinguish  from  each  other  by  cytoarchitectonics,  histochemistry, 

connections  and  projections  they  make  (Pitkänen,  2000;  Sah  et  al,  2003).  The  most 

relevant  for  fear  conditioning  are  the  lateral  (LA)  and  basal  (B)  nuclei,  sometimes 

referred to as baso‐lateral amygdala (BLA), and the central nucleus (CE) (LeDoux, 2003). 

In  an  anatomic  perspective  the  amygdala  receives  input  from  the  thalamus, 

hippocampus and cerebral cortex (Pitkänen, 2000; Sah et al, 2003). The amygdala, not 

only receives  input from most sensory areas, but also sends output projections spread 

throughout  the  brain,  placing  it  in  a  unique  position  to  learn  about  cues  that  are 

predictive of  threat and control  the animal’s response  in  the  face of  it. Extensive work 

has been done  in order  to understand the connections between the amygdaloid nuclei 

 8 

(Pitkänen, 2000). The author describes how the LA projects to the CE, a nucleus that is 

considered  to  be  the mediator  of  the  expression  of  fear  responses  elicited  by  the  CS 

(LeDoux,  2000).  Lesions  of  this  particular  nucleus  have  been  shown  to  block  freezing 

responses  to  conditioned  fear  (Amorapanth  et  al,  2000;  Killcross  et  al,  1997). 

Furthermore,  electric  stimulation  of  CE  neurons  elicits  behavioral  responses  very 

similar to those evoked by stimuli paired with shock, and lesions on structures efferent 

to the CE produce selective deficits in fear responses (Maren, 2001). In the last decades 

a  large  number  of  studies  using  a  variety  of  different  approaches  suggest  that  the 

amygdala is crucial for the expression of learned fear responses: total or partial lesions 

of the amygdala, as well as reversible inactivation, impairs fear learning and expression 

of conditional fear responses, even a year and a half after original training (Fanselow & 

Gale,  2003,  but  see  Kim  &  Jung,  2006  for  a  review  on  other  lesion  and  inactivation 

studies). Electric or chemical stimulation of specific nuclei or afferent pathways  to  the 

amygdala were shown to elicit conditioned fear‐like responses. For example stimulation 

of  the  amygdala  on  rats  interrupts  appetitive  behaviors  and  induces  freezing 

(Weingarten  & White,  1978).  Also,  stimulation  of  the  amygdala  after  training  causes 

impairment on the learned association (Gold et al., 1975; McDonough & Kesner, 1971 in 

Kim & Jung, 2006). If this is in fact such a crucial structure for fear conditioning, then the 

pathways that transmit information about the CS and the US must converge it. 

 

Inputs to the amygdala  

Romanski and LeDoux (1992) showed that auditory inputs arrive in the LA from 

two independent routes: one direct  input coming from the auditory thalamus, and one 

indirect  arriving  from  the  auditory  cortex.  Furthermore,  they  have  shown  that  each 

pathway is sufficient for auditory CS to reach the amygdala, as lesions to only one of the 

pathways were not sufficient to disrupt fear learning to the tone. If these pathways are 

redundant or  if  they  serve different purposes  is  still  a matter of much discussion:  the 

model  generally  accepted  is  that  the  thalamic  pathway  information  reaches  the 

amygdala via projection  from  the medial division of medial  geniculate nucleus  (MGm) 

(Kimura et al, 2003),  in a  faster but  less accurate  fashion, producing a more rapid but 

generalized  response  to  threats. The  cortical pathway however  indirect  is much more 

precise, as reflected by the tonotopic finely tuned organization of its main input region, 

 9 

the ventral division of medial geniculate nucleus (MGv)(Kimura et al, 2003), would give 

a slower but more accurate  information to the amygdala. The result would be that the 

thalamic  input  results  in  a  fast  response  to  any  given  acoustic  stimuli  resulting  in 

generalized fear, whereas the cortical input is engaged in auditory discrimination, giving 

more  detailed  information  about  which  are  the  real  threatening  stimuli  (Rogan  & 

LeDoux, 1996). If this is in fact the case, then discriminative fear learning to a given tone 

should  be  dependent  on  the  cortical  route  alone.  However work  from  this  laboratory 

(Antunes  &  Moita,  2009)  studying  the  contributions  of  the  MGm  and  the  MGv  on 

generalized  versus  discriminative  learning,  reached  the  conclusion  that  indeed  both 

pathways  alone  are  sufficient  for  the  acquisition  of  generalized  fear  (this  apparent 

redundancy  can  be  easily  explained  by  the  biological  relevance  of  self  preservation), 

whereas in the case of discriminative learning they found that the direct pathway is also 

necessary,  stating  that  some  kind  of  cooperation  between  both  circuits  is  needed  for 

discriminative auditory fear learning.  

Less  is  known  about  the  pathways  by  which  the  US  reaches  the  amygdala. 

However, somatosensory areas  in  the thalamus and cerebral cortex that project  to  the 

amygdala,  receive  stimuli,  including  nociceptive  ones  (LeDoux,  2000),  and  also  it  has 

been  shown  that  cells  in  the  LA  respond  to  both  acoustic  and nociceptive  stimulation 

either  in  anesthetized  rats  (Romanski et  al,  1993)  as  in  freely  behaving ones  (Blair & 

LeDoux, 2000). This evidence places the LA as a good candidate for CS‐US convergence 

to occur.  

 

Outputs of the amygdala    The generally accepted model of fear conditioning states that LA gets input from 

auditory  thalamic  and  cortical  afferents,  receiving  also  nociceptive  stimuli  from 

somatosensory thalamic and cortical areas. The LA then sends inputs to the CE, the main 

output  nucleus  of  the  amygdala,  which  would  act  as  a  mediator  of  fear  responses 

(LeDoux,  2000).  However,  it  has  been  recently  suggested  that  the  CE  may  be  an 

important locus for fear conditioning acquisition and not only for its expression, as this 

nucleus  also  receives  both  direct  auditory  thalamic  input  and  nociceptive  brainstem 

inputs,  and because has been demonstrated  that  lesion or  inactivation of  this  nucleus 

before training affects learning, and this would not be expected if the CE only played a 

 10 

role  in  the  expression  of  fear.  Furthermore,  LA  neurons  do  not  project  directly  to  CE 

output neurons that are located in the medial sector of the CE nucleus (CeM) (reviewed 

by Paré et al, 2004). In this review the authors propose discuss the literature available 

and propose  a  revised model  in which  activated neurons of  the  LA  connect with CeM 

neurons via  intercalated cells, pointing out also  that because CeM could be a place  for 

convergence of  thalamic CS  and US  input,  it  can  act  as  a  locus of  association on  some 

aspects  of  fear  conditioning.  Although  the  circuitry  that  controls  the  output  of  the 

amygdale  remains  unclear,  it  is  widely  accepted  that  amygdala,  in  particular  LA,  is  a 

crucial site for fear conditioning. 

 

Synaptic plasticity in amygdala and fear learning 

Hebbian plasticiy  

The basis of fear conditioning is associative learning. It is generally believed that 

the  neural  mechanism  underlying  associative  learning  is  synaptic  plasticity.  In  1949 

Hebb proposed  that  if  two  interconnected neurons  fire at  the  same  time  the synapses 

between the become and stay stronger, known as the  “fire together, wire together” rule. 

This  is  called  associative  or  Hebbian  synaptic  plasticity,  and  is  a  possible  neural 

mechanism underlying the formation and long‐term memory storage of the association 

between the tone and shock in classical conditioning. Thus, for hebbian plasticity to take 

place  individual  neurons  have  to  detect  and  record  CS  and  US  simultaneous  activity 

(Blair  et  al,  2001).  Long‐term  potentiation  (LTP),  a  form  of  long  lasting  synaptic 

plasticity,  is  considered  as  a  possible  cellular  mechanism  underlying  learning  and 

memory that was discovered by Bliss and Lomo (1973) in the hippocampus, as a form of 

strengthened  synaptic  transmission  resulting  from  high‐frequency  stimulation  of  the 

structure’s afferents. LTP has been shown to occur in the amygdala, both in vitro and in 

vivo, either by direct stimulation of amygdalar nucleus or by stimulating their afferent 

pathways (reviewed by Blair et al, 2001; Chapman & Chattarji, 2000; Kim & Jung, 2006). 

LTP fits the Hebbian model by two key properties: it is associative in certain synapses, 

where  co‐activation  of  weak  and  strong  inputs  onto  the  same  cell  results  in  the 

strengthening of  the weak  inputs, and  is  synapse specific, meaning  that only activated 

synapses are strengthened (Blair et al, 2001).  

 11 

Evidence from other studies   

Electrophysiological recording studies also support the amygdala as the site  for 

fear conditioning. Some authors have shown that  fear conditioning increases auditory‐

evoked responses in lateral amygdala neurons (Quirk et al, 1995; Rogan et al, 1997) that 

are  not  due  to  an  increase  in  amygdala  excitability  resulting  from  the  US.  This  was 

shown because  auditory  CS  responsiveness was  only  observed when CS  and US were 

previously paired. But, because there was no evidence from the previous work that the 

responses were not generalized  to any auditory stimuli after  conditioning, Collins and 

Paré  (2000)  designed  a  task  using  cats,  showing  that  responses  in  the  amygdala  are 

really specific to the conditioned tone, and not generalized to any given tone. In a recent 

study,  Herry  and  colleagues  (2008)  recorded  neurons  in  the  amygdala  of  mice  that 

underwent a discriminative protocol of auditory fear conditioning. Those mice learned 

to  fear  a  CS+  previously  paired with  shock,  showing  increasing  levels  of  freezing  to  it 

when  compared  to  an  unpaired  CS‐  tone.  Also  they  found  specific  neurons  firing  only 

when the CS+ was present.  

Several  pharmacological  manipulations  on  the  amygdala  have  revealed 

numerous  details  of molecular  dependent  events  that mediate  the  acquisition  of  fear 

associations and the long‐term maintenance of those memories (reviewed by Rodrigues 

et al, 2004). The type of drug and the time point in which it is applied on the protocol, 

allows the study of different molecular mechanisms that are important in every different 

step of the learning process. For example, it was shown that inhibiting mRNA syntheses 

impairs  fear memory consolidation, without disrupting  immediate short‐term memory 

acquisition of the fearful association (Bailey et al, 1999).  

Other  work  provides  evidence  that  synaptic  plasticity  in  the  amygdala  is 

necessary  for  fear  conditioning  to  occur  (for  a  short  review  see  Fanselow &  LeDoux, 

1999).  Blair  and  others  (2005)  showed  that  plasticity  in  the  amygdala  is  indeed 

necessary for fear learning, and that plasticity is the mechanism by which the CS gains 

the  representation  of  the  emotional  properties  of  the  aversive  US.  They  came  to  the 

conclusion  that  neural  activity  (that  was  blocked  in  this  experiment  by  muscimol 

injections  to  the  lateral  nucleus  of  the  amygala)  and  synaptic  plasticity  (blocked  by 

injection of ifenprodil, an NR2B receptor antagonist) were necessary for the acquisition 

of  conditioned  freezing  to  a  tone  CS.  Moreover,  they  found  that  US  evoked  reflex 

 12 

responses were not dependent on plasticity, but were attenuated when muscimol was 

injected to the amygdala demonstrating that neural activity is necessary in the amygdala 

for the emotional responses to the aversive value of the US. 

Making use of modern genetic and molecular tools Rumpel and colleagues (2005) 

were able to show not only that plasticity in the amygdala is necessary for fear learning 

but  also  how  synaptic  strengthening  during  associative  LTP  is  dependent  on  the 

learning  driven  increase  of  a  specific  glutamate  receptors  (GluR1  receptor)  on  the 

postsynaptic  cell.  Different  constructs  with  GluR1  receptor  acted  as  plasticity  tags  or 

plasticity blockers, permitting the conclusion that  indeed conditioning increases GluR1 

receptor incorporation on active synapses, and that blocking this receptor disrupts both 

short  and  long  term memory  of  the  conditioning  experience  as measured  by  freezing 

response to a tone CS. Moreover they were able to establish that disabling plasticity in as 

little as 20% of lateral amygdala neurons is sufficient to diminish fear learning. 

Jin‐Hee  Han  and  others  (2007)  explore  further  the  mechanism  of  synaptic 

plasticity  dependence  of  memory  formation  on  the  LA,  as  they  show  that  neurons 

recruited  for  that  memory  formation  depend  on  the  state  of  activity  of  CREB 

(transcription factor adenosine 3’, 5’ monophosphate response element binding protein) 

in  the cell. Also  they demonstrated  that  injection of a CREB vector  in  transgenic CREB 

deficient mice  that  show  impairment  in memory  formation  is  sufficient  to  rescue  fear 

memory formation assessed by freezing levels to a tone CS. 

A  final  piece  of  evidence  that  plasticity  in  the  lateral  amygdala  is  needed  to 

encode the memory trace after  fear conditioning: work  from the same  laboratory (Jin‐

Hee Han et al,  2009) using a  clever designed paradigm combining genetics, molecular 

tools  and pharmacology  showed how a  selective ablation of neurons  that overexpress 

CREB, (that they have found in the previous work to be present in neurons activated by 

auditory fear memory), was able to erase a fear memory.  

Bridging the gap on trace fear conditioning   

If Hebbian plasticity operates  in a time frame of milliseconds (Blair et al, 2001) 

meaning that an overlap between stimuli is needed for the association to take place, it is 

puzzling how animals can learn that a given environmental cue predicts a thereat. There 

must be other brain structures that sustain activity during the trace period.  

 13 

Working memory  

The  term working memory  is used  to define a  limited  system  that  stores  short‐

term memory of an information or event, allowing its processing and integration to be 

performed latter by a different system (Baddeley, 2003). This means that somewhere in 

the  brain  there  is  a  structure  dedicated  to  keep  information  for  sometime  and  then 

decide  if  its  integration  is  needed.    The  prefrontal  cortex  has  been  showed  to  be 

necessary  to  associate  stimuli  separated  in  time  (Fuster  et  al,  2000).  Studies 

demonstrated that lesion to this structure impair trace fear conditioning without having 

any effect on conditioning of overlapping stimuli  (Morgan & LeDoux, 1995; Kronforst‐

Collins & Disterhoft,  1998; McLaughlin  et  al.  2002).  It  also  has  been  pointed  out  as  a 

place for memory storage in trace fear conditioning (Runyan et al, 2004). The hypothesis 

is that this structure might be sustaining the activity from the tone and the relaying that 

information to the amygdala when the US happens.  

 

Episodic Memory  

Episodic  memory  is  a  representation  of  a  temporally  discrete  event, 

characterized by  the association of a  learning episode  to a unique context  (Buckner & 

Barch, 1999). In the literature it  is widely undisputed that the hippocampus is a major 

player  on  context  fear  conditioning  (Philips  &  LeDoux,  1992).  More,  McEchron  et  al, 

(1998) showed that lesion on this structure impairs context fear learning and disrupts 

conditioning  to  an  auditory  stimulus when  a  trace  interval  is  present. Misane  and  co‐

workers  (2005)  showed  that  plasticity  in  the  hippocampus  is  necessary  for  auditory 

trace  fear  conditioning.  They were  even  able  to  determine  the  time  span  of  the  trace 

interval in which this structure is necessary. Other work suggests that the hippocampus 

is also necessary for the consolidation or the expression of conditioned fear with a trace 

interval, without having an effect on delay  fear  conditioning  (Quinn et al,  2002). Also, 

synaptic plasticity in this structure is necessary to acquire fear to a context CS (Huerta et 

al, 2000), and electrophysiological recordings revealed that neurons in the hippocampus 

sustain  activity  during  the  trace  interval  in  a  conditioning  protocol  (McEchron  et  al, 

2003).  In  context  fear  conditioning  a  series  of  visuospatial,  olfactory  and  tactile  cues 

 14 

form the contextual CS get associated with the US, and this  learning relies on both the 

amygdala  and  the  hippocampus  (Fanselow  &  Kim,  1994;  LeDoux,  2000;  Philips  & 

LeDoux, 1992; Maren & Hobin, 2007),  thus, during  the  trace period,  the hippocampus 

might  be  needed  to  sustain  a  general  representation  of  the  conditioning  episode,  in 

which the tone participates, making the bridge for the association with the US.  

 

Objective  

This  laboratory  is  interested  in  understanding  the  role  of  the  amygdala,  the 

hippocampus and of the prefrontal cortex on the acquisition of fear conditioning when 

the two stimuli are separated in time, making use of a reversible inactivation protocol. 

As  shown  above,  evidence  supporting  the  amygdala  as  a  crucial  structure 

involved  in  delay  fear  conditioning  is  plenty.  For  this  reason  it  has  been  generally 

accepted  that  it  should have a similar role  in associative  learning of  fear when stimuli 

are  separated  in  time  as  in  trace  fear  conditioning.  However  this  has  never  been 

properly tested. Some lesion studies performed by this laboratory support the amygdala 

as an important place for fear learning in trace fear conditioning (pers. com.). Also data 

from this laboratory shows that the involvement of the different structures depends on 

the  temporal  gap  (Guimarais  et  al.  2009).  We  want  to  investigate  if  the  amygdala  is 

involved, and if so, if this involvement is dependent on the temporal gap. Because lesion 

studies do not allow for a rigorous pinpointing of the role of the structure (if the animal 

is tested with a lesion we cannot say if the amygdala was important in the acquisition or 

expression  of  conditioned  fear),  we  are  proposing  to  investigate  the  role  of  this 

structure  in  acquisition  of  trace  fear  conditioning  using  temporary  muscimol 

inactivation.  Muscimol  is  a  GABAA  agonist  that  binds  to  the  neurotransmitter  GABA 

receptor, causing  inhibition of action potentials on the site where  is  injected, silencing 

the structure. Because muscimol washes off quickly, freezing to the CSs can be accessed 

with intact structures. This means that if the infusion is pre‐training we can access the 

role  of  the  amygdala  in  the  acquisition  of  conditioned  fear, whereas  if  the  infusion  is 

done prior to testing we can access its role in the expression of learned fear.  

To  test  our  hypotheses we  accessed  the  effect  of muscimol  inactivation  in  the 

amygdala, on the acquisition of conditioned fear to a tone in two similar protocols that 

only  differ  on  the  trace  period:  a  short  interval  (5  seconds)  and  a  longer  interval  (40 

 15 

seconds).  Since  we  believe  that  the  recruitment  of  the  mPFC  and  the  hippocampus 

depend on  the  trace  interval,  the  time  for  the  trace  intervals was  chosen  following an 

important work with mice  (Misane  et  al,  2005),  in which  the  authors  found  the  time 

span in which the hippocampus is necessary for trace fear conditioning. They found that 

below  15  seconds  hippocampus  inactivation  had  no  effect  on  the  acquisition  of 

conditioned fear, and that after 45 seconds there was no association of the stimuli. Our 

hypotheses  is  that  the amygdala  in necessary no matter  the  time gap between stimuli 

but we need  to  test  its  involvement  in both  trace  intervals  to be  able  to  integrate  the 

results with the work done with the other structures.  

 

Methods   

Subjects: 

We  used  experimentally  naive,  outbreed,  male  albino  Sprague  Dawley  rats, 

weighing  between  300  and  500g,  obtained  from  a  commercial  supplier  (Harlan,  U.K).  

After arrival the animals were single housed in clear Plexiglas cages with filtered tops, 

stored in a self‐ventilated rack (Techniplast) maintained in a 12 hr  light/dark cycle,  in 

which  the  lights are on at 8:00 A.M., and with ad  libitum  access  to  food and water. All 

surgical and behavioral procedures were performed during the light phase of the cycle.  

The Instituto Gulbenkian de Ciência follows the European Guidelines. The use of 

vertebrate  animals  in  research  in  Portugal  complies  with  the  European  Directive 

86/609/EEC of the European Council. 

 

Apparatus:  

Freezing  levels  to  the  tone  have  to  be  accessed  in  a  way  that  no  confounding 

effect might come from the context. For this we had two different environments, boxes A 

and  B.  Animals  were  also  assigned  to  the  boxes  in  a  counterbalanced  way,  so  some 

animals were  trained  in A  and  tone  tested  in B,  and  vice‐versa.  The  boxes  are  placed 

inside  a  sound‐attenuating  cubicle  (model  H10‐24A,  Coulbourn  Instruments).  During 

training  and  context  test  sessions,  the  boxes  have  a  shock  floor  of metal  bars  (model 

H10‐11R‐TC‐SF,  Coulbourn  Instruments).  During  tone  test  sessions  the  floors  are 

covered  with  a  painted  acrylic  plate.  Although  the  boxes  are  located  in  the  same 

 16 

procedure  room  they  consist  of  two  separate  environments:  Box  A  is  a  conditioning 

chamber (model H10‐11R‐TC, Coulbourn Instruments), with the ceiling and all four‐side 

walls made of clear Plexiglas. The sound attenuating box  in which  is placed  in has  the 

walls,  floor  and  ceiling  painted  in white.  The  small  house  light  inside  the  chamber  is 

located on the middle top of the left wall, and the sound speaker for presentation of the 

tone  is placed outside  the  chamber behind  the  right wall. Box B  is  the  same model of 

conditioning  chamber  as  box  A,  with  front  and  back  walls  and  ceiling  made  of  clear 

Plexiglas, but the two sidewalls are made of polished sheet metal. The sound‐attenuating 

box is painted black all around. The house light is placed on the top‐back corner of the 

right wall, and the sound speaker behind the left wall.  

The two chambers are also cleaned with two different detergents in order to give 

different odorant cues. 

The  CS  is  a  5  Khz,  20  seconds  duration  tone,  produced  by  a  sound  generator 

(RM1,  Tucker  Davies  Technologies)  delivered  through  a  horn  tweeter  (model 

TL16H8OHM, VISATON). 

The  US  is  a  1.5  mA  shock  with  1.5  seconds  of  duration,  delivered  trough  a 

precision programmable shocker (model H13‐16, Coulbourn Instruments). 

The  rats’  behavior  is  recorder  with  video  cameras  mounted  on  the  ceiling  of  each 

chamber, for later scoring. Video data is stored in DVD. 

 

Surgery: 

Rats were anesthetized with  sodium pentobarbital  (65mg/Kg,  i.p.)  and  injected 

with atropine (0.04 mg/Kg, i.p.) to prevent airway obstruction. Supplemental injections 

were  administered  if  and  as  needed.  After  shaving  the  animal’s  head  is  placed  in  a 

stereotaxic  instrument  with  non‐puncture  ear  bars  to  secure  the  head.  After  scalp 

incision and retraction  the bregma was used as a  reference point  in order  to measure 

the coordinates were the amygdala should be.  Two burr holes (one in each hemisphere) 

were drilled  to place  the cannulas  (PlasticOne). Coordinates with  reference  to bregma 

were  measured  according  to  Paxinos  and  Watson  (1998)  rat  brain  atlas:  ‐3.3  mm 

posterior to bregma, ± 5.3 mm lateral to bregma and 8.0 mm ventral. After implantation, 

the cannullas are secured with dental cement that also covers the extent of the hound. 

After  surgery,  rats  received  an  injection  of  buprenorphine  (0.01 mg/Kg),  intended  to 

minimize  the  pain,  and  are  kept  warm  and  under  observation  until  recovery  from 

 17 

anesthesia. The animals then returned to their home cages and recover from surgery for 

7 to 10 days, before subsequent behavioral procedure. 

  

Behavioral procedures: 

All animals are subjected to six procedure phases: 

Days 1 and 2: handling 

The experimenter handles the rats in order for them to get used to the infusion 

procedure. During this phase dummy caps are replaced. 

Day 3: habituation 

The  animals  are  exposed  to  both  training  and  tone  test  boxes,  for  15 minutes 

each. At this time no stimuli are presented. Exposure to each box is separated for at least 

5 hours. 

Day 4: trace fear conditioning 

AS  our  goal  is  to  assess  the  involvement  of  the  amygdala with  short  and  long 

trace intervals between stimuli, animals were divided in two groups: one for a protocol 

with a 5  seconds  trace  interval,  another  for a protocol with 40 seconds  trace  interval. 

Both protocols were equal in procedures except for the trace interval.  

Before  the  training  session  animals  receive  a  0.3  µl  infusion  to  the  amygdala, 

delivered by an infusion pump (model 55‐2226, Harvard Apparatus), at a rate of 0.250 

µl/min.  Control  animals  receive  saline  infusions,  while  experimental  subjects  receive 

muscimol.  After 20 minutes, time in which the muscimol should have been effective in 

inactivating the structure, animals are placed in the conditioning box. They are allowed 

to  explore  the  box  freely  for  10 minutes,  after which  they  receive  a  5Khz  20  seconds 

tone. Following the trace period (5 seconds for one group and 40 seconds for the other) 

a  1.5mA,  1.5  seconds  duration  foot‐shock  is  delivered  by  the  metal  bars  floor.  The 

animals stay in the conditioning box for an additional period of 180 seconds, after which 

they return to their home cages. 

Day 5: tone test 

24  hours  after  training,  subjects  undergo  a  tone  test  session.  These  were 

performed  in  a  box  different  form  the  training  one,  in  order  to  minimize  possible 

confounding effects between freezing to the tone and to the context. After 180 seconds 

habituation  period  in  which  the  rats  can  explore  the  chamber  without  stimuli,  the 

animal  receives  3  CS  tones  with  20  seconds  duration  presented  with  no  shock.  The 

 18 

average inter trial interval is 180 seconds. At the end of the session, the animals return 

to their home cages. 

Day 6: context test 

48 hours after conditioning, the levels of freezing to the context are accessed, by 

placing the animals in the same box where they received the pairing of tone and shock. 

The exposure lasts 5 minutes. The rats return to their home cages after the session. 

Conditioned  freezing  levels  for both  tone and context were accessed, 24 hr and 

48 hr after training, in a counterbalanced fashion between animals, meaning that some 

were  tested  first  to  the  fear  of  the  tone  and  then  context  and  others  the  other  way 

around Thus, for some animals the context test  is on day 5 and the tone test on day 6. 

Figure 1 represents the experimental design. 

 

  

Fig.  1  ‐ Experimental design. The  colors  represent different boxes. On  the habituation day  the 

animals  get  exposed  to  both  training  and  tone  test  boxes.  The  infusion  of  either  saline  or 

muscimol is performed only before training. The training protocol only differs on the extent of 

the trace period. 

 

 

 19 

Experimental groups: 

Cronical  cannulas were  placed  bilaterally  above  the  amygdala  of  38  rats.    The 

animals  were  then  randomly  assigned  to  the  two  trace  protocols  (5  seconds  and  40 

seconds). In each protocol rats were randomly divided in control and test groups, which 

received different treatments (saline or muscimol infusion, respectively).  Three animals 

died after surgery.  

The  5  seconds  protocol  group  had  a  total  of  17  rats,  7  of  them  had muscimol 

infusions prior to training and 10 controls. After observation of the histology 5 control 

and 2 test rats were discarded due to misplacement of the cannulas, denoted by lack of 

fluorescence on  the amygdala. An additional 3 rats  (2  from the control group and one 

test rat) were excluded from the analysis because they showed lesions on the amygdala. 

The  final  composition of  the groups  for  this protocol was 3 control  (vehicle, n=3) rats 

and 4 rats (muscimol, n=4) with correct inactivation of the amygdala. 

On  the 40  seconds protocol group,  a  total of 18  rats were  tested, 9  for  the  test 

group and 9 controls. 3 rats were discarded because baseline levels of anxiety, measured 

by freezing on the test chamber before any presentation of the CS, were higher than the 

average  plus  two  times  the  standard  error  of  the  mean,  a  measure  that  we  thought 

would  be  enough  to  find  outliers.  On  this  exclusion  two  rats  belonged  to  the  control 

group  and  one  to  the  test  group.  One  rat  of  each  group  was  discarded  due  to 

misplacement of the cannulas, and 6 (3 controls and 3 test rats) were excluded due to 

lesion on the target structure. The final composition of the groups for this protocol was 

3 control rats (vehicle, n=3) and 4 rats (muscimol, n=4) with correct inactivation of the 

amygdala. 

 

Histology: 

To make sure the infusions were done in the correct place, after the conclusion of 

the behavioral  procedures  control  and  test  animals were deeply  anesthetized with  an 

overdose  of  sodium  pentobarbital,  after  which  they  received  a  0.3  µl  infusion  of 

fluorescent muscimol. After death of the rats, their brains were removed and stored in 

refrigerator in a 30% sucrose/paraformaldeide fixing solution until they sank (usually 2 

to 4 days). When the brains are properly fixed, 40 µm thick coronal slices covering the 

whole  extent  of  the  amygdala were  cut  on  a  cryostat.  The  slices were  examined  on  a 

stereoscope with fluorescent light to judge the extension of the inactivation. 

 20 

  

Data analysis: 

Freezing was  used  as  a measure  of  conditioned  fear.  An  episode  of  freezing  is 

defined  has  a  period  were  the  animal  has  total  absence  of  movement,  except  for 

respiratory  function  related  movements  (Blanchard  &  Blanchard,  1969;  Blanchard  & 

Blanchard,  1972).  Freezing  to  the  tone  and  context  test  was  recorded  on  disc  for 

posterior manual score by the experimenter.  

During tone test session two measures of freezing were scored: baseline freezing 

(gives us a measure of the overall anxiety level of the animal unrelated to the CS), scored 

for  a  period  of  20  seconds  before  the  onset  of  the  first  CS  alone  presentation,  and 

freezing to the tone CS for each of the three presentations of the 20 seconds CS. 

For the index of conditioned fear to the context, freezing measures were taken at 

every other 30 seconds period of the 5 minutes test.  

 

Freezing: 

A quick  final word about  the  chosen  index of  conditioned  fear:  freezing.  It was 

first described by Blanchard and Blanchard, (1969; 1972), and it is a defensive behavior 

in which the animal chooses to suppress any movement, except respiratory movements.  

This  is a usual response to threat when escape routes are  inexistent. Not only this  is a 

very  easy  measure  to  take,  because  it  needs  only  direct  observation  of  the  animal’s 

behavior,  also  it  has  been  shown  that  it  is  a  reliable  and  sensitive  measure  when 

compared  with  instrumental  measures  like  conditioned  suppression.  These  other 

measures have to be compared with baseline performance of the animals. Freezing has 

been  shown  to  have  no  baseline  levels  in  control  rats  that  never  received  shocks 

(Bouton & Bolles, 1980; Fendt & Fanselow, 1999).   

Results  

The  number  of  animals  that  reached  the  appropriate  criteria  for  analysis  was 

low. Because of this no statistical analyses was performed, therefore we can only offer a 

description and discussion of the effects observed. 

Some  of  the  animals  were  discarded  from  the  analysis  due  to  inefficient 

inactivation.  Others  had  lesions  on  the  structure  due  to  incorrect  placement  of  the 

 21 

cannulas  that penetrated deeper  than expected,  causing  the  lesion  (Fig 2). Others had 

lesions  in the amygdala even though the cannulas were  in the correct place, which we 

believe may be due to the pressure of the injection. We excluded animals with lesions no 

matter  the  extent  following work  from  this  laboratory  (Guimarais,  unpublished  data) 

showing that even small lesions have an effect on fear conditioning. This was consistent 

with findings of other studies (reviewed in Maren, 2005) that found that small lesions to 

different  amygdalar  nuclei  were  sufficient  to  disrupt  acquisition  and  expression  of 

conditioned fear. We found an effect of the lesion on control rats, as they freeze less to 

the  tone CS  than  rats with no  lesion. This effect was  stronger on  the  rats  from  the 40 

seconds trace protocol. This might be explained because of different extent of lesions or 

because the protocol with a shorter trace interval is stronger. In the 5 seconds protocol, 

the rat excluded showed expected freezing results, but we observed that he had only a 

unilateral  lesion on  the  amygdala  and  therefore he was  able  to  learn  to  fear  the  tone. 

Nevertheless,  in  the  interest  of  consistency  we  excluded  from  the  analysis  all  the 

lesioned animals. Three additional rats were excluded from the results due to high pre‐

CS levels of freezing. We excluded these rats because if they displayed such high anxiety 

levels before the conditioned stimulus was presented, we were unable to assure that the 

freezing  during  the  tone  presentations  is  really  a measure  of  learned  fear  and  not  an 

overall state of fear by a more nervous animal. 

 

  

Fig.  2‐  Effect  of  lesion  on  the  tone  evoked  freezing  levels  in  control  rats.  The  left  image  is  an 

example of a brain slice of an animal showing a bilateral lesion on the amygdala. On the right we 

compare  tone  evoked  freezing  levels  of  rats with  lesions  and  rats  that were  accepted  for  the 

analyses.   

 

 22 

Our  aim was  to  access  if  the  amygdala  is  implicated  in  the  acquisition  of  fear 

when stimuli are separated in time. For that we compared the levels of freezing to a tone 

CS, one or two days (see methods) after the animals were subjected to one tone‐shock 

pairing.  We  accessed  fear‐elicited  behavior  between  rats  with  intact  and  inactive 

structures at the time of training, for two different trace intervals. Figure 3 shows on the 

left an example of a successful bilateral  targeting of  the amygdala, and on the right an 

amplification of the inactivated amygdala. 

   

Fig. 3 ‐ The left image is an example of a photograph of a section of a rat’s brain showing 

correct bilateral targeting of the amygdala. Both control and test rats were injected with 0,3 µl of 

fluorescent muscimol (orange staining) to the structure before death, to allow the determination 

of  correct  infusions.  The  picture  on  the  right  is  an  amplification  of  another  rat’s  brain  slice, 

showing the amygdala correctly infused with the drug. 

 

To measure fear resulting from the association of tone and shock, animals were 

exposed to three CS alone trials performed in a neutral context (i.e. a box different from 

the  one  they were  trained  as  explained  in  the methods  section),  24  or  48 hours  after 

conditioning  (because  of  the  counterbalanced  test  design‐  see  methods).    Due  to  the 

reduced number of animals that gathered all the conditions to be accepted for analyses, 

no  statistic  analysis  was  performed.  Nevertheless,  consistent  with  our  hypotheses,  in 

both  trace  protocols,  animals  trained  after  muscimol  infusions  (i.e.  with  silenced 

amygdala) showed  lower  levels of  freezing to  the acoustic CS, strongly suggesting  that 

activity  in  the amygdala  is  indeed necessary  to associate  the CS and US no matter  the 

time gap between them (Fig. 3).  

During  the  tone  test  session,  for  both protocols,  the  control  group  showed  low 

freezing levels before the tone CS was presented, indicating that control animals had low 

 23 

levels  of  anxiety.  However,  these  animals  showed  robust  freezing  during  the 

presentation  of  the  tones,  indicating  that  they  were  able  to  learn  to  associate  both 

stimuli, and fear the tone even in the absence of shock. In the test animals the measures 

of  baseline  anxiety  and  fear  of  the  tone  seem  very  similar.  This  suggests  that  the 

presence of  the  tone does not change  the behavior of  the rats on  the  test box.  In both 

protocols  test  animals  displayed  less  freezing  to  the  tone  then  control  animals.  This 

result  suggests  a  strong  effect  of  amygdala  inactivation  on  trace  fear  conditioning. 

Animals that had the structure inactivated during training were unable to acquire a fear 

memory.  

 

 

  

 

Fig. 3 – Muscimol inactivation of the amygdala disrupts fear learning in a trace fear 

conditioning paradigm. pre‐CS represents the percent baseline anxiety, measured in a 20 second 

period before the presentation of the first CS. CS is the percentage of the amount of time spent 

freezing  during  a  20  second  presentation  of  the  tone  CS,  averaged  across  3  CS  alone  trials. 

Columns denote averages of each group and bars represent the standard error of the mean. 

 

As  explained  above  (methods) we  used  different  boxes  to measure  fear  to  the 

tone and to the context. This assures that in the tone test the behavioral measure is due 

to fear to the discrete stimulus. However we were also interested in understanding how 

the  context  of  conditioning  might  be  relevant  for  this  paradigm,  and  if  fear  to  that 

context is dependent on the amygdala. We expected to find relevant differences between 

control and test animals by measuring changes in behavior in the conditioning context.  

We  had  ambiguous  results.  Figure  4  compares  the  percentage  of  fear  to  the 

context,  in  both  protocols,  between  control  and  test  groups.  In  the  5  second  protocol 

 24 

there seems to be an effect of the lack of activity in the amygdala on the acquisition of 

fear  to  the context, as control rats show higher  levels of  freezing when exposed to the 

box were they were trained, with no other stimuli. But  in the 40 seconds protocol,  the 

difference  is  not  clear,  and  both  groups  show  very  similar,  and  rather  low  levels  of 

freezing to the context.  

 

  

Fig. 4 – Percentage of fear to the conditioning chamber (context conditioned fear) measured by 

freezing.  There  is  no  clear  effect  of  amygdala  inactivation  on  this  essay.  Columns  denote 

averages of each group and bars represent the standard error of the mean. 

 

Discussion 

Amygdala inactivation  

This  work  intended  to  investigate  the  role  of  the  amygdala  on  trace  fear 

conditioning. Our results suggest that this structure is indeed necessary for this type of 

learning.  

As  explain  above  (methods  section),  the  tone  test  session,  performed 24  or  48 

hours  after  conditioning,  was  performed  in  a  neutral  box.  This  assures  that  we  are 

testing freezing specifically evoked by the tone CS and no confounding effect comes for 

the  fear  to  the  multimodal  stimuli  evoked  by  the  context.  Control  animals  in  both 

protocols  froze  less before CS than when the tone was present. This suggests  that  this 

tone  evoked  response  is  in  fact  due  to  associative  fear  of  the  tone,  more,  this  is 

supported by the lack of difference when comparing baseline freezing and tone evoked 

response  in  test animals,  suggesting  that  they  fail  to make  the association. Our results 

show that animals with amygdala inactivation show considerable less freezing to the CS 

than control animals in either protocol, suggesting that they did not learn that the tone 

 25 

predicted  threat. This  indicates  that  learning about  the predictive properties of  the CS 

depends  on  the  proper  activity  in  the  amygdala,  irrespective  of  the  presence  of  a 

temporal gap between stimuli. Our results are  in agreement with decades of  literature 

resulting from studies that pinpoint the amygdala has playing a crucial role in numerous 

types of aversively motivated learning. Not only it is needed for the association, but also 

for  the  expression  of  conditioned  fear  and  storage  of  the  fear  memory  (Fendt  & 

Fanselow, 1999; LeDoux, 2000; Maren, 2005; Blair et al, 2005; Han et al, 2007). More, 

the  levels  of  freezing  displayed  by  muscimol  infused  animals  are  similar  to  those 

displayed by  animals  that  received explicitly unpaired  tones  and  shocks,  and  thus  are 

unable to associate them, found in previous observations by this laboratory (Guimarais, 

unpublished  data),  supporting  further  the  idea  that  in  fact  activity  in  the  amygdala  is 

necessary  for  association of  stimuli  on  trace  fear  conditioning. Also,  our  levels  of  fear 

response in control animals are in agreement to the levels obtained in the cited study, by 

animals  that  received  strong  training  with multiple  pairings  of  stimuli.  This  not  only 

comes to support our data as evidence that the amygdala is important for our paradigm, 

as  it  shows  that  one  single  pairing  of  tone  and  shock  is  sufficient  to  form  a  strong 

association between stimuli. 

When the animals were tested for fear responses to the context the results were 

not  so  clear.  Although  context  fear  conditioning  seems  to  be  dependent  on  the 

hippocampus,  it  has been  stated  that  the  association  also  takes place  in  the  amygdala 

(Phillips & LeDoux, 1992; Fanselow & Kim, 1994; Maren & Hobbin, 2007). If this is the 

case  then  we  expected  that  animals  with  inactive  amygdala  were  unable  to  form  an 

association between the shock and the context, represented by the lack of freezing when 

exposed  to  the  context  box.  In  the  5  seconds  protocol  we  observe  this  effect,  as 

muscimol  infused  animals  show  virtually  no  freezing  to  the  context.  Control  animals 

display considerably higher  levels of  freezing,  showing  that  they were able  to  learn  to 

fear the context in which they received the shock.  However, in the 40 seconds protocol, 

there is no clear difference in both treatments. One possibility is that this is the result of 

a bias due to a low sample size. Furthermore, when looking at the raw data we observe 

that  it  is  just  one  of  the  muscimol  animals  that  displays  abnormally  high  levels  of 

freezing to the context, and that this only happens towards the end of the test session, 

which might reflect that what we classified as freezing could be resting. Increasing the 

sample  size  is  needed  to  clarify  this  point.  One  observation  harder  to  explain  is  the 

 26 

difference in freezing observed between control animals of both protocols: 40 seconds 

control  group  shows  a  relatively  low  freezing  level when  compared  to  the  5  seconds 

control  group.  In  theory we would  expect  otherwise. Delay  conditioning  studies  show 

that animals that receive paired tones and shocks freeze less to the context then animals 

that receive unpaired training. This is explained by the fact that context CS cues are the 

only  relevant  stimuli  when  the  tone  means  nothing  for  the  fear  association 

(Anagnostaras et al., 2001). When there is a trace interval separating the stimuli the task 

of association gets harder as the interval  increase.  In a  longer trace interval we expect 

that  the  surrounding  visuospatial  cues would  be more  salient  than  in  a  shorter  trace 

interval, because they would compete with the tone for the attention of the animal. This 

would also explain why test subjects in the 40 seconds protocol freeze less to the tone 

when compared with  the 5  seconds  test  group:  in  the  longer  trace  the  tone  shares  its 

salience with the environment, so when presented alone, although  it elicits  freezing,  it 

does not  show such a  severe effect  than when  the  tone  is  the  stronger  stimulus,  as  in 

small  trace  intervals.  But  when  we  compare  levels  of  freezing  to  the  context  alone 

between control animals we fail to see the predicted effect: animals in the shorter trace 

protocol  freeze more  to  the  context  than  their 40  seconds  counterparts  for which  the 

environment should represent a stronger conditioned stimulus. We have no explanation 

for this, except the fact that our sample size is low, which is particularly relevant as we 

found that single trial conditioning does not yield reliable context fear.  

A  final  concern  goes  to  our  chosen measure  of  conditioned  fear,  freezing.  It  is 

easy  to  measure  and  it  has  been  shown  to  be  quite  reliable  when  compared  with 

instrumental  measures  (Bouton  &  Bolles,  1980;  Fendt  &  Fanselow,  1999).  However, 

freezing  is  hard  to  score  when  we  do  not  have  a  measure  of  the  baseline  activity. 

Therefore  it would  be  interesting  to  repeat  this  kind  of  experiments  using  a  different 

measure  of  fear,  such  as  conditioned  suppression,  in  which  the  animal  stops  the 

behavior  that  gathers  him  appetitive  stimuli  such  as  food  or water, when  an  aversive 

stimulus is present. This might be a more sensitive measure of conditioned fear, yielding 

a less ambiguous answer to some aspects of trace fear conditioning. 

 

 

 

 27 

Concluding Remarks    We  have  shown  evidence  that  the  amygdala  is  necessary  for  trace  fear 

conditioning independently of the time span that separate stimuli. This work is part of 

bigger project that aims to understand how are the amygdala, mPFC and hippocampus 

working  together  to bridge  the  temporal gap on  this  trace paradigm.   We have shown 

elsewhere  (Guimarais  et  al.  2009),  that  activity  in  the  mPFC  during  conditioning  is 

necessary  to  acquire  the  association  between  stimuli.  This  was  found  true  for  both 

protocols. Inactivation of this structure during the training phase impaired fear learning. 

The same work revealed  that  the hippocampus  is only recruited when  the  time gap  is 

longer, as inactivation of this structure, at the time of learning, showed no significative 

influence on subsequent behavior when the trace interval is small. That is to say that the 

hippocampus  is  probably  only  needed  when  the  animal  needs  to  recur  to  the 

representation  of  the  whole  episode  in  which  it  was  shock,  in  order  to  be  able  to 

associate the stimuli. The mPFC is probably responsible for keeping an immediate short‐

term memory of the tone and subsequently relay that  information to the amygdala (in 

the short  trace protocol).  In  the  longer  trace protocol  the mPFC might be  relaying  the 

information directly to the amygdala or via the hippocampus. Regardless of the input to 

the amygdala that sustains activity during the trace interval, either the mPFC and/or the 

hippocampus, we conclude that the amygdala is always necessary.  

 

Future research    Now the laboratory is interested in investigate further the connections between 

our target structures. We would like to address “who is talking to who”. For this we are 

performing  a  combination  of  double  disconnections  (amygdala/mPFC; 

amygdala/hippocampus and hippocampus/mPFC) that we hope will shed some light on 

the details of this circuitry.   

 

 28 

References  

Amorapanth,  P.,  LeDoux,  J.  E.  & Nader,  K.,  (2000).  Different  lateral  amygdala  outputs mediate reactions and actions elicited by a fear‐arousing stimulus. Nature Neuroscience, 3 (1), 74‐79.  Anagnostaras,  S.G.,  Gale,  G.  D.,  Fanselow,  M.  S.,  (2001).  Hippocampus  and  Contextual  Fear Conditioning: Recent Controversies and Advances. Hippocampus 11, 8‐17.  Antunes,  R.  &  Moita,  M.,  (2009).  The  role  of  the  auditory  thalamus  in  generalization  of  fear responses. Society for Neuroscience Abstracts 384.4  Baddley,  A.,  (2003).  Working  memory:  looking  back  and  looking  forward.  Nature  Reviews Neuroscience, 4, 829‐839.  Bailey,  D.J.,  Kim,  J.J.,  Sun,  W.,  Thompson,  R.F.  &  Helmstetter,  F.J.,  (1999).  Acquisition  of  fear conditioning  in  rats  requires  the  synthesis of mRNA  in  the  amygdala. Behavioral Neuroscience 113, 276–282.  Blair, H. T. & LeDoux, J. E., (2000). Single‐Unit Recording Of Auditory And Nociceptive Responses From  Lateral  Amygdala  (La)  Neurons  During  Auditory  Fear  Conditioning  In  Freely  Behaving Rats. Society for Neuroscience Abstracts 26, 1254.  Blair, H. T., Schafe, G. E., Bauer, E. P., Rodrigues, S. M., & LeDoux, J. E., (2001). Synaptic plasticity in the lateral amygdala: a cellular hypothesis of fear conditioning. Learning & Memory  8(5), 229‐242.  Blair, H.T., Sotres‐Bayon, F., Moita, M.A. & Ledoux,  J.E.,  (2005). The  lateral amygdala processes the value of conditioned and unconditioned aversive stimuli. Neuroscience, 133(2), 561‐569.  Blanchard, R. J. & Blanchard, D. C., (1969) Crouching as an index of fear. Journal of Comparative and Physiological Psycology, 67. 370‐375.  Blanchard, D.C. & Blanchard, R.J., (1972). Innate and conditioned reactions to threat in rats with amygdaloid lesions. Journal of Comparative and Physiological Psycology, 81:281–90.  Bliss, T.V.P. & Lomo, T., (1973). Long‐lasting potentiation of synaptic transmission in the dentate area  of  the  anaesthetized  rabbit  following  stimulation  of  the  perforant  path.  Journal  of Physiology. 232: 331–356.  Bouton,  M.  E.  &  Bolles,  R.  C.,  (1980).  Conditioned  fear  assessed  by  freezing  and  by  the suppression of three different baselines. Animal Learning & Behavior, 8(3), 429‐434.  Brown, S. & Schäfer, A., (1888). An investigation into the functions of the occipital and temporal lobes of the monkey’s brain. Philosophical Transactions of the Royal Society B,179, 303–327.  Buckner,  R.  L.  &  Barch,  D.,  (1999).  Images  in  neuroscience.  Cognition.  Memory,1:  episodic memory retrieval. American Journal of Psychiatry, 156 (9), 1311.  Cahill, L., Weinberger, N. M., Roozendaal, B. & Mcgaugh, J. L., (1999). Is the Amygdala a Locus of “Conditioned Fear”? Some Questions and Caveats. Neuron, 23, 227‐228.  

 29 

Chapman, P. F. & Chattarji, S., (2000) Synaptic plasticity in the amygdala. In: Aggleton, J.P., editor. The amygdala: a functional analysis, 2nd ed. New York: Oxford University Press, 2000. p. 117‐153.  Collins, D.R. & Parè, D.,  (2000). Differential  fear conditioning  induces reciprocal changes  in the sensory responses of lateral amygdala neurons to the CS(+) and CS(‐). Learning and Memory., 7, 97‐103.  Fanselow, S., Gale, G., (2003).  The Amygdala, Fear and Memory. Annals of New York Academy of Sciences. 985, 125‐134.  Fanselow,  M.  S.  &  Kim,  J.  J.,  (1994).  Acquisition  of  Contextual  Pavlovian  Fear  Conditioning  Is Blocked by Application of an NMDA Receptor Antagonist D,L‐2‐Amino‐5‐Phosphonovaleric Acid to the Basolateral Amygdala. Behavioral Neuroscience, 108(1), 210‐212.  Fanselow,  M.  S.  &  LeDoux,  J.  E.,  (1999).  Why We  Think  Plasticity  Underlying  Pavlovian  Fear Conditioning Occurs in the Basolateral Amygdala. Neuron, 23, 229‐232.  Fendt,  M.,  &  Fanselow,  M.  S.  ,(1999).  The  neuroanatomical  and  neurochemical  basis  of conditioned fear. Biobehavioral Reviews, 23, 743‐760.  Fuster,  J.M.,  Bodner,  M.  &  Kroger,  J.,  (2000)  Cross‐modal  and  cross‐temporal  association  in neurons of frontal cortex. Nature, 405, 347–351.  Gold, P.E., Hankins, L., Edwards, R.M., Chester,  J. & McGaugh,  J.L.,  (1975). Memory  interference and  facilitation  with  posttrial  amygdala  stimulation:  effect  on  memory  varies  with  footshock level. Brain Research, 86, 509–513.  Guimarais, M., Guyon, N., Cruz, A. & Moita, M., (2009). Involvement of hippocampus and mPFC in auditory trace  fear conditioning  is dependent on trace  interval  length. Society  for Neuroscience Abstracts 384.5  Han,  J.H.,  Kushner,  S.A.,  Yiu,  A.P.,  Cole,  C.J., Matynia,  A.,  Brown,  R.A.,  Neve,  R.L.,  Guzowski,  J.F., Silva, A.J. & Josselyn, S.A., (2007). Neuronal competition and selection during memory formation. Science, 316(5823), 457‐460.  Han,  J.H.,  Kushner,  S.A.,  Yiu,  A.P.,  Hsiang,  H.L.,  Buch,  T., Waisman,  A.,  Bontempi,  B.,  Neve,  R.L., Frankland, P.W. & Josselyn, S.A., (2009) Selective erasure of a fear memory. Science, 323(5920), 1492‐1496.  Hebb, D.O., (1949). The organization of behavior. John Wiley and Sons, New York.  Herry, C., Ciocchi, S., Senn, V., Demmou, L., Müller, C. & Lüthi, A., (2008) Switching on and off fear by distinct neuronal circuits. Nature, 454, 600‐606.  Huerta, P. T., Sun, L. D., Wilson, M. A., & Tonegawa, S., (2000). Formation of Temporal Memory Requires NMDA Receptors within CA1 Pyramidal Neurons. Neuron, 25, 473‐480.  Killcross, S., Robbins, T. W. & Everitt, B. J., (1997). Different types of fear‐ conditioned behaviour mediated by separate nuclei within amygdala. Nature, 388, 377‐380.  Kim,  J.J.  &  Jung,  M.W.,  (2006).  Neural  circuits  and  mechanisms  involved  in  Pavlovian  fear conditioning: A critical review. Biobehavioral Reviews, 30, 188‐202.  

 30 

Kimura,  A.,  Donishi,  T., Sakoda,  T., Hazama,  M.  &  Tamai,  Y.,  (2003)  Auditory  Thalamic  nuclei projections to the temporal cortex in the rat. Neuroscience,117: 1003‐1016.  Kluver,  H.  &  Bucy,  P.C.,  (1937).  ‘Psychic  blindness’  and  other  symptoms  following  bilateral temporal lobectomy in rhesus monkeys. American Journal of Physiology. 119, 352–353.  Kronforst‐Collins,  M.A.,  Disterhoft,  J.F.,  (1998)  Lesions  of  the  caudal  area  of  rabbit  medial prefrontal cortex impair trace eyeblink conditioning. Neurobiology of Learning and Memory, 69, 147–162.  LeDoux, J. E., (2000). Emotion Circuits in the Brain. Annual Review of Neuroscience, 23, 155‐184.  LeDoux,  J.E.,  (2003).  The  Emotional  Brain,  Fear,  and  the  Amygdala.  Cellular  and  Molecular Neurobiology, 23, 727‐738.  Malenka, R.C.(1991). The role of postsynaptic calcium in the induction of long‐term potentiation. Molecular Neurobiology 5, 289–295.  Maren, S.,(2001). Neurobiology of Pavlovian Fear Conditioning. Annual Review of Neuroscience, 897‐931.  Maren, S.,  (2005). Building and Burying Fear Memories  in  the Brain. The Neuroscientist, 11(1), 89‐99.  Maren, S., & Hobin, J. A.,, (2007). Hippocampal regulation of context‐dependent neuronal activity in the lateral amygdala. Learning & Memory,14(4), 318‐324.  McDonough,  J.H.  &  Kesner,  R.P.,  (1971).  Amnesia  produced  by  brief  electrical  stimulation  of amygdala or dorsal hippocampus in cats. Journal of Comparative & Physiological Psychology. 77, 171–178.  McEchron,  M.  D.,  Bouwmeester,  H.,  Tseng,  W.,  Weiss,  C.,  &  Disterhoft,  J.  F.,  (1998). Hippocampectomy Disrupts Auditory Trace Fear Conditioning and Contextual Fear Conditioning in the Rat. Hippocampus, 646, 638‐646.  McEchron,  M.  D.,  Tseng,  W.,  &  Disterhoft,  J.  F.,  (2003).  Single  Neurons  in  CA1  Hippocampus Encode Trace Interval Duration during Trace Heart Rate (Fear) Conditioning in Rabbit. Journal of Neuroscience, 23(4), 1535‐1547.  McLaughlin,  J.,  Skaggs,  H.,  Churchwell,  J.,  Powell,  D.A.,  (2002)  Medial  prefrontal  cortex  and Pavlovian conditioning: trace versus delay conditioning. Behavioral Neuroscience, 116, 37– 47.  Misane,  I.,  Tovote,  P.,  Meyer,  M.,  Spiess,  J.,  Ögren,  S.  &  Stiedl,  O.,  (2005).  Time‐Dependent Involvement of  the Dorsal Hippocampus  in Trace Fear Conditioning  in Mice. Hippocampus. 15, 418‐426.  Morgan,  M.A.  &  LeDoux  J.E.,  (1995).  Differential  contribution  of  dorsal  and  ventral  medial prefrontal  cortex  to  the  acquisition  and  extinction  of  conditioned  fear  in  rats.  Behavioral Neuroscience, 109(4), 681‐688.  Paré, D., Quirk, G.J. & Ledoux, J.E., (2004). New vistas on amygdala networks in conditioned fear. Journal of neurophysiology, 92(1), 1‐9.  Pavlov, I.P., (1927) Conditioned Reflexes. New York: Dover. 

 31 

 Paxinos, G. & Watson, C. (1986) The Rat Brain: in Stereotaxic Coordinates. Academic Press. 264 pp.  Phillips, R. G. & LeDoux, J. E., (1992) Differential Contribution of Amygdala and Hippocampus to Cued and Contextual Fear Conditioning. Behavioral Neuroscience, 106(2), 274‐285.  Pitkänen,  A.,(2000)  Connectivity  of  the  rat  amygdaloid  complex.  In:  Aggleton,  J.P.,  editor.  The amygdala: a functional analysis, 2nd ed. New York: Oxford University Press, 2000. p. 31‐115.  Quinn,  J., Oommen, S., Morrison, G. & Fanselow, M.,  (2002). Post‐training excitotoxic  lesions of the dorsal hippocampus attenuate forward trace, backward trace and delay fear conditioning in a temporarily specific manner. Hippocampus. 12, 495–504.  Quirk,  G.J.,  Repa,  C.  &  LeDoux,  J.E.,  (1995).  Fear  conditioning  enhances  short‐latency  auditory responses of lateral amygdala neurons: parallel recordings in the freely behaving rat. Neuron. 15 (5), 1029‐1039.  Rodrigues,  S.,  Shafe,  G.  &  LeDoux,  J.,  (2004).  Molecular  Mechanisms  Underlying  Emotional Learning and Memory in the Lateral Amygdala. Neuron. 44, 75‐91.  Rogan, M.T. & LeDoux, J.E., (1996) Emotion: Systems, cells, synaptic plasticity. Cell, 85: 469‐475.  Rogan, M.T., Stäubli, U.V. & LeDoux, J.E., (1997). Fear conditioning induces associative long‐term potentiation in the amygdala. Nature. 390, 604‐607.  Romanski,  L.  M.,  Clugnet,  M.,  Bordi,  F.  &  LeDoux,  J.  E.  ,(1993).  Somatosensory  and  Auditory Convergence in the Lateral Nucleus of the Amygdala. Behavioral Neuroscience, 107(3), 444‐450.  Romanski,  M.,  &  LeDoux,  E.,(1992).  Equipotentiality  of  Thalamo‐Amygdala  and  Thalamo‐Cortico‐  Amygdala  Circuits  in  Auditory  Fear  Conditioning.  Journal  of  Neuroscience,  12,  4501‐4509.  Rumpel,  S.,  LeDoux,  J.,  Zador,  A.  &  Malinow,  R.,  (2005).  Postsynaptic  receptor  trafficking underlying a form of associative learning. Science, 308(5718), 83‐88.  Runyan, J. D., Moore, A. N., & Dash, P. K., (2004). A role for prefrontal cortex in memory storage for trace fear conditioning. Journal of Neuroscience 24(6), 1288‐1295.  Sah,  P.,  Faber,  E.  S.,  Lopez  De  Armentia,  M.  &  Power,  J.,  (2003).  The  amygdaloid  complex: anatomy and physiology. Physiological reviews, 83(3), 803‐834.  Weingarten, H. & White, N. (1978). Exploration evoked by electrical stimulation of the amygdala in rats, Physiology & Psychology. 6, 229–235.  Weiskrantz, L., (1956). Behavioral changes associated with ablation of the  amygdaloid  complex  in monkeys.  Journal  of  Comparative  &  Physiological  Psychology. 49, 381–391.