The contribution of the amygdala and hippocampus to the acquisition of conditioned fear responses to a cue (a tone paired with footshock) and to context (background stimuli continuously present in the apparatus in which tone-shock pairings occurred) was examined in rats. In unoperated controls, responses to the cue conditioned faster and were more resistant to extinction than were responses to contextual stimuli. Lesions of the amygdala interfered with the conditioning of fear responses to both the cue and the context, whereas lesions of the hippocampus interfered with conditioning to the context but not to the cue. The amygdala is thus involved in the conditioning of fear responses to simple, modality-specific conditioned stimuli as well as to complex, polymodal stimuli, whereas the hippocampus is only involved in fear conditioning situations involving complex, polymodal events. These findings suggest an associative role for the amygdala and a sensory relay role for the hippocampus in fear conditioning.

Understanding how fears are acquired is an important step in translating basic research to the treatment of fear-related disorders. However, understanding how learned fears are diminished may be even more valuable. We explored the neural mechanisms of fear extinction in humans. Studies of extinction in nonhuman animals have focused on two interconnected brain regions: the amygdala and the ventral medial prefrontal cortex (vmPFC). Consistent with animal models suggesting that the amygdala is important for both the acquisition and extinction of conditioned fear, amygdala activation was correlated across subjects with the conditioned response in both acquisition and early extinction. Activation in the vmPFC (subgenual anterior cingulate) was primarily linked to the expression of fear learning during a delayed test of extinction, as might have been expected from studies demonstrating this region is critical for the retention of extinction. These results provide evidence that the mechanisms of extinction learning may be preserved across species.

Abstract

 Echoplanar functional magnetic resonance imaging (fMRI) was used in normal human subjects to investigate the role of the amygdala in conditioned fear acquisition and extinction. A simple discrimination procedure was employed in which activation to a visual cue predicting shock (CS+) was compared with activation to another cue presented alone (CS−). CS+ and CS− trial types were intermixed in a pseudorandom order. Functional images were acquired with an asymmetric spin echo pulse sequence from three coronal slices centered on the amygdala. Activation of the amygdala/periamygdaloid cortex was observed during conditioned fear acquisition and extinction. The extent of activation during acquisition was significantly correlated with autonomic indices of conditioning in individual subjects. Consistent with a recent electrophysiological recording study in the rat (Quirk et al. 1997), the profile of the amygdala response was temporally graded, although this dynamic was only statistically reliable during extinction. These results provide further evidence for the conservation of amygdala function across species and implicate an amygdalar contribution to both acquisition and extinction processes during associative emotional learning tasks.

I propose a reconceptualization of key phenomena important in the study of emotion—those phenomena that reflect functions and circuits related to survival, and that are shared by humans and other animals. The approach shifts the focus from questions about whether emotions that humans consciously feel are also present in other animals, and toward questions about the extent to which circuits and corresponding functions that are present in other animals (survival circuits and functions) are also present in humans. Survival circuit functions are not causally related to emotional feelings but obviously contribute to these, at least indirectly. The survival circuit concept integrates ideas about emotion, motivation, reinforcement, and arousal in the effort to understand how organisms survive and thrive by detecting and responding to challenges and opportunities in daily life. I propose a reconceptualization of key phenomena important in the study of emotion—those phenomena that reflect functions and circuits related to survival, and that are shared by humans and other animals. The approach shifts the focus from questions about whether emotions that humans consciously feel are also present in other animals, and toward questions about the extent to which circuits and corresponding functions that are present in other animals (survival circuits and functions) are also present in humans. Survival circuit functions are not causally related to emotional feelings but obviously contribute to these, at least indirectly. The survival circuit concept integrates ideas about emotion, motivation, reinforcement, and arousal in the effort to understand how organisms survive and thrive by detecting and responding to challenges and opportunities in daily life.

Recent research on changing fears has examined targeting reconsolidation. During reconsolidation, stored information is rendered labile after being retrieved. Pharmacological manipulations at this stage result in an inability to retrieve the memories at later times, suggesting that they are erased or persistently inhibited. Unfortunately, the use of these pharmacological manipulations in humans can be problematic. Here we introduce a non-invasive technique to target the reconsolidation of fear memories in humans. We provide evidence that old fear memories can be updated with non-fearful information provided during the reconsolidation window. As a consequence, fear responses are no longer expressed, an effect that lasted at least a year and was selective only to reactivated memories without affecting others. These findings demonstrate the adaptive role of reconsolidation as a window of opportunity to rewrite emotional memories, and suggest a non-invasive technique that can be used safely in humans to prevent the return of fear. Reconsolidation is a natural mechanism in human memory: the reconsolidation phase allows new information available at the time of retrieval to be incorporated into an old memory. Although pharmacological blockade of reconsolidation has been used to prevent the return of fear in animal models, many of these manipulations involve compounds that are toxic to humans. Elizabeth Phelps and co-workers now report a non-invasive technique of rewriting fear memories that avoids the use of drugs. The procedure is based on an established technique in which memories of traumatic events are 'extinguished' by repeated exposure to traumatic reminders in a safe environment. This works up to a point, but memories are masked rather than eliminated and can return, for example with the passage of time or due to stress. The new advance lies in timing: if the 'safe' information is introduced during the reconsolidation window of old fear memories, the fear does not return. This work suggests that post-traumatic stress disorder and other anxiety conditions might be responsive to new types of non-invasive therapy. During reconsolidation of memories, stored information is rendered labile after being retrieved and can be manipulated. Previous studies have used pharmacological intervention to disrupt retrieved memories; here, however, a non-invasive, behavioural technique is used to target the reconsolidation of fear memories in humans. Non-fearful information provided during the reconsolidation window appears to update old fear memories, causing a lack of expression of fear responses.

Stimuli associated with painful or otherwise unpleasant events acquire aversive emotional properties in animals and humans. Subsequent presentation of the stimulus alone (in the absence of the unpleasant event) leads to the eventual extinction of the aversive reaction. Although the neural basis of emotional learning has been studied extensively, considerably less is known about the neural basis of emotional extinction. In the present study, we show that the medial prefrontal cortex plays an important role in the regulation of fear extinction in rats, a finding that may help elucidate the mechanisms and, possibly, the treatment of disorders of uncontrolled fear, such as anxiety, phobic, panic and posttraumatic stress disorders in humans.

Reversing Pavlov Memories of fearful associations, such as hearing a tone before receiving a low-voltage shock, are labile when they are retrieved, such that the association can be extinguished or reconsolidated. Monfils et al. (p. 951 , published online 2 April) demonstrate that applying a standard extinction treatment (sounding the tone multiple times in the absence of any shocks) within a window of time during which reconsolidation would normally occur has the effect of overwriting the original memory. Rats treated in this fashion display much lower levels of renewal (fear induced by sounding the tone once by itself), reinstatement (fear induced by giving the shock once by itself), and spontaneous recovery.

The lateral nucleus of the amygdala (LA) is the first site in the amygdala where the plasticity underlying fear conditioning could occur. We simultaneously recorded from multiple LA neurons in freely moving rats during fear conditioning trials in which tones were paired with foot shocks. Conditioning significantly increased the magnitude of tone-elicited responses (often within the first several trials), converted unresponsive cells into tone-responsive ones, and altered functional couplings between LA neurons. The effects of conditioning were greatest on the shortest latency (less than 15 ms) components of the tone-elicited responses, consistent with the hypothesis that direct projections from the auditory thalamus to LA are an important link in the circuitry through which rapid behavioral responses are controlled in the presence of conditioned fear stimuli.