ABSTRACT Neuropsychiatric disorders including anxiety and depression can be induced by stress, but not all individuals exposed to stress develop psychopathology. Therefore, probing the neural substrates that underlie trait vulnerability to stress may open the door for preventive approaches that use biological markers to identify at-risk populations. Here, we developed a novel tracing technique to probe local connectivity patterns as predictors of individual variability in stress responses. Specifically, we combined a retrograde transsynaptic rabies tracing system with cFos colocalization immediately after an acute stressor to elucidate local structural and stress-activated (functional) differences in connectivity within the amygdala complex in female and male mice along a spectrum of social approach/avoidance following acute social defeat stress. While we find no structural or functional connections within the amygdala complex as predictors of individual variability in our behavioral readout, our methods provide a novel approach to investigating cellular and behavioral individual variability in stress responses. Furthermore, we identify overall stress-activation as a predictor of social approach/avoidance in two subregions, medial amygdala and piriform-amygdala area, which may serve as potential biological markers of trait vulnerability, with possible clinical applicability. Significance Statement Exposure to stress is ubiquitous, but the outcomes of stress exposure vary greatly between individuals. Our work introduces a novel tracing technique to probe for structural and functional connectivity patterns across a broad spectrum of behavioral responses to social stress. Utilizing pre-clinical classification in conjunction with representative behavioral classification introduces to the field a mechanism to identify potential clinical targets for preventative screening for neuropsychiatric disorders as well as further individualized treatment. Notably, our work identifies two intra-amygdalar neural correlates of social stress, opening the door for future investigation of the role these regions play in mediating social stress.

BACKGROUND Depression is a debilitating neuropsychiatric disorder with 20% lifetime prevalence in the developed world but only approximately half of afflicted individuals respond to currently available therapies. While there is growing understanding of the neurobiological underpinnings of the depressed brain, much less is known about the preexisting circuitry leading to selective vulnerability versus resilience. Elucidating these networks could lead to novel preventative approaches. METHODS We developed a model of acute social defeat stress (ASDS) that allows classification of male mice into “susceptible” (socially avoidant) versus “resilient” (expressing control-level social approach) one hour after exposure to six minutes of social stress. Using circuit tracing and high-resolution confocal imaging, we explored differences in activation and dendritic spine density and morphology in the prelimbic to basolateral amygdala (PL→BLA) circuit in resilient versus susceptible mice. To test the functional relevance of identified structure/function differences to divergent behavioral responses, we used an intersectional chemogenetic approach to inhibit the PL→BLA circuit during or prior to ASDS. RESULTS Susceptible mice had greater PL→BLA recruitment during ASDS and activated PL→BLA neurons from susceptible mice had more and larger mushroom spines compared to resilient mice. Inhibition of the PL→BLA circuit led to a population shift towards resilience. CONCLUSION Preexisting PL→BLA structure/function differences mediate divergent behavioral responses to ASDS in male mice. These results support the PL→BLA circuit as a biomarker of trait vulnerability and potential target for prevention of stress-induced psychopathology.

Maternal separation (MS), a type of early life stress, has been associated with adverse socioemotional and behavioral outcomes throughout the lifespan across multiple species. Comprehensive longitudinal biobehavioral characterization of MS in rats is sparse and conflicting, warranting more studies. We conducted an MS paradigm involving 6-hour daily separation at unpredictable start times from P2 to P21. We hypothesized this severe form of MS would lead to developmentally emerging maladaptive biobehavioral consequences from juvenile through adult periods compared to Controls (C), especially in social behaviors. We tested: (1) own dam odor preference shortly after weaning; (2) juvenile and adult anxiety-like, sociability, and play behaviors using the light-dark test, three-chambered social interaction test, and video-coded juvenile play behavior; and (3) adult coping behaviors and neuroendocrine response using the forced swim test and blood corticosterone responses. Our results show minimal effects on biobehavioral outcomes across the lifespan. Recently weaned MS male rats had a stronger preference for their dam’s odor. Juvenile MS females spent more time in rough-and-tumble play than C female rats. No differences in sociability were found in the juvenile or adult periods. MS promoted a decrease in anxiety-like behavior that persisted from juvenile to adult periods. Finally, MS led to deficits in coping behavior in male adults, but basal and reactive corticosterone levels were unaltered by MS. More studies are needed to validate our surprising findings and probe the neural mechanisms underlying some of the observed protective effects. Significance Statement Maternal separation (MS), a type of early life stress, has been shown to lead to short and long-term adverse socioemotional consequences in humans and biobehavioral outcomes in rodents. Available data on MS exposed rats are sparse, conflicting, and often lack longitudinal outcomes. We designed a 6-hour unpredictable daily MS paradigm from postnatal day (P2) to P21 to severely disrupt normal dam-pup interactions. Our results show MS leads to increased preference for own dam odor, persisting reductions in anxiety-like behaviors from juvenile to adulthood, and no effects on sociability. Adverse effects on coping behaviors were uniquely identified in males. The present study warrants reevaluation of the central dogma that MS leads to maladaptive biobehavioral outcomes.