Abstract Traumatic experiences result in the development of posttraumatic stress disorder (PTSD) in 10-25% of exposed individuals. While human clinical studies suggest that susceptibility is potentially linked to endocannabinoid (eCB) signaling, neurobiological PTSD susceptibility factors are poorly understood. Employing a rat model of PTSD, we characterized distinct resilient and susceptible subpopulations based on generalized fear, a core symptom of PTSD. In these groups, we assessed i.) eCB levels by mass spectrometry and expression variations of eCB system- and iii.) neuroplasticity-related genes by real-time quantitative PCR in the circuitry relevant in trauma-induced changes. Furthermore, employing supervised and semi-supervised machine learning based statistical analytical models, we assessed iv.) gene expression patterns with the most robust predictive power regarding PTSD susceptibility. According to our findings, in our model, generalized fear responses occurred with sufficient variability to characterize distinct resilient and susceptible subpopulations. Susceptible subjects showed lower prelimbic and higher ventral hippocampal levels of eCB 2-arachidonoyl-glycerol (2-AG) compared to resilient subjects. Ventral hippocampal 2-AG content positively correlated with the strength of fear generalization. Furthermore, susceptibility was associated with i.) neuronal prefrontal, hippocampal and amygdalar hypoactivity, ii.) marked decrease in the expression of genes of transcription factors modulating neuroplasticity and iii.) an altered expression pattern of eCB-related genes, including enzymes involved in eCB metabolism. Unsupervised and semi-supervised statistical approaches highlighted that hippocampal gene expression patterns possess strong predictive power regarding susceptibility. Taken together, the marked eCB and neuroplasticity changes in susceptible individuals associated with abnormal activity patterns in the fear circuitry possibly contribute to context coding deficits, resulting in generalized fear. Highlights We assessed endocannabinoid and neuroplasticity correlates of PTSD susceptibility Posttrauma generalized fear strength separates susceptible and resilient individuals Susceptible individuals show altered endocannabinoid levels in the fear circuitry Neuroplasticity and endocannabinoid gene expression patterns predict susceptibility

Abstract Posttraumatic stress disorder (PTSD) is a chronic psychiatric condition that develops in susceptible individuals exposed to traumatic stress, challenging clinicians to identify risk factors and mechanisms for mitigating vulnerability. Here we investigated behavioral predictors of high fear generalization, a core PTSD symptom, and its neural correlates longitudinally in rats. In a comprehensive behavioral test battery of emotional and cognitive function, pretrauma lower operant learning performance emerged as high predictor of fear generalization following trauma. Posttrauma operant training facilitated fear extinction, suggesting an overlap in neural circuits governing operant learning and fear expression. Neuronal activity mapping revealed significant changes in the medial prefrontal cortex (mPFC) in high fear generalizers, with alterations in CRH/VIP+ interneuron functioning. Silencing prefrontal Crh expression after fear memory consolidation enhanced mPFC activation and reduced fear expression, favoring resilience. These findings highlight operant learning and mPFC alterations as vulnerability markers and mediators of excessive fear generalization, with implications for prevention and targeted therapy in PTSD.

Zebrafish have revolutionised physiological screening in vertebrates, but the interpretation of individual-based behavioural assays is burdened by the strong sociality of this species. We propose the use of a solitaire fish species, the paradise fish to keep the advantages and compensate for the limitations of the zebrafish model. We compared juvenile paradise fish and zebrafish in social and non-social exploratory tasks, anxiety tests and in a working memory assay to assess their performance in these individual-based models. We found that in contrast to zebrafish, paradise fish did not show social approach in the U-shape sociability test, their novelty exploration was not biased by the presence of a conspecific in the slalom test, and was not impaired by social isolation in the showjump or in the swimming plus-maze (SPM) anxiety tests. While social circumstances did not affect the anxiety of paradise fish, it was sensitive to the anxiolytic drug buspirone. Intra- and interest repeatability measures of the anxiety tests revealed that paradise fish express more consistent exploratory and defensive behaviours regarding time and context compared to zebrafish. Behavioural consistency in paradise fish was also supported by arm alternation as a predominant choice of exploration in the y-maze task. In summary, our results indicate that the behaviour of paradise fish is less biased by social cues and is more effective and repeatable in individual-based assays than zebrafish behaviour. We hypothesise that the two phenomena are connected and novelty exploration, anxiety and working memory can be more reliably measured and are translatable in a solitaire species.