Beurteilung des dominant-unterwürfigen Verhaltens bei erwachsenen Ratten nach einem Schädel-Hirn-Trauma
Summary
Das vorliegende Protokoll beschreibt ein Rattenmodell des durch Flüssigkeitsperkussion induzierten Schädel-Hirn-Traumas, gefolgt von einer Reihe von Verhaltenstests, um die Entwicklung von dominantem und unterwürfigem Verhalten zu verstehen. Die Verwendung dieses Modells des Schädel-Hirn-Traumas in Verbindung mit spezifischen Verhaltenstests ermöglicht die Untersuchung sozialer Beeinträchtigungen nach Hirnverletzungen.
Abstract
Der Wettbewerb um Ressourcen wie Nahrung, Territorium und Partner beeinflusst die Beziehungen innerhalb der Tierarten erheblich und wird durch soziale Hierarchien vermittelt, die oft auf dominant-unterwürfigen Beziehungen basieren. Die dominant-unterwürfige Beziehung ist ein normales Verhaltensmuster unter den Individuen einer Spezies. Ein Schädel-Hirn-Trauma ist eine häufige Ursache für die Beeinträchtigung der sozialen Interaktion und die Reorganisation dominant-unterwürfiger Beziehungen bei Tierpaaren. Dieses Protokoll beschreibt das unterwürfige Verhalten bei erwachsenen männlichen Sprague-Dawley-Ratten nach der Induktion eines Schädel-Hirn-Traumas unter Verwendung eines Fluid-Perkussionsmodells im Vergleich zu naiven Ratten durch eine Reihe von dominant-unterwürfigen Tests, die zwischen 29 Tagen und 33 Tagen nach der Induktion durchgeführt wurden. Der Test auf dominant-unterwürfiges Verhalten zeigt, wie eine Hirnverletzung bei Tieren, die um Nahrung konkurrieren, zu unterwürfigem Verhalten führen kann. Nach einem Schädel-Hirn-Trauma waren die Nager unterwürfiger, was darauf hindeutet, dass sie im Vergleich zu den Kontrolltieren weniger Zeit am Futtertrog verbrachten und seltener zuerst am Trog ankamen. Nach diesem Protokoll entwickelt sich unterwürfiges Verhalten nach einem Schädel-Hirn-Trauma bei erwachsenen männlichen Ratten.
Introduction
Intraspezies-Konkurrenz tritt auf, wenn Mitglieder derselben Art zur gleichen Zeit um eine begrenzte Ressource konkurrieren1. Im Gegensatz dazu findet eine Konkurrenz zwischen den Arten zwischen Mitgliedern zweier verschiedener Artenstatt 2. Der Wettbewerb innerhalb der Spezies wird in zwei Arten unterteilt, darunter Interferenz (angepasst) und Ausbeutung (Wettbewerb), und entsteht in Abhängigkeit von der Art der umkämpften Ressource, wie z. B. Nahrung und Territorium3.
Die Existenz sozialer Hierarchien ist ohne dominant-unterwürfige Beziehungen (DSRs) unmöglich. Dominanz stellt sich als “Gewinnen” und Unterordnung als “Verlieren” innerhalb von Tierpaarendar 4. Betroffene Personen treten jedoch nicht nur paarweise, sondern auch in Gruppen von drei oder mehr Personen auf. 1922 beschrieb Thorleif Schjelderup-Ebbe die Dominanzhierarchie bei Haushühnern. Die wichtigsten Unterscheidungsmerkmale zwischen den dominanten und untergeordneten Tieren waren die Verweildauer am Futterautomat und aggressives Verhalten. Die Dominanzhierarchie wird in zwei Formen unterteilt: linear und nichtlinear5. Die lineare Dominanz umfasst zwei Gruppen, A und B. In diesem Paradigma transitiver Beziehungen6 dominiert Gruppe A Gruppe B oder Gruppe B dominiert Gruppe A. Nichtlineare Dominanz tritt auf, wenn es mindestens eine zirkuläre Beziehung gibt: A dominiert B, B dominiert C und C dominiert A7.
Modelle zur Bewertung von dominant-unterwürfigem Verhalten existieren für verschiedene Arten, darunter Nagetiere, Vögel8, nichtmenschliche Primaten9,10,11 und Menschen 12. Die dominant-unterwürfige Methode ist in der Literatur gut vertreten und wurde als Modell zur Beurteilung von Manie und Depression13 sowie der antidepressiven Medikamentenaktivität14 verwendet. Dieses Modell wurde verwendet, um den frühkindlichen Stress nach der Trennung der Mutter bei erwachsenen Ratten zu untersuchen15. Die DSR-Paradigmen können in drei Modelle unterteilt werden: die Reduktion des dominanten Verhaltensmodells 13,16, die Reduktion des unterwürfigen Verhaltensmodells14 und die Clonidin-Umkehrung des Dominanzmodells17.
Diese Studie demonstriert eine Untersuchung von DSR durch Aufgaben, die auf Nahrungskonkurrenz basieren. Die Vorteile dieser Methode liegen in der einfachen Reproduzierbarkeit und der Fähigkeit, dominant-unterwürfiges Verhalten zu beobachten und genau zu analysieren. Darüber hinaus beruht die dominant-unterwürfige Verhaltensaufgabe im Gegensatz zu vergleichbaren Verhaltensaufgaben eher auf Nahrung als auf Territorium, was diese Verhaltensaufgabe kostengünstiger und einfacher macht und die Forscher kein kompliziertes Training absolvieren müssen, um die Aufgabe auszuführen und die Daten zu verarbeiten.
Das übergeordnete Ziel der aktuellen Studie ist es, die Entwicklung von DSR nach Schädel-Hirn-Trauma (SHT) nachzuweisen. SHT wird mit sozialen Beeinträchtigungen, Depressionen und Angstzuständen in Verbindung gebracht. Das Modell der Induktion eines SHT ist ein einfaches und effektives Standardmodell, bei dem ein Schädel-Hirn-Trauma mit einem Flüssigkeitsperkussionsgerät induziert wird18,19.
Protocol
Representative Results
Discussion
Klinische Studien deuten darauf hin, dass Hirnverletzungen das Risiko für psychiatrische Erkrankungen erhöhen können26,27. Darüber hinaus beeinflusst SHT die Entwicklung des Sozialverhaltens28,29. In diesem Protokoll hatte das TBI-Modell einen Einfluss auf die Darstellung von dominant-unterwürfigem Verhalten. Dominant-unterwürfiges Verhalten manifestierte sich in Bezug auf die Zeit, die am Futterspe…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Die Arbeit ist Teil der Doktorarbeit von Dmitry Frank.
Materials
| 2% chlorhexidine in 70% alcohol solution | SIGMA – ALDRICH | 500 cc | For general antisepsis of the skin in the operatory field |
| 4 boards of different thicknesses (1.5 cm, 2.5 cm, 5 cm and 8.5 cm) | This is to evaluate neurological defect | ||
| 4-0 Nylon suture | 4-00 | ||
| Bottles | Techniplast | ACBT0262SU | |
| Bupivacaine 0.1 % | |||
| Diamond Hole Saw Drill 3 mm diameter | Glass Hole Saw Kit | Optional. | |
| Digital Weighing Scale | SIGMA – ALDRICH | Rs 4,000 | |
| Dissecting scissors | SIGMA – ALDRICH | Z265969 | |
| Ethanol 99.9 % | Pharmacy | 5%-10% solution used to clean equipment and remove odors | |
| Fluid-percussion device | custom-made at the university workshop | No specific brand is recommended. | |
| Gauze Sponges | Fisher | ||
| Gloves (thin laboratory gloves) | Optional. | ||
| Heater with thermometer | Heatingpad-1 | Model: HEATINGPAD-1/2 | No specific brand is recommended. |
| Horizon-XL | Mennen Medical Ltd | ||
| Isofluran, USP 100% | Piramamal Critical Care, Inc | NDC 66794-017 | Anesthetic liquid for inhalation |
| Logitech Webcam Software | Logitech | 2.51 | Software for video camera |
| Operating forceps | SIGMA – ALDRICH | ||
| Operating Scissors | SIGMA – ALDRICH | ||
| PC Computer for USV recording and data analyses | Intel | Intel core i5-6500 CPU @ 3.2GHz, 16 GB RAM, 64-bit operating system | |
| Plexiglass boxes linked by a narrow passage | Two transparent 30 cm × 20 cm × 20 cm plexiglass boxes linked by a narrow 15 cm × 15 cm × 60 cm passage | ||
| Purina Chow | Purina | 5001 | Rodent laboratory chow given to rats, is a lifecycle nutrition that has been used in biomedical research |
| Rat cages (rat home cage or another enclosure) | Techniplast | 2000P | No specific brand is recommended |
| Scalpel blades 11 | SIGMA – ALDRICH | S2771 | |
| SPSS | SPSS Inc., Chicago, IL, USA | A 20 package | |
| Stereotaxic Instrument | custom-made at the university workshop | No specific brand is recommended | |
| Timing device | Interval Timer:Timing for recording USV's | Optional. Any timer will do, although it is convenient to use an interval timer if you are tickling multiple rats | |
| Video camera | Logitech | C920 HD PRO WEBCAM | Digital video camera for high definition recording of rat behavior under dominant submissive test |
References
- Birch, L. C. The meanings of competition. The American Naturalist. 91 (856), 5-18 (1957).
- Crombie, A. C. Interspecific competition. The Journal of Animal Ecology. 16 (1), 44-73 (1947).
- Riechert, S. E., Dugatkin, L. A., Reeve, H. R. Game theory and animal contests. Game Theory and Animal Behavior. , 64-93 (1998).
- Chase, I. D., Tovey, C., Spangler-Martin, D., Manfredonia, M. Individual differences versus social dynamics in the formation of animal dominance hierarchies. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 99 (8), 5744-5749 (2002).
- Vonk, J., Shackelford, T. K. . Encyclopedia of Animal Cognition and Behavior. , (2019).
- De Vries, H. An improved test of linearity in dominance hierarchies containing unknown or tied relationships. Animal Behaviour. 50 (5), 1375-1389 (1995).
- Appleby, M. C. The probability of linearity in hierarchies. Animal Behaviour. 31 (2), 600-608 (1983).
- Drent, P. J., Oers, K. v., Noordwijk, A. J. v. Realized heritability of personalities in the great tit (Parus major). Proceedings of the Royal Society of London. Series B: Biological Sciences. 270 (1510), 45-51 (2003).
- Sapolsky, R. M. Endocrinology alfresco: psychoendocrine studies of wild baboons. Recent Progress in Hormone Research. 48, 437-468 (1993).
- Shively, C. A. Social subordination stress, behavior, and central monoaminergic function in female cynomolgus monkeys. Biological Psychiatry. 44 (9), 882-891 (1998).
- Shively, C. A., Grant, K. A., Ehrenkaufer, R. L., Mach, R. H., Nader, M. A. Social stress, depression, and brain dopamine in female cynomolgus monkeys. Annals of the New York Academy of Sciences. 807, 574-577 (1997).
- Tse, W. S., Bond, A. J. Difference in serotonergic and noradrenergic regulation of human social behaviours. Psychopharmacology. 159 (2), 216-221 (2002).
- Malatynska, E., Knapp, R. J. Dominant-submissive behavior as models of mania and depression. Neuroscience & Biobehavioral Reviews. 29 (4-5), 715-737 (2005).
- Malatynska, E., et al. Reduction of submissive behavior in rats: A test for antidepressant drug activity. Pharmacology. 64 (1), 8-17 (2002).
- Frank, D., et al. Early life stress induces submissive behavior in adult rats. Behavioural Brain Research. 372, 112025 (2019).
- Knapp, R. J., et al. Antidepressant activity of memory-enhancing drugs in the reduction of submissive behavior model. European Journal of Pharmacology. 440 (1), 27-35 (2002).
- Malatyńska, E., Kostowski, W. The effect of antidepressant drugs on dominance behavior in rats competing for food. Polish Journal of Pharmacology and Pharmacy. 36 (5), 531-540 (1984).
- Kabadi, S. V., Hilton, G. D., Stoica, B. A., Zapple, D. N., Faden, A. I. Fluid-percussion-induced traumatic brain injury model in rats. Nature Protocols. 5 (9), 1552-1563 (2010).
- Boyko, M., et al. Traumatic brain injury-induced submissive behavior in rats: Link to depression and anxiety. Translational Psychiatry. 12 (1), 239 (2022).
- Jones, N. C., et al. Experimental traumatic brain injury induces a pervasive hyperanxious phenotype in rats. Journal of Neurotrauma. 25 (11), 1367-1374 (2008).
- Frank, D., et al. A novel histological technique to assess severity of traumatic brain injury in rodents: Comparisons to neuroimaging and neurological outcomes. Frontiers in Neuroscience. 15, 733115 (2021).
- Frank, D., et al. A metric test for assessing spatial working memory in adult rats following traumatic brain injury. Journal of Visualized Experiments. (171), e62291 (2021).
- Frank, D., et al. Induction of diffuse axonal brain injury in rats based on rotational acceleration. Journal of Visualized Experiments. (159), e61198 (2020).
- Zlotnik, A., et al. β2 adrenergic-mediated reduction of blood glutamate levels and improved neurological outcome after traumatic brain injury in rats. Journal of Neurosurgical Anesthesiology. 24 (1), 30-38 (2012).
- Frank, D., et al. A novel histological technique to assess severity of traumatic brain injury in rodents: Comparisons to neuroimaging and neurological outcomes. Frontiers in Neuroscience. 15, 733115 (2021).
- Marinkovic, I., et al. Prognosis after mild traumatic brain injury: Influence of psychiatric disorders. Brain Sciences. 10 (12), 916 (2020).
- Robert, S. Traumatic brain injury and mood disorders. Mental Health Clinician. 10 (6), 335-345 (2020).
- Sabaz, M., et al. Prevalence, comorbidities, and correlates of challenging behavior among community-dwelling adults with severe traumatic brain injury: A multicenter study. The Journal of Head Trauma Rehabilitation. 29 (2), 19-30 (2014).
- Aaronson, A., Lloyd, R. B. Aggression after traumatic brain injury: A review of the current literature. Psychiatric Annals. 45 (8), 422-426 (2015).
- Koolhaas, J. M., et al. The resident-intruder paradigm: A standardized test for aggression, violence and social stress. Journal of Visualized Experiments. (77), e4367 (2013).
- Bhatnagar, S., Vining, C. Facilitation of hypothalamic-pituitary-adrenal responses to novel stress following repeated social stress using the resident/intruder paradigm. Hormones and Behavior. 43 (1), 158-165 (2003).
- Boyko, M., et al. The effect of depressive-like behavior and antidepressant therapy on social behavior and hierarchy in rats. Behavioural Brain Research. 370, 111953 (2019).
- Gruenbaum, B. F., et al. A complex diving-for-food Task to investigate social organization and interactions in rats. Journal of Visualized Experiments. (171), e61763 (2021).
- Grasmuck, V., Desor, D. Behavioural differentiation of rats confronted to a complex diving-for-food situation. Behavioural Processes. 58 (1-2), 67-77 (2002).
- Pinhasov, A., Crooke, J., Rosenthal, D., Brenneman, D., Malatynska, E. Reduction of Submissive Behavior Model for antidepressant drug activity testing: Study using a video-tracking system. Behavioural Pharmacology. 16 (8), 657-664 (2005).
- Nesher, E., et al. Differential responses to distinct psychotropic agents of selectively bred dominant and submissive animals. Behavioural Brain Research. 236 (1), 225-235 (2013).
