חשיפה לפני הלידה אלכוהול מתונה וכימות של התנהגות חברתית בחולדות מבוגרות
Summary
The goal of the protocol presented here is to describe procedures to expose rats to moderate levels of alcohol during prenatal brain development and to quantify resulting alterations in social behavior during adulthood.
Abstract
Alterations in social behavior are among the major negative consequences observed in children with Fetal Alcohol Spectrum Disorders (FASDs). Several independent laboratories have demonstrated robust alterations in the social behavior of rodents exposed to alcohol during brain development across a wide range of exposure durations, timing, doses, and ages at the time of behavioral quantification. Prior work from this laboratory has identified reliable alterations in specific forms of social interaction following moderate prenatal alcohol exposure (PAE) in the rat that persist well into adulthood, including increased wrestling and decreased investigation. These behavioral alterations have been useful in identifying neural circuits altered by moderate PAE1, and may hold importance for progressing toward a more complete understanding of the neural bases of PAE-related alterations in social behavior. This paper describes procedures for performing moderate PAE in which rat dams voluntarily consume ethanol or saccharin (control) throughout gestation, and measurement of social behaviors in adult offspring.
Introduction
1-5% משוערים של ילדים מאובחנים עם הפרעות אלכוהול עוברי ספקטרום (FASDs) 2, הכוללות תסמונת אלכוהול עוברית (FAS), FAS החלקי (pFAS), ואלכוהול קשור נוירו-התפתחות הפרעות (ARNDs) 3. גירעונות בהתנהגות חברתית והכרה הם בין תוצאות לוואי השכיחות ביותר שנצפו בילדים עם FASDs 4-7. השלכות שליליות אינן מוגבלות לחשיפה כבדה לפני לידה אלכוהול (PAE), כPAE המתון שאינו מובילה לתכונת גירעונות מורפולוגיים, התנהגותיים וקוגניטיביים הבולטים של FAS יכול לגרום יחסית עדין, אבל בכל זאת מתמשכת, גירעונות בבני אדם עם FASDs 8-10 ובעלי חיים שאינם בני אדם שנחשפו לאתנול במהלך התפתחות מוח 11. החשיבות של הבנת השלכות נוירו-ביולוגיות התנהגות ומקבילות של PAE המתון מודגשת על ידי הערכות הנוכחיות מצביעים על כך שרוב הגדול של המקרים FASD ליפול בתוך פחות sמגוון evere של הספקטרום 12.
מספר מעבדות עצמאיות דיווחו שינויים בהתנהגות חברתית מכרסם הקשורים לחשיפת אתנול במהלך התפתחות המוח, כוללים ירידה בחקירה ואינטראקציה 1,13-15, שינתה לשחק 14,16,17, עלו אינטראקציות אגרסיביות 17,18, שינויים בהיענות לגירויים חברתיים 19-21, וגירעונות בהעדפות מזון שנרכשו מבחינה חברתית וזיכרון ההכרה חברתי 22. גירעונות התנהגות חברתית נצפו החשיפה הבאה ל( ריכוזי דם אתנול (BECs) ~ 300 מ"ג / ד"ל) כבדים 22,23 או רמות מתונות יותר של אתנול (BECs ~ 80mg / dl) 1, ועל פני מגוון רחב של פרמטרים למשמעותיים אחרים גורמים לרבות עיתוי חשיפה, משך חשיפה, וגיל בעת מדידת התנהגות.
המחקר קודם הראה כי שינויים בהיבטים ספציפיים של int החברתיeraction בבגרות להפלות חולדות שנחשפו לרמות מתונות של אלכוהול מבעלי חיים שנחשפו לשליטת סוכרזית 1,18. בפרט, PAE המתון באופן עקבי היה קשור עם עלייה חזקה בהיאבקות, אשר טוענת עליות בהתנהגות תוקפנית, ורמות נמוכות יותר של חקירה החברתית (לדוגמא, מרחרחת של השותף) בבגרות. בגלל שינויים בהתנהגות חברתית השלכות אמינות של PAE, כימות של התנהגות החברתית הבא PAE עשויה להחזיק חשיבות להתקדמות לקראת הבנה מלאה יותר של הבסיסים העצביים של שינויים הקשורים ל- PAE בהתנהגות חברתית ובפיתוח גישות התערבותית. מטרתו של מאמר זה והווידאו הקשורים היא לספק הדרכה על הפרוטוקול המתון PAE ושיטות לכימות של התנהגות חברתית בצאצאים בוגרים שיש לי מהימן מכובד לפני לידה מצאצאי חולדות שנחשפו שאינם חשוף אלכוהול.
Protocol
Representative Results
Discussion
הפרדיגמה החשיפה לאלכוהול לפני הלידה המתוארת כאן כרוכה הצריכה מרצון של אתנול (5% v / v) על ידי סכרי עכברוש במהלך הריון. ישנם מספר פרוטוקולים לחשיפת בעלי חיים שאינם בני אדם לאתנול במהלך התפתחות המוח המיוצגת בספרות, אשר נבדלת ביחס לעיתוי, המינון, המשך והמסלול של ממשל אתנול, …
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Support provided by grant AA019462 to DAH and AA019884 to DDS.
Materials
| Saccharin sodium salt hydrate | Sigma | S1002 | |
| 190 proof ethanol | Sigma | 493538 | |
| Beaded glass drinking tubes | Fisher | 14-955K | |
| Natural rubber white #4 stopper one hole | Plasticoid | LSG4M181 | |
| 1" bend tubes-ball point | Ancare | TD-199-3" | |
| Paper rulers | N/A | N/A | www.vendian.org/mncharity/dir3/paper_rulers |
| Apparatus for social interaction | Custom built | N/A | 95 cm X 47 cm X 43 cm |
| Video cameras | N/A | N/A | Capable of recording low/no light conditions |
| Infrared illuminators | Vitek | VT-IR1-12 | |
| Teklad laboratory grade sani-chips | Harlan | 7090A | |
| Brush and dustpan | N/A | N/A | |
| Isopropyl alcohol | Sigma | W292907 | |
| Chlorine Dioxide (1.5 mg Tablets) | Quiplabs | N/A | Prepare per manufacturer's recommendation |
References
- Hamilton, D. A., et al. Prenatal exposure to moderate levels of ethanol alters social behavior in adult rats: Relationship to structural plasticity and immediate early gene expression in frontal cortex. Behav. Brain Res. 207 (2), 290-304 (2010).
- May, P. A., et al. Approaching the prevalence of the full spectrum of Fetal Alcohol Spectrum Disorders in a South African population-based study. Alcohol. Clin. Exp. Res. 37 (5), 818-830 (2013).
- Chasnoff, I. J., Wells, A. M., Telford, E., Schmidt, C., Messer, G. Neurodevelopmental functioning in children with FAS, pFAS, and ARND. Journal of Developmental and Behavioral Pediatrics. 31 (3), 192-201 (2010).
- Disney, E. R., Iacono, W., McGue, M., Tully, E., Legrand, L. Strengthening the case: Prenatal alcohol exposure is associated with increased risk for conduct disorder. Pediatrics. 122 (6), E1225-E1230 (2008).
- Kelly, S. J., Goodlett, C. R., Hannigan, J. H. Animal models of fetal alcohol spectrum disorders: Impact of the social environment. Dev Disabil Res Rev. 15 (3), 200-208 (2009).
- Kelly, S. J., Day, N., Streissguth, A. P. Effects of prenatal alcohol exposure on social behavior in humans and other species. Neurotoxicol. Teratol. 22 (2), 143-149 (2000).
- Thomas, S. E., Kelly, S. J., Mattson, S. N., Riley, E. P. Comparison of social abilities of children with fetal alcohol syndrome to those of children with similar IQ scores and normal controls. Alcoholism: Clinical and Experimental Research. 22 (2), 528-533 (1998).
- Conry, J. Neuropsychological deficits in Fetal Alcohol Syndrome and fetal alcohol effects. Alcohol. Clin. Exp. Res. 14 (5), 650-655 (1990).
- Streissguth, A. P., et al. Fetal Alcohol Syndrome in adolescents and adults. JAMA-Journal of the American Medical Association. 265 (15), 1961-1967 (1991).
- Streissguth, A. P., Barr, H. M., Sampson, P. D. Moderate prenatal alcohol exposure: effects on child IQ and learning problems at age 7 1/2 years. Alcoholism: Clinical and Experimental Research. 14 (5), 662-669 (1990).
- Valenzuela, C. F., Morton, R. A., Diaz, M. R., Topper, L. Does moderate drinking harm the fetal brain? Insights from animal models. Trends Neurosci. 35 (5), 284-292 (2012).
- May, P. A., et al. Prevalence of children with severe Fetal Alcohol Spectrum Disorders in communities near Rome, Italy: New estimated rates are higher than previous estimates. Int. J. Env. Res. Public Health. 8 (6), 2331-2351 (2011).
- Tunc-Ozcan, E., Ullmann, T. M., Shukla, P. K., Redei, E. E. Low-dose thyroxine attenuates autism-associated adverse affects of fetal alcohol in male offspring’s social behavior and hippocampal gene expression. Alcohol. Clin. Exp. Res. 37 (11), 1986-1995 (2013).
- Middleton, F. A., Varlinskaya, E. I., Mooney, S. M. Molecular substrates of social avoidance seen following prenatal ethanol exposure and its reversal by social enrichment. Dev. Neurosci. 34 (2-3), 115-128 (2012).
- Varlinskaya, E. I., Mooney, S. M. Acute exposure to ethanol on gestational day 15 affects social motivation of female offspring. Behav. Brain Res. 261, 106-109 (2014).
- Meyer, L. S., Riley, E. P. Social play in juvenile rats prenatally exposed to alcohol. Teratology. 34 (1), 1-7 (1986).
- Royalty, J. Effects of prenatal ethanol exposure on juvenile play-fighting and postpubertal aggression in rats. Psychol Rep. 66 (2), 551-560 (1990).
- Hamilton, D. A., et al. Effects of moderate prenatal ethanol exposure and age on social behavior, spatial response perseveration errors and motor behavior. Behav. Brain Res. 269, 44-54 (2014).
- Kelly, S. J., Dillingham, R. R. Sexually dimorphic effects of perinatal alcohol exposure on social interactions and amygdala DNA and DOPAC concentrations. Neurotoxicol. Teratol. 16 (4), 377-384 (1994).
- Lugo, J. N., Marino, M. D., Cronise, K., Kelly, S. J. Effects of alcohol exposure during development on social behavior in rats. Physiology and Behavior. 78 (2), 185-194 (2003).
- Lugo, J. N., Marino, M. D., Gass, J. T., Wilson, M. A., Kelly, S. J. Ethanol exposure during development reduces resident aggression and testosterone in rats. Physiology and Behavior. 87 (2), 330-337 (2006).
- Kelly, S. J., Tran, T. D. Alcohol exposure during development alters social recognition and social communication in rats. Neurotoxicol. Teratol. 19 (5), 383-389 (1997).
- Mooney, S. M., Varlinskaya, E. I. Acute prenatal exposure to ethanol and social behavior: Effects of age, sex, and timing of exposure. Behav. Brain Res. 216 (1), 358-364 (2011).
- Savage, D. D., Becher, M., de la Torre, A. J., Sutherland, R. J. Dose-dependent effects of prenatal ethanol exposure on synaptic plasticity and learning in mature offspring. Alcohol. Clin. Exp. Res. 26 (11), 1752-1758 (2002).
- Rasmussen, D. D., et al. Chronic daily ethanol and withdrawal: 1. Long-term changes in the hypothalamo-pituitary-adrenal axis. Alcohol. Clin. Exp. Res. 24 (12), 1836-1849 (2000).
- Savage, D. D., et al. Effects of a Novel Cognition-Enhancing Agent on Fetal Ethanol-Induced Learning Deficits. Alcohol. Clin. Exp. Res. 34 (10), 1793-1802 (2010).
- Goodlett, C. R., Johnson, T. B. Neonatal binge ethanol exposure using intubation: Timing and dose effects on place learning. Neurotoxicol. Teratol. 19 (6), 435-446 (1997).
- Staples, M. C., Rosenberg, M. J., Allen, N. A., Porch, M. W., Savage, D. D. . Impact of Combined Prenatal Ethanol and Prenatal Stress Exposure on Anxiety and Hippocampal-Sensitive Learning in Adult. 37 (12), 2039-2047 (2013).
- Champagne, F. A., Francis, D. D., Mar, A., Meaney, M. J. Variations in maternal care in the rat as a mediating influence for the effects of environment on development. Physiol. Behav. 79 (3), 359-371 (2003).
- Hamilton, D. A., et al. Patterns of social-experience-related c-fos and Arc expression in the frontal cortices of rats exposed to saccharin or moderate levels of ethanol during prenatal brain development. Behav. Brain Res. 214 (1), 66-74 (2010).
- Barnett, S. A. . A study in behaviour: Principles of ethology and behavioural physiology displayed mainly in the rat. , (1963).
- Pellis, S. M., Pellis, V. C. Play-fighting differs from serious fighting in both target of attack and tactics of fighting in the laboratory rat Rattus-Norvegicus. Aggressive Behav. 13 (4), 227-242 (1987).
- Meaney, M. J., Stewart, J. A descriptive study of social-development in the rat (Rattus-Norvegicus). Anim. Behav. 29 (1), 34-45 (1981).
- Pellis, S. M., Pellis, V. C. The prejuvenile onset of play fighting in laboratory rats (Rattus norvegicus). Dev. Psychobiol. 31 (3), 193-205 (1997).
- Himmler, B. T., Pellis, V. C., Pellis, S. M. Peering into the dynamics of social interactions: measuring play fighting in rats. J. Vis. Exp. (71), e4288-e4288 (2013).
- Panksepp, J., Siviy, S., Normansell, L. The psychobiology of play : Theoretical and methodological perspectives. Neurosci. Biobehav. Rev. 8 (4), 465-492 (1984).
- Siviy, S. M., Panksepp, J. Sensory modulation of juvenile play in rats. Dev. Psychobiol. 20 (1), 39-55 (1987).
- Pellis, S. M., et al. The effects of orbital frontal cortex damage on the modulation of defensive responses by rats in playful and nonplayful social contexts. Behav. Neurosci. 120 (1), 72-84 (2006).
- Blanchard, R. J., Blanchard, D. C., Takahashi, T., Kelley, M. J. Attack and defensive behavior in albino-rat. Anim. Behav. 25 (3), 622-634 (1977).
