Summary

Vurdering af dominerende-underdanig adfærd hos voksne rotter efter traumatisk hjerneskade

Published: December 16, 2022
doi:

Summary

Denne protokol beskriver en rottemodel af væskepercussion-induceret traumatisk hjerneskade efterfulgt af en række adfærdsmæssige tests for at forstå udviklingen af dominerende og underdanig adfærd. Brug af denne model af traumatisk hjerneskade i forbindelse med specifikke adfærdsmæssige tests muliggør undersøgelse af sociale svækkelser efter hjerneskade.

Abstract

Konkurrence om ressourcer som mad, territorium og mage påvirker væsentligt forhold inden for dyrearter og formidles gennem sociale hierarkier, der ofte er baseret på dominerende-underdanige forhold. Det dominerende-underdanige forhold er et normalt adfærdsmønster blandt individerne af en art. Traumatisk hjerneskade er en hyppig årsag til svækkelse af social interaktion og omorganisering af dominerende-underdanige forhold i dyrepar. Denne protokol beskriver underdanig adfærd hos voksne mandlige Sprague-Dawley-rotter efter induktion af traumatisk hjerneskade ved hjælp af en væske-percussion model sammenlignet med naive rotter gennem en række dominerende-underdanige tests udført mellem 29 dage og 33 dage efter induktion. Den dominerende-underdanige adfærdstest viser, hvordan hjerneskade kan fremkalde underdanig adfærd hos dyr, der konkurrerer om mad. Efter traumatisk hjerneskade var gnavere mere underdanige, hvilket indikeres ved, at de bruger mindre tid på foderautomaten og er mindre tilbøjelige til at ankomme først til truget sammenlignet med kontroldyrene. Ifølge denne protokol udvikler underdanig adfærd efter traumatisk hjerneskade hos voksne hanrotter.

Introduction

Konkurrence inden for arter opstår, når medlemmer af samme art konkurrerer om en begrænset ressource på samme tid1. I modsætning hertil opstår der konkurrence mellem arter mellem medlemmer af to forskellige arter2. Konkurrence inden for arter er opdelt i to typer, herunder interferens (tilpasset) og udnyttelse (konkurrence), og opstår afhængigt af den type ressource, der er omstridt, såsom mad og territorium3.

Eksistensen af sociale hierarkier er umulig uden dominerende-underdanige relationer (DSR’er). Dominans præsenterer sig som “vindende” og underordnelse som “taber” inden for dyrepar4. DSR’er vises dog ikke kun parvis, men også i grupper på tre eller flere. I 1922 beskrev Thorleif Schjelderup-Ebbe dominanshierarkiet hos tamkyllinger. De vigtigste kendetegn mellem de dominerende og underordnede dyr var tid brugt ved foderautomaten og aggressiv adfærd. Dominanshierarkiet er opdelt i to former: lineær og ikke-lineær5. Lineær dominans involverer to grupper, A og B. I dette paradigme af transitive relationer6 dominerer gruppe A gruppe B, eller gruppe B dominerer gruppe A. Ikke-lineær dominans opstår, når der er mindst et cirkulært forhold: A dominerer B, B dominerer C og C dominerer A7.

Der findes modeller til vurdering af dominerende-underdanig adfærd for forskellige arter, herunder gnavere, fugle8, ikke-menneskelige primater 9,10,11 og mennesker 12. Den dominerende-underdanige metode er godt repræsenteret i litteraturen og er blevet anvendt som model til vurdering af mani og depression13 samt antidepressiv lægemiddelaktivitet14. Denne model er blevet brugt til at undersøge stress tidligt i livet efter moderens adskillelse hos voksne rotter15. DSR-paradigmerne kan opdeles i tre modeller: reduktionen af dominerende adfærdsmodel 13,16, reduktionen af underdanig adfærd model14 og klonidin-vending af dominansmodel17.

Denne undersøgelse viser en undersøgelse af DSR gennem opgaver baseret på fødevarekonkurrence. Fordelene ved denne metode er dens lette reproducerbarhed og evnen til at observere og nøjagtigt analysere dominerende-underdanig adfærd. Derudover er den dominerende-underdanige adfærdsmæssige opgave afhængig af mad snarere end territorium, i modsætning til sammenlignelige adfærdsmæssige opgaver, hvilket gør denne adfærdsmæssige opgave lavere omkostninger og enklere, og forskere behøver ikke at gennemgå kompliceret træning for at udføre opgaven og behandle dataene.

Det overordnede mål med det aktuelle studie er at demonstrere udviklingen af DSR efter traumatisk hjerneskade (TBI). TBI er forbundet med sociale svækkelser, depression og angst. Modellen til at inducere TBI er en enkel og effektiv standardmodel, der involverer inducering af traumatisk hjerneskade med en fluid percussion enhed18,19.

Protocol

Forsøgene blev godkendt af Animal Care Committee ved Ben-Gurion Universitet i Negev. Forsøgene blev udført i overensstemmelse med anbefalingerne i Helsingfors- og Tokyo-erklæringerne og retningslinjerne for pasning og anvendelse af forsøgsdyr i Det Europæiske Fællesskab. Voksne hanrotter fra Sprague-Dawley, der vejer 300-350 g, blev anvendt i denne undersøgelse. Dyrene blev opstaldet ved en stuetemperatur på 22 °C ± 1 °C og en luftfugtighed på 40-60 % med lys-mørke cyklusser. <stro…

Representative Results

Vurdering af neurologisk sværhedsgradNeurologiske underskud blev vurderet hos hanrotter efter TBI ved hjælp af NSS. Rotterne blev opdelt i to grupper: en TBI-gruppe og en kontrolgruppe. Kontrolgruppen blev udsat for skinkirurgi. NSS tillod vurdering af motorisk funktion og adfærdsændring ved hjælp af et pointsystem22,23; En score på 24 indikerede en alvorlig neurologisk dysfunktion, og en score på 0 repræsenterede intakt neurologisk s…

Discussion

Kliniske undersøgelser tyder på, at hjerneskade kan øge risikoen for psykiatriske lidelser26,27. Desuden påvirker TBI udviklingen af social adfærd28,29. I denne protokol havde TBI-modellen en effekt på præsentationen af dominerende-underdanig adfærd. Dominant-underdanig adfærd manifesterede sig med hensyn til tid brugt på føderen og hvem kom først til føderen.

Ud o…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Det udførte arbejde er en del af Dmitry Franks ph.d.-afhandling.

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

  1. Birch, L. C. The meanings of competition. The American Naturalist. 91 (856), 5-18 (1957).
  2. Crombie, A. C. Interspecific competition. The Journal of Animal Ecology. 16 (1), 44-73 (1947).
  3. Riechert, S. E., Dugatkin, L. A., Reeve, H. R. Game theory and animal contests. Game Theory and Animal Behavior. , 64-93 (1998).
  4. 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).
  5. Vonk, J., Shackelford, T. K. . Encyclopedia of Animal Cognition and Behavior. , (2019).
  6. De Vries, H. An improved test of linearity in dominance hierarchies containing unknown or tied relationships. Animal Behaviour. 50 (5), 1375-1389 (1995).
  7. Appleby, M. C. The probability of linearity in hierarchies. Animal Behaviour. 31 (2), 600-608 (1983).
  8. 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).
  9. Sapolsky, R. M. Endocrinology alfresco: psychoendocrine studies of wild baboons. Recent Progress in Hormone Research. 48, 437-468 (1993).
  10. Shively, C. A. Social subordination stress, behavior, and central monoaminergic function in female cynomolgus monkeys. Biological Psychiatry. 44 (9), 882-891 (1998).
  11. 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).
  12. Tse, W. S., Bond, A. J. Difference in serotonergic and noradrenergic regulation of human social behaviours. Psychopharmacology. 159 (2), 216-221 (2002).
  13. Malatynska, E., Knapp, R. J. Dominant-submissive behavior as models of mania and depression. Neuroscience & Biobehavioral Reviews. 29 (4-5), 715-737 (2005).
  14. Malatynska, E., et al. Reduction of submissive behavior in rats: A test for antidepressant drug activity. Pharmacology. 64 (1), 8-17 (2002).
  15. Frank, D., et al. Early life stress induces submissive behavior in adult rats. Behavioural Brain Research. 372, 112025 (2019).
  16. 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).
  17. 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).
  18. 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).
  19. Boyko, M., et al. Traumatic brain injury-induced submissive behavior in rats: Link to depression and anxiety. Translational Psychiatry. 12 (1), 239 (2022).
  20. Jones, N. C., et al. Experimental traumatic brain injury induces a pervasive hyperanxious phenotype in rats. Journal of Neurotrauma. 25 (11), 1367-1374 (2008).
  21. 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).
  22. 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).
  23. Frank, D., et al. Induction of diffuse axonal brain injury in rats based on rotational acceleration. Journal of Visualized Experiments. (159), e61198 (2020).
  24. 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).
  25. 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).
  26. Marinkovic, I., et al. Prognosis after mild traumatic brain injury: Influence of psychiatric disorders. Brain Sciences. 10 (12), 916 (2020).
  27. Robert, S. Traumatic brain injury and mood disorders. Mental Health Clinician. 10 (6), 335-345 (2020).
  28. 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).
  29. Aaronson, A., Lloyd, R. B. Aggression after traumatic brain injury: A review of the current literature. Psychiatric Annals. 45 (8), 422-426 (2015).
  30. 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).
  31. 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).
  32. 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).
  33. 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).
  34. Grasmuck, V., Desor, D. Behavioural differentiation of rats confronted to a complex diving-for-food situation. Behavioural Processes. 58 (1-2), 67-77 (2002).
  35. 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).
  36. 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).
check_url/kr/64548?article_type=t

Play Video

Cite This Article
Frank, D., Gruenbaum, B. F., Semyonov, M., Binyamin, Y., Severynovska, O., Gal, R., Frenkel, A., Knazer, B., Boyko, M., Zlotnik, A. Assessing Dominant-Submissive Behavior in Adult Rats Following Traumatic Brain Injury. J. Vis. Exp. (190), e64548, doi:10.3791/64548 (2022).

View Video