يكشف اختبار السلامة من التهديدات الاجتماعية عن الأنماط الظاهرية المرتبطة بالتوتر النفسي والاجتماعي
Summary
يسمح اختبار السلامة من التهديدات الاجتماعية بإجراء تقييم متزامن لتطور التجنب الاجتماعي كمقياس للتعلم المشروط المكروه والقدرة على التمييز بين التهديد والسلامة الاجتماعية ، وكلاهما يستخدم لتحديد الأفراد المعرضين للإجهاد والمرونة للإجهاد داخل مجموعة واحدة من ذكور الفئران المهزومة اجتماعيا بشكل مزمن.
Abstract
الإجهاد الاجتماعي هو سبب رئيسي لتطور الاضطرابات النفسية. لتعزيز القيمة الانتقالية للدراسات قبل السريرية ، يجب أن تكون تجربة الإجهاد الاجتماعي وتأثيرها السلوكي على الفئران قابلة للمقارنة مع البشر. تستخدم الهزيمة الاجتماعية المزمنة (CSD) نوعا من الإجهاد الاجتماعي الذي ينطوي على هجمات جسدية وتهديدات حسية للحث على اختلالات عقلية تشبه الاضطرابات العاطفية البشرية. لتعزيز المكون النفسي والاجتماعي في CSD ، تم تطبيق بروتوكول CSD لمدة 10 أيام يتم فيه توحيد الاعتداءات الجسدية اليومية إلى ثلاث نوبات 10 ثانية تليها مرحلة حسية مدتها 24 ساعة. بعد المرحلةالحسية 10 ، يتبع بروتوكول CSD مقايسة سلوكية مصقولة تسمى اختبار السلامة من التهديد الاجتماعي (STST). تحتاج المقايسات السلوكية بعد الإجهاد إلى تحديد كيف وإلى أي مدى أثر الضغوطات الاجتماعية على السلوك. يسمح STST للفئران الذكور المهزومة اجتماعيا بشكل مزمن بالتفاعل مع 2 من الأفراد الذكور الجدد (الأهداف الاجتماعية): هدف اجتماعي واحد من السلالة المهاجمة التي تمت مواجهتها خلال أيام CSD والآخر من سلالة جديدة. يتم تقديم كلاهما في وقت واحد في مقصورات مختلفة من ساحة اختبار من ثلاث غرف. يتيح الاختبار إجراء تقييم متزامن لتطور التجنب الاجتماعي لقياس التعلم المشروط الناجح والقدرة على التمييز بين التهديد والسلامة الاجتماعية. يعكس تطور التجنب الاجتماعي تجاه كلتا السلالتين استجابة مكروهة معممة وبالتالي قياس قابلية الإجهاد. وفي الوقت نفسه ، فإن تطوير التجنب الاجتماعي تجاه السلالة المهاجمة فقط يعكس التمييز بين التهديد والسلامة ، وبالتالي ، قياس مرونة الإجهاد. أخيرا ، يعكس غياب التجنب الاجتماعي تجاه السلالة المهاجمة ضعف التعلم المشروط المكروه. يهدف البروتوكول إلى تحسين نماذج الفئران المستخدمة حاليا للقابلية / المرونة للإجهاد من خلال تضمين معايير متعدية ، وتحديدا التمييز بين التهديد والسلامة وتعميم الاستجابة المكروهة ، لتصنيف مجموعة واحدة من الحيوانات المهزومة اجتماعيا بشكل مزمن إلى مجموعات فرعية مرنة وحساسة ، مما يؤدي في النهاية إلى تطوير الأساليب الانتقالية المستقبلية.
Introduction
يعرف الإجهاد بأنه اضطراب التوازن الناجم عن المنبهات الجسدية أو النفسية1. الإجهاد هو عامل خطر رئيسي معروف لتطوير الاضطرابات النفسية مثل اضطراب ما بعد الصدمة والاكتئاب والقلق 2,3. على وجه الخصوص ، يعتبر الإجهاد الاجتماعي عامل خطر رئيسي لتطوير الاضطرابات النفسية المرتبطة بالإجهاد4. أحد أنواع الإجهاد الاجتماعي الذي اكتسب أهمية خاصة في البحث هو إجهاد التبعية الاجتماعية5. الفئران ، مثل البشر ، قادرة على مجموعة غنية من السلوك الاجتماعي6 ، مما يجعلها مناسبة للتحقيقات التي تنطوي على الإجهاد الاجتماعي. في بيئة المختبر ، عندما يتم إيواء الفئران البالغة ، فإنها تنشئ بنية اجتماعية تنطوي على تشكيل الرتب7. وفقا لذلك ، تم تصميم نموذج المستعمرة لدراسة آثار التسلسلات الهرمية الاجتماعية المنشأة بشكل طبيعي في مجموعات مختلطة الجنس من الفئران8. على مر السنين ، تم تطوير أشكال مختلفة من نموذج المستعمرة للاستفادة من إجهاد التبعية الاجتماعية ، بما في ذلك نماذج المجموعة من نفس الجنس ، ونموذج عدم الاستقرار الاجتماعي ، ونموذج مستعمرة الدخيل. ومع ذلك ، في السنوات الأخيرة ، تم تعميم متغير معين يعرف باسم نموذج الدخيل المقيم الذكر في الأدب ، مما يبسط التعقيد الاجتماعي إلى فأرين: مقيم ودخيل. يتم وضع الحيوان محل الاهتمام ، المعروف باسم الدخيل ، في قفص مربي أكبر وأكبر سنا ومتقاعدا ، يعرف باسم المقيم أو المعتدي. ثم يهاجم المقيم جسديا الدخيل كوسيلة للمواجهة ، ويؤسس تسلسلا هرميا اجتماعيا يكون فيه المقيم مهيمنا ويكون الدخيل تابعا. عندما تكون المواجهات أحداثا لمرة واحدة ، فإنها تصنف على أنها “حادة” (“نموذج الهزيمة الاجتماعية الحادة”) ، في حين أن المواجهات المتكررة التي تستمر على مدى عدة أيام (عادة 10) تعرف باسم “مزمنة” (“نموذج الهزيمة الاجتماعية المزمنة”). في نموذج الهزيمة الاجتماعية المزمنة (CSD) ، تكون الهجمات متقطعة وتقتصر عادة على فترة من 5-10 دقائق9 ، تسمى المرحلة المادية. بعد المرحلة المادية ، يتم الاحتفاظ بالدخيل والمقيم طوال الليل في نفس القفص ، مفصولين إلى نصفين بجدار شبكي ، مما يسمح بجميع أشكال التفاعل باستثناء الاتصال الجسدي. هذا التكوين ، المعروف باسم المرحلة الحسية ، يحفز الإجهاد من خلال الظهور المستمر للتهديد بدلا من المواجهة الجسدية المباشرة. في عام 2018 ، قدم فان دير كوجي وزملاؤه علاجا معدلا للهزيمة الاجتماعية المزمنة للتركيز على المكون النفسي والاجتماعي للنموذج من خلال توحيد المرحلةالمادية 10 والحد منها بشكل صارم. يحد النموذج المعدل من الهجمات الجسدية إلى ثلاث حلقات 10 ثوان مع سكان مختلفين ، تحدث في فترات 15 دقيقة بين الحلقات من المرحلة الحسية. بعد الحلقة الجسدية الثالثة ، تستمر المرحلة الحسية بين عشية وضحاها. تتكرر هذه الدورة لمدة 10 أيام متتالية مع سكان جدد لكل حلقة. يعزز العلاج المعدل الصلاحية الانتقالية لنموذج الهزيمة الاجتماعية المزمنة حيث يتم تقليل الضرر الجسدي للدخيل ، ويتم تقليل تباين النتائج من الفترات التفاضلية للهجمات الجسدية.
نظرا لاستخدام نموذج CSD لدراسة الأمراض المرتبطة بالإجهاد (على سبيل المثال ، الاكتئاب والقلق واضطراب ما بعد الصدمة) ، يتم اختيار فحوصات ما بعد السلوك ، بما في ذلك ، على سبيل المثال لا الحصر ، المقايسات السلوكية للعدوان والذاكرة وانعدام التلذذ. في السنوات الأخيرة ، غالبا ما تقيم المقايسات السلوكية بعد CSD في الفئران كيف وإلى أي مدى تتأثر التواصل الاجتماعي9. يتم تعريف التواصل الاجتماعي على أنه التفضيل الفطري للفئران للتفاعل الاجتماعي بدلا من تجنب اجتماعيا محدد. نظرا لأن التواصل الاجتماعي يخضع لتأثيرات الإجهاد ، فقد تم إنشاء المقايسات التي تقيم فقط تطور التجنب الاجتماعي. التجنب الاجتماعي الناجم عن الإجهاد له أهمية انتقالية لأنه يمثل أحد الأعراض السلوكية الرئيسية للقلق الاجتماعي والاكتئاب لدى البشر11. على غرار البشر ، لا تصاب جميع الفئران بالتجنب الاجتماعي بعد علاج CSD ، مما يشير إلى وجود الفردية في الاستجابة للإجهاد. اقترح كوهين وزملاؤه معايير سلوكية قاطعة لتكون نهجا واعدا لدراسة البيولوجيا العصبية للفردية12. يؤدي اختيار الحيوانات بناء على السلوك إلى انقسام المجموعة ، مما يؤكد الأساس لدراسات البيئة الجينية. بعد ذلك ، غالبا ما تظهر المجموعات الفرعية المختلفة إثراء متميزا لمتغيرات / تعديلات جينية محددة ، والتي بدورها يمكن التحقيق فيها في ظل ظروف بيئية مختلفة13. وفقا لذلك ، تم استخدام الفردية في تطوير التجنب الاجتماعي لتقسيم مجموعة واحدة من الفئران الذكور المهزومة اجتماعيا بشكل مزمن إلى مجموعتين فرعيتين: عرضة للإجهاد (تجنب اجتماعي) ومرونة الإجهاد (غير متجنبة اجتماعيا9،14). ومع ذلك ، ينبغي النظر في تفسير النمط الظاهري للتجنب الاجتماعي في الفئران كسلوك غير قادر على التكيف أو التكيف في السياق العام لكل من العلاج (هنا CSD) والمقايسة السلوكية بعد العلاج. بالإضافة إلى ذلك ، فإن الفحص السلوكي بعد العلاج المختار سيقيم بشكل مثالي الجوانب الأخرى للمؤانسة وليس فقط تطور التجنب الاجتماعي. كشف عملنا الأخير عن مشاركة التعلم المشروط في التجنب الاجتماعي الناجم عن CSD15. على وجه التحديد ، فإن التجنب الاجتماعي الناجم عن CSD هو استجابة مشروطة مكروهة تجاه السمات المميزة لسلالة السكان التي تعمل كحافز مشروط للحافز غير المشروط ، أي هجمات السكان. علاوة على ذلك ، داخل المجموعة الفرعية المتجنبة اجتماعيا ، يمكن لبعض الأفراد التمييز بين سمات سلالة السكان المكروهة وتلك الخاصة بالسلالات الجديدة الآمنة الأخرى ، بينما يظهر أفراد آخرون تجنبا اجتماعيا عاما لكلتا السلالتين. نقترح هنا مقايسة سلوكية منقحة بعد CSD: اختبار التهديد الاجتماعي والسلامة (STST) 15. على عكس اختبارات التفاعل الاجتماعي الأخرى9 ، يتيح STST إجراء تقييم متزامن لتطور التجنب الاجتماعي كقياس للاستجابة المشروطة الصحيحة المكروهة (أي التعلم المشروط الناجح) والقدرة على التمييز بين التهديد والسلامة الاجتماعية ، وكلاهما يستخدم لتحديد الأفراد المعرضين للإجهاد والمرونة للإجهاد ضمن مجموعة واحدة من الفئران الذكور المهزومة اجتماعيا بشكل مزمن. إن تقييم التمييز بين التهديد الاجتماعي والسلامة مقابل تعميم الاستجابة المكروهة يوسع المعايير الانتقالية المستخدمة لتصنيف مجموعة واحدة من الحيوانات المهزومة اجتماعيا بشكل مزمن إلى مجموعات فرعية مرنة وحساسة.
Protocol
Representative Results
Discussion
يصف البروتوكول السلوكي هنا اختبار التهديد الاجتماعي والسلامة ، المستخدم لتقسيم مجموعة واحدة بعد علاج CSD إلى ثلاث مجموعات فرعية مختلفة ، ويعمل كطريقة للتحقيق في البيولوجيا الأساسية للقابلية للإجهاد والمرونة واختبار العلاجات المحتملة. يجب النظر بعناية في السياق البيولوجي والتفاصيل التق?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
يتم دعم هذا البحث من قبل مركز الأبحاث التعاونية 1193 ، المشروع الفرعي Z02 ، بتمويل من مؤسسة البحوث الوطنية الألمانية (SFB1193 ، البيولوجيا العصبية للمرونة) ومؤسسة Boehringer Ingelheim (منحة لمعهد لايبنيز لأبحاث المرونة والتنميط الظاهري الفردي والتحليل السلوكي الآلي عالي الدقة). نود أن نشكر الدكتور كونستانتين راديوشكين والسيدة ساندرا ريتشل على مساعدتهما الفنية وكذلك السيدة حنا كيم على دعمها للغة الإنجليزية. ولم تشارك مصادر التمويل في تصميم النموذج؛ جمع البيانات وتحليلها وتفسيرها؛ في كتابة البروتوكول ؛ وفي قرار تقديم البروتوكول للنشر.
Materials
| Arenas | Noldus, Sociability cage, Wageningen, the Netherlands | https://www.noldus.com/applications/sociability-cage | Three-chambered, rectangle in shape with a total size of 60 cm x 40 cm, made of acrylic transparent walls and smooth floors |
| Camera for video recording | Basler AG, Germany An der Strusbek 60-62 22926 Ahrensburg |
ace Classic acA1300-60gc |
If using automatic detection program, make sure cameras are compatible |
| Camera objective | KOWA Kowa Optimed Deutschland GmbH Fichtenstr. 123 40233 Duesseldorf: LMVZ4411 | 1/1.8" 4.4~11mm Varifokal Objektiv |
Part-No. 10504 | |
| Detection program/Timer | Noldus, EthoVision-XT, Wageningen, the Netherlands | https://www.noldus.com/ethovision-xt | Detection can be achieved either manually (using a timer or a software for manual scoring) or automatically |
| Housing cages | ZOONLAB GmbH, Hermannstraße 6, 44579 Castrop-Rauxel |
3010010 | Type 2 cages: 265 mm x 205 mm x 140 mm (l x w x h) i.e. 360 cm² bottom area. Made of Polycarbonate (Makrolone©) and Polysulfone. Lids are made of stainless steel. European standard cages for up to 5 mice (20–25 g). Autoclavable up to 134 °C |
| Mesh enclosures | Part of the Arena Package: Noldus, Sociability cage, Wageningen, the Netherlands | https://www.noldus.com/applications/sociability-cage | Small acrylic or metal cage-like with a diameter of 100 mm and a height of 200 mm with openings of a 10 mm in size. Two mesh enclosures per arena would work but four is preferable (see point 2.5 in protocol) |
| Mesh wall | selfmade | N/A | Acrylic or metal, one for each cage. Size depends on cages used. The walls must not allow the two animals to have a physical contact |
| Social targets: Mice of the strains CD-1 and 129/Sv; retired male breeders | Mice provided by Charles River: Strain name: CD-1®IGS Mouse 129S2/SvPasCrl |
Crl:CD1(ICR); 129S2/SvPasCrl | CD-1 and 129/Sv retired male breeders, single-housed, novel (unknown) conspecifics to the animals of interest. If retired male breeders are not available then males older than 1 year from both strains would suffice |
References
- Hyman, S. E. How mice cope with stressful social situations. Cell. 131 (2), 232-234 (2007).
- Kessler, R. C. The effects of stressful life events on depression. Annual Review of Psychology. 48 (1), 191-214 (1997).
- Vos, T., et al. Global, regional, and national incidence, prevalence, and years lived with disability for 301 acute and chronic diseases and injuries in 188 countries, 1990-2013: A systematic analysis for the Global Burden of Disease Study, 2013. The Lancet. 386 (9995), 743-800 (2015).
- Björkqvist, K. Social defeat as a stressor in humans. Physiology & Behavior. 73 (3), 435-442 (2001).
- Blanchard, R. J., McKittrick, C. R., Blanchard, D. C. Animal models of social stress: effects on behavior and brain neurochemical systems. Physiology & Behavior. 73 (3), 261-271 (2001).
- Singleton, G. R., Krebs, C. J. Chapter 3- The Secret World of Wild Mice. The Mouse in Biomedical Research. American College of Laboratory Animal Medicine. The Mouse in Biomedical Research (Second Edition). 1, 25-51 (2007).
- Kondrakiewicz, K., Kostecki, M., Szadzińska, W., Knapska, E. Ecological validity of social interaction tests in rats and mice. Genes, Brain, and Behavior. 18 (1), e12525 (2019).
- Martinez, M., Calvo-Torrent, A., Pico-Alfonso, M. A. Social defeat and subordination as models of social stress in laboratory rodents: a review. Aggressive Behavior: Official Journal of the International Society for Research on Aggression. 24 (4), 241-256 (1998).
- Golden, S. A., Covington III, H. E., Berton, O., Russo, S. J. A standardized protocol for repeated social defeat stress in mice. Nature Protocols. 6 (8), 1183 (2011).
- van der Kooij, M. A., et al. Chronic social stress-induced hyperglycemia in mice couples individual stress susceptibility to impaired spatial memory. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 115 (43), E10187-E10196 (2018).
- Chartier, M. J., Walker, J. R., Stein, M. B. Considering comorbidity in social phobia. Social Psychiatry and Psychiatric Epidemiology. 38 (12), 728-734 (2003).
- Cohen, H., Zohar, J., Matar, M. A., Kaplan, Z., Geva, A. B. Unsupervised fuzzy clustering analysis supports behavioral cutoff criteria in an animal model of post-traumatic stress disorder. Biological Psychiatry. 58 (8), 640-650 (2005).
- Scharf, S. H., Schmidt, M. V. Animal models of stress vulnerability and resilience in translational research. Current Psychiatry Reports. 14 (2), 159-165 (2012).
- Krishnan, V., et al. Molecular adaptations underlying susceptibility and resistance to social defeat in brain reward regions. Cell. 131 (2), 391-404 (2007).
- Ayash, S., Schmitt, U., Müller, M. B. Chronic social defeat-induced social avoidance as a proxy of stress resilience in mice involves conditioned learning. Journal of Psychiatric Research. 120, 64-71 (2020).
- Ayash, S., et al. Fear circuit-based neurobehavioural signatures mirror resilience to chronic social stress in mouse. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 120 (17), e2205576120 (2023).
- Duits, P., et al. Updated meta-analysis of classical fear conditioning in the anxiety disorders. Depression and Anxiety. 32 (4), 239-253 (2015).
- Coifman, K. G., Bonanno, G. A., Rafaeli, E. Affect dynamics, bereavement, and resilience to loss. Journal of Happiness Studies. 8 (3), 371-392 (2007).
- Waugh, C. E., Thompson, R. J., Gotlib, I. H. Flexible emotional responsiveness in trait resilience. Emotion. 11 (5), 1059 (2011).
- Bonanno, G. A. Loss, trauma, and human resilience: Have we underestimated the human capacity to thrive after extremely aversive events. American Psychologist. 59 (1), 20 (2004).
- Bonanno, G. A. Resilience in the face of potential trauma. Current Directions in Psychological Science. 14 (3), 135-138 (2005).
- Yehuda, R., Flory, J. D., Southwick, S., Charney, D. S. Developing an agenda for translational studies of resilience and vulnerability following trauma exposure. Annals of the New York Academy of Sciences. 1071 (1), 379-396 (2006).
- Grillon, C., Morgan III, C. A. Fear-potentiated startle conditioning to explicit and contextual cues in Gulf War veterans with post-traumatic stress disorder. Journal of Abnormal Psychology. 108 (1), 134 (1999).
- Brewin, C. R. A cognitive neuroscience account of post-traumatic stress disorder and its treatment. Behaviour Research and Therapy. 39 (4), 373-393 (2001).
- Milad, M. R., Rauch, S. L., Pitman, R. K., Quirk, G. J. Fear extinction in rats: implications for human brain imaging and anxiety disorders. Biological Psychology. 73 (1), 61-71 (2006).
- Jovanovic, T., Norrholm, S. D. Neural mechanisms of impaired fear inhibition in post-traumatic stress disorder. Frontiers in Behavioral Neuroscience. 5, 44 (2011).
- Morton, D. B., Griffiths, P. H. Guidelines on the recognition of pain, distress and discomfort in experimental animals and an hypothesis for assessment. The Veterinary Record. 116 (6), 431-436 (1985).
- Goldsmith, J. F., Brain, P. F., Benton, D. Effects of the duration of individual or group housing on behavioural and adrenocortical reactivity in male mice. Physiology & Behavior. 21 (5), 757-760 (1978).
- Cairns, R. B., Hood, K. E., Midlam, J. On fighting in mice: Is there a sensitive period for isolation effects. Animal Behaviour. 33 (1), 166-180 (1985).
- Varlinskaya, E. I., Spear, L. P., Spear, N. E. Social behavior and social motivation in adolescent rats: role of housing conditions and partner’s activity. Physiology & Behavior. 67 (4), 475-482 (1999).
- Sial, O. K., Warren, B. L., Alcantara, L. F., Parise, E. M., Bolaños-Guzmán, C. A. Vicarious social defeat stress: Bridging the gap between physical and emotional stress. Journal of Neuroscience Methods. 258, 94-103 (2016).
- Brown, R. E., Brown, R. E., Macdonald, D. W. . The rodents II. Suborder Myomorpha. [In: Social Odours in Mammals]. 1, (1985).
- Haney, M., Miczek, K. A. Ultrasounds during agonistic interactions between female rats (Rattus norvegicus). Journal of Comparative Psychology. 107 (4), 373 (1993).
- Warren, B. L., et al. Neurobiological sequelae of witnessing stressful events in adult mice. Biological Psychiatry. 73 (1), 7-14 (2013).
- Malatynska, E., Knapp, R. J. Dominant-submissive behavior as models of mania and depression. Neuroscience & Biobehavioral Reviews. 29 (4-5), 715-737 (2005).
- Avgustinovich, D. F., Kovalenko, I. L., Kudryavtseva, N. N. A model of anxious depression: persistence of behavioral pathology. Neuroscience and Behavioral Physiology. 35 (9), 917-924 (2005).
- Vennin, C., et al. A resilience related glial-neurovascular network is transcriptionally activated after chronic social defeat in male mice. Cells. 11 (21), 3405 (2022).
- Ayash, S., Schmitt, U., Lyons, D. M., Müller, M. B. Stress inoculation in mice induces global resilience. Translational Psychiatry. 10 (1), 200 (2020).
- Yuan, R., et al. Long-term effects of intermittent early life stress on primate prefrontal-subcortical functional connectivity. Neuropsychopharmacology. 46 (7), 1348-1356 (2021).
- Lyons, D. M., Ayash, S., Schatzberg, A. F., Müller, M. B. Ecological validity of social defeat stressors in mouse models of vulnerability and resilience. Neuroscience & Biobehavioral Reviews. 145, 105032 (2023).
- Oizumi, H., et al. Influence of aging on the behavioral phenotypes of C57BL/6J mice after social defeat. PLoS One. 14 (9), e0222076 (2019).
