Beoordeling van dominant-onderdanig gedrag bij volwassen ratten na traumatisch hersenletsel
Summary
Het huidige protocol beschrijft een rattenmodel van door vloeistofpercussie geïnduceerd traumatisch hersenletsel, gevolgd door een reeks gedragstests om de ontwikkeling van dominant en onderdanig gedrag te begrijpen. Het gebruik van dit model van traumatisch hersenletsel in combinatie met specifieke gedragstests maakt de studie van sociale stoornissen na hersenletsel mogelijk.
Abstract
Concurrentie over hulpbronnen zoals voedsel, territorium en partners beïnvloedt relaties binnen diersoorten aanzienlijk en wordt gemedieerd door sociale hiërarchieën die vaak gebaseerd zijn op dominant-onderdanige relaties. De dominant-onderdanige relatie is een normaal gedragspatroon tussen de individuen van een soort. Traumatisch hersenletsel is een veel voorkomende oorzaak van sociale interactiestoornissen en de reorganisatie van dominant-onderdanige relaties in dierenparen. Dit protocol beschrijft onderdanig gedrag bij volwassen mannelijke Sprague-Dawley-ratten na de inductie van traumatisch hersenletsel met behulp van een vloeistofpercussiemodel in vergelijking met naïeve ratten door middel van een reeks dominant-onderdanige tests uitgevoerd tussen 29 dagen en 33 dagen na inductie. De dominant-onderdanige gedragstest laat zien hoe hersenletsel onderdanig gedrag kan veroorzaken bij dieren die concurreren om voedsel. Na traumatisch hersenletsel waren de knaagdieren meer onderdanig, zoals blijkt uit het feit dat ze minder tijd bij de feeder doorbrachten en minder snel als eerste bij de trog aankwamen in vergelijking met de controledieren. Volgens dit protocol ontwikkelt onderdanig gedrag zich na traumatisch hersenletsel bij volwassen mannelijke ratten.
Introduction
Intraspecies concurrentie treedt op wanneer leden van dezelfde soort tegelijkertijd strijden om een beperkte hulpbron1. Daarentegen vindt interspecies competitie plaats tussen leden van twee verschillende soorten2. Intraspecies concurrentie is verdeeld in twee soorten, waaronder interferentie (aangepast) en exploitatie (wedstrijd), en ontstaat afhankelijk van het type hulpbron in geschil, zoals voedsel en territorium3.
Het bestaan van sociale hiërarchieën is onmogelijk zonder dominant-onderdanige relaties (DSR’s). Dominantie presenteert zich als “winnen” en ondergeschiktheid als “verliezen” binnen paren van dieren4. DSR’s verschijnen echter niet alleen in paren, maar ook in groepen van drie of meer. In 1922 beschreef Thorleif Schjelderup-Ebbe de dominantiehiërarchie bij gedomesticeerde kippen. De belangrijkste onderscheidende tekenen tussen de dominante en ondergeschikte dieren waren tijd doorgebracht bij de feeder en agressief gedrag. De dominantiehiërarchie is verdeeld in twee vormen: lineair en niet-lineair5. Lineaire dominantie omvat twee groepen, A en B. In dit paradigma van transitieve relaties6 domineert groep A groep B, of groep B domineert groep A. Niet-lineaire dominantie treedt op wanneer er ten minste één cirkelvormige relatie is: A domineert B, B domineert C en C domineert A7.
Er bestaan modellen voor het beoordelen van dominant-onderdanig gedrag voor verschillende soorten, waaronder knaagdieren, vogels8, niet-menselijke primaten 9,10,11 en mensen 12. De dominant-onderdanige methode is goed vertegenwoordigd in de literatuur en is toegepast als een model om manie en depressie13 te beoordelen, evenals antidepressiva activiteit14. Dit model is gebruikt om stress in het vroege leven na moederscheiding bij volwassen ratten te onderzoeken15. De DSR-paradigma’s kunnen worden onderverdeeld in drie modellen: de reductie van dominant gedrag model 13,16, de reductie van onderdanig gedrag model14 en de clonidine-omkering van dominantie model17.
Deze studie toont een onderzoek naar DSR door middel van taken op basis van voedselconcurrentie. De voordelen van deze methode zijn de eenvoudige reproduceerbaarheid en het vermogen om dominant-onderdanig gedrag te observeren en nauwkeurig te analyseren. Bovendien is de dominant-onderdanige gedragstaak afhankelijk van voedsel in plaats van territorium, in tegenstelling tot vergelijkbare gedragstaken, waardoor deze gedragstaak goedkoper en eenvoudiger is en onderzoekers geen ingewikkelde training hoeven te ondergaan om de taak uit te voeren en de gegevens te verwerken.
Het algemene doel van de huidige studie is om de ontwikkeling van DSR na traumatisch hersenletsel (TBI) aan te tonen. TBI wordt geassocieerd met sociale beperkingen, depressie en angst. Het model van het induceren van TBI is een eenvoudig en effectief standaardmodel waarbij traumatisch hersenletsel wordt geïnduceerd met een vloeistofpercussieapparaat18,19.
Protocol
Representative Results
Discussion
Klinische studies geven aan dat hersenletsel het risico op psychiatrische stoornissen kan verhogen26,27. Bovendien beïnvloedt TBI de ontwikkeling van sociaal gedrag28,29. In dit protocol had het TBI-model effect op de presentatie van dominant-onderdanig gedrag. Dominant-onderdanig gedrag manifesteerde zich in termen van tijd doorgebracht op de feeder en wie als eerste naar de feeder kwam.
<p class="j…Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Het werk maakt deel uit van het proefschrift van 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).
