הערכת התנהגות דומיננטית-כנועה בחולדות בוגרות לאחר פגיעה מוחית טראומטית
Summary
הפרוטוקול הנוכחי מתאר מודל חולדה של פגיעה מוחית טראומטית הנגרמת על ידי כלי הקשה נוזליים, ואחריו סדרה של מבחנים התנהגותיים כדי להבין את התפתחות ההתנהגות הדומיננטית והכנועה. שימוש במודל זה של פגיעה מוחית טראומטית בשילוב עם מבחנים התנהגותיים ספציפיים מאפשר לחקור ליקויים חברתיים בעקבות פגיעה מוחית.
Abstract
תחרות על משאבים כגון מזון, טריטוריה ובני זוג משפיעה באופן משמעותי על היחסים בתוך מיני בעלי חיים ומתווכת באמצעות היררכיות חברתיות המבוססות לעתים קרובות על יחסים דומיננטיים-כנועים. מערכת היחסים הדומיננטית-כנועה היא דפוס התנהגות נורמלי בין פרטים של מין. פגיעה מוחית טראומטית היא גורם שכיח לפגיעה באינטראקציה חברתית ולארגון מחדש של יחסים דומיננטיים-כנועים בזוגות בעלי חיים. פרוטוקול זה מתאר התנהגות כנועה אצל חולדות בוגרות זכרים מספראג-דולי לאחר השראת פגיעה מוחית טראומטית באמצעות מודל של כלי הקשה נוזליים בהשוואה לחולדות נאיביות באמצעות סדרה של בדיקות דומיננטיות-כנועות שבוצעו בין 29 ימים ל-33 ימים לאחר הזירוז. מבחן ההתנהגות הדומיננטית-כנועה מראה כיצד פגיעה מוחית יכולה לגרום להתנהגות כנועה אצל בעלי חיים המתחרים על מזון. לאחר פגיעה מוחית טראומטית, המכרסמים היו כנועים יותר, כפי שעולה מכך שהם בילו פחות זמן ליד המאכיל והיו בעלי סיכוי נמוך יותר להגיע ראשונים לשוקת בהשוואה לחיות הביקורת. על פי פרוטוקול זה, התנהגות כנועה מתפתחת לאחר פגיעה מוחית טראומטית בחולדות זכרים בוגרים.
Introduction
תחרות תוך-מינית מתרחשת כאשר בני אותו מין מתחרים על משאב מוגבל באותו זמן1. לעומת זאת, תחרות בין מינים מתרחשת בין חברים משני מינים שונים2. התחרות הבין-מינית מחולקת לשני סוגים, כולל התערבות (מותאמת) וניצול (תחרות), והיא מתעוררת בהתאם לסוג המשאב שבמחלוקת, כגון מזון וטריטוריה3.
קיומן של היררכיות חברתיות אינו אפשרי ללא יחסים דומיננטיים-כנועים (DSR). דומיננטיות מוצגת כ”מנצחת” וככפיפות כ”הפסד” בתוך זוגות של בעלי חיים4. עם זאת, DSR מופיעים לא רק בזוגות אלא גם בקבוצות של שלושה או יותר. בשנת 1922 תיאר תורליף שילדרופ-אבה את היררכיית הדומיננטיות בתרנגולות הבית. סימני ההיכר העיקריים בין בעלי החיים הדומיננטיים והכפופים להם היו בילוי זמן אצל המאכיל והתנהגות תוקפנית. היררכיית הדומיננטיות מחולקת לשתי צורות: ליניארית ולא ליניארית5. דומיננטיות ליניארית כוללת שתי קבוצות, A ו-B. בפרדיגמה זו של יחסים טרנזיטיביים6, קבוצה A שולטת בקבוצה B, או קבוצה B שולטת בקבוצה A. דומיננטיות לא ליניארית מתרחשת כאשר יש לפחות קשר מעגלי אחד: A שולט ב-B, B שולט ב-C ו-C שולט ב-A7.
מודלים להערכת התנהגות דומיננטית-כנועה קיימים עבור מינים שונים, כולל מכרסמים, ציפורים8, פרימטים לא אנושיים 9,10,11 ובני אדם 12. השיטה הדומיננטית-כנועה מיוצגת היטב בספרות ויושמה כמודל להערכת מאניה ודיכאון13, כמו גם פעילות תרופות נוגדות דיכאון14. מודל זה שימש לחקר סטרס מוקדם בחיים לאחר פרידה אימהית בחולדות בוגרות15. ניתן לחלק את פרדיגמות DSR לשלושה מודלים: הפחתת מודל ההתנהגות הדומיננטית 13,16, הפחתת מודל ההתנהגות הכנועה14, והיפוך קלונידין של מודל הדומיננטיות17.
מחקר זה מדגים חקירה של DSR באמצעות משימות המבוססות על תחרות מזון. יתרונותיה של שיטה זו הם יכולת השחזור הקלה שלה והיכולת להתבונן ולנתח במדויק התנהגות דומיננטית-כנועה. בנוסף, המשימה ההתנהגותית הדומיננטית-כנועה מסתמכת על מזון ולא על טריטוריה, בניגוד למשימות התנהגותיות דומות, מה שהופך את המשימה ההתנהגותית הזו לזולה ופשוטה יותר והחוקרים אינם צריכים לעבור הכשרה מסובכת כדי לבצע את המשימה ולעבד את הנתונים.
המטרה הכוללת של המחקר הנוכחי היא להדגים את ההתפתחות של DSR לאחר פגיעה מוחית טראומטית (TBI). פגיעה מוחית טראומטית נקשרת לליקויים חברתיים, דיכאון וחרדה. המודל של גרימת TBI הוא מודל סטנדרטי פשוט ויעיל הכולל גרימת פגיעה מוחית טראומטית באמצעות מכשיר הקשה נוזלי18,19.
Protocol
Representative Results
Discussion
מחקרים קליניים מצביעים על כך שפגיעה מוחית עלולה להגביר את הסיכון להפרעות פסיכיאטריות26,27. יתר על כן, פגיעה מוחית טראומטית משפיעה על התפתחות ההתנהגות החברתית28,29. בפרוטוקול זה, למודל TBI הייתה השפעה על הצגת התנהגות דומיננטית-כנו?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
העבודה שנעשתה היא חלק מעבודת הדוקטורט של דמיטרי פרנק.
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).
