외상성 뇌 손상 후 성인 쥐의 우성 복종 행동 평가
1Division of Anesthesiology and Critical Care, Soroka University Medical Center and the Faculty of Health Sciences,Ben-Gurion University of the Negev, 2Department of Anesthesiology and Perioperative Medicine,Mayo Clinic, 3Department of Biochemistry and Physiology of the Faculty of Biology and Ecology,Oles Gonchar of the Dnipro National University, 4Department of Ophthalmology, Soroka University Medical Center and the Faculty of Health Sciences,Ben-Gurion University of the Negev
Summary
현재 프로토콜은 수액 타악기로 인한 외상성 뇌 손상의 쥐 모델을 설명하고 지배적이고 복종적인 행동의 발달을 이해하기 위한 일련의 행동 테스트를 설명합니다. 이 외상성 뇌 손상 모델을 특정 행동 테스트와 함께 사용하면 뇌 손상 후 사회적 장애를 연구 할 수 있습니다.
Abstract
음식, 영토 및 동료와 같은 자원에 대한 경쟁은 동물 종 내의 관계에 상당한 영향을 미치며 종종 지배적 인 복종 관계를 기반으로하는 사회적 계층을 통해 매개됩니다. 지배적-복종적 관계는 종의 개체 사이의 정상적인 행동 패턴입니다. 외상성 뇌 손상은 사회적 상호 작용 장애와 동물 쌍의 지배적-복종 관계의 재구성의 빈번한 원인입니다. 이 프로토콜은 유도 후 29일에서 33일 사이에 수행된 일련의 우성-복종 테스트를 통해 순진한 쥐와 비교하여 유체 타악기 모델을 사용하여 외상성 뇌 손상을 유도한 후 성인 수컷 Sprague-Dawley 쥐의 복종 행동을 설명합니다. 우성 복종 행동 테스트는 뇌 손상이 음식을 놓고 경쟁하는 동물에서 복종 행동을 유도 할 수있는 방법을 보여줍니다. 외상성 뇌 손상 후, 설치류는 피더에서 더 적은 시간을 보내고 대조군 동물에 비해 물마루에 먼저 도착할 가능성이 적다는 점에서 알 수 있듯이 더 복종적이었습니다. 이 프로토콜에 따르면, 성인 수컷 쥐의 외상성 뇌 손상 후에 복종적인 행동이 발생합니다.
Introduction
종내 경쟁은 같은 종의 구성원이 동시에 제한된 자원을 놓고 경쟁할 때 발생합니다1. 대조적으로, 종간 경쟁은 서로 다른 두 종의 구성원 사이에서 발생한다2. 종내 경쟁은 간섭(적응)과 착취(경쟁)의 두 가지 유형으로 나뉘며, 식량과 영토3와 같은 경합 자원의 유형에 따라 발생한다.
사회적 위계의 존재는 지배적-복종적 관계(DSR) 없이는 불가능합니다. 지배는 한 쌍의 동물 내에서 “승리”로, 종속은 “패배”로 나타난다4. 그러나 DSR은 쌍으로 나타날 뿐만 아니라 3개 이상의 그룹으로도 나타납니다. 1922 년 Thorleif Schjelderup-Ebbe는 국내 닭의 우성 계층을 설명했습니다. 지배적 인 동물과 종속 동물 사이의 주요 구별 징후는 피더에서 보낸 시간과 공격적인 행동이었습니다. 지배 계층은 선형과 비선형의 두 가지 형태로 나뉩니다5. 선형 우세는 A와 B의 두 그룹을 포함합니다. 이러한 전이적 관계6의 패러다임에서, 그룹 A가 그룹 B를 지배하거나, 그룹 B가 그룹 A를 지배한다. 비선형 우세는 적어도 하나의 순환 관계가 있을 때 발생한다: A는 B를 지배하고, B는 C를 지배하고, C는 A를 지배한다7.
우성 복종 행동을 평가하기 위한 모델은 설치류, 조류8, 비인간 영장류 9,10,11, 인간 12 등 다양한 종에 존재한다. 우성-복종법은 문헌에 잘 나타나 있으며, 조증과 우울증13, 항우울제 활성을 평가하는 모델로 적용되고 있다14. 이 모델은 성인 쥐의 모성 분리 후 초기 생애 스트레스를 조사하는 데 사용되었다15. DSR 패러다임은 세 가지 모델로 나눌 수 있습니다: 우성 행동 모델의 감소(13,16), 복종적 행동의 감소(14), 클로니딘-우성 모델의 반전(17).
본 연구는 식량 경쟁을 기반으로 한 과제를 통해 DSR에 대한 조사를 보여줍니다. 이 방법의 장점은 재현성이 쉽고 지배적 복종 행동을 관찰하고 정확하게 분석 할 수 있다는 것입니다. 또한 지배적 인 복종 행동 과제는 비교 가능한 행동 과제와 달리 영토보다는 음식에 의존하기 때문에이 행동 과제는 비용이 적게 들고 간단 해지며 연구자는 과제를 수행하고 데이터를 처리하기 위해 복잡한 훈련을받을 필요가 없습니다.
현재 연구의 전반적인 목표는 외상성 뇌 손상(TBI) 후 DSR의 발달을 입증하는 것입니다. TBI는 사회적 장애, 우울증 및 불안과 관련이 있습니다. TBI를 유도하는 모델은 유체 타악기로 외상성 뇌손상을 유도하는 것을 포함하는 간단하고 효과적인 표준 모델이다(18,19).
Protocol
실험은 Negev의 Ben-Gurion 대학의 동물 관리위원회에 의해 승인되었으며, 실험은 헬싱키와 도쿄 선언 및 유럽 공동체의 실험실 동물 관리 및 사용 지침의 권고에 따라 수행되었습니다. 체중 300-350g의 성인 수컷 Sprague-Dawley 쥐를 본 연구에 사용했습니다. 동물들은 22°C ± 1°C의 실온 및 40%-60%의 습도에서 명암 주기로 사육되었다. 1. 동물 준비 무작위로 30 마리의 ?…
Representative Results
신경학적 중증도 점수 평가NSS를 사용하여 TBI 후 수컷 쥐에서 신경학적 결손을 평가했습니다. 래트를 두 그룹으로 나누었다: TBI 그룹 1개와 대조군 1개. 대조군은 가짜 수술을 받았다. NSS는 포인트 시스템22,23에 의한 운동 기능 및 행동 변화의 평가를 허용했습니다. 24점은 심각한 신경학적 기능 장애를 나타내고 0점은 온전한 신경학적 상?…
Discussion
임상 연구에 따르면 뇌 손상은 정신 질환의 위험을 증가시킬 수 있습니다26,27. 또한, TBI는 사회적 행동의 발달에 영향을 미친다28,29. 이 프로토콜에서 TBI 모델은 지배적-복종적 행동의 표현에 영향을 미쳤습니다. 지배적 인 복종적인 행동은 피더에 소요 된 시간과 피더에 처음 온 사람의 관점에서 나타납니다.<…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
수행 된 작업은 드미트리 프랭크의 박사 학위 논문의 일부입니다.
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).
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).