Оценка доминантно-покорного поведения взрослых крыс после черепно-мозговой травмы
Summary
Настоящий протокол описывает крысиную модель черепно-мозговой травмы, вызванной жидкостной перкуссией, за которой следует серия поведенческих тестов для понимания развития доминирующего и покорного поведения. Использование этой модели черепно-мозговой травмы в сочетании со специфическими поведенческими тестами позволяет изучать социальные нарушения после черепно-мозговой травмы.
Abstract
Конкуренция за ресурсы, такие как пища, территория и партнеры, существенно влияет на отношения внутри видов животных и опосредована социальными иерархиями, которые часто основаны на отношениях доминант-подчинение. Отношения «доминант-сабмиссив» — это нормальная поведенческая модель среди особей вида. Черепно-мозговая травма является частой причиной нарушения социального взаимодействия и реорганизации отношений доминанта-подчинения в парах животных. Этот протокол описывает покорное поведение у взрослых самцов крыс Sprague-Dawley после индукции черепно-мозговой травмы с использованием жидкостно-перкуссионной модели по сравнению с наивными крысами с помощью серии тестов на доминантность-подчинение, выполненных между 29 и 33 днями после индукции. Тест на доминантно-покорное поведение показывает, как черепно-мозговая травма может вызвать покорное поведение у животных, конкурирующих за пищу. После черепно-мозговой травмы грызуны были более покорными, о чем свидетельствует то, что они проводили меньше времени у кормушки и с меньшей вероятностью первыми прибывали к кормушке по сравнению с контрольными животными. Согласно этому протоколу, покорное поведение развивается после черепно-мозговой травмы у взрослых крыс-самцов.
Introduction
Внутривидовая конкуренция возникает, когда представители одного и того же вида конкурируют за ограниченный ресурс в одно и то же время1. Напротив, межвидовая конкуренция происходит между представителями двух разных видов2. Внутривидовая конкуренция подразделяется на два типа, включая интерференцию (адаптированную) и эксплуатацию (конкуренцию), и возникает в зависимости от типа спорного ресурса, такого как пища и территория3.
Существование социальных иерархий невозможно без доминантно-покорных отношений (ДСР). Доминирование проявляется как «победа», а подчинение — как «проигрыш» в парах животных4. Однако DSR появляются не только парами, но и группами по три и более. В 1922 году Торлейф Шельдеруп-Эббе описал иерархию доминирования у домашних кур. Основными отличительными признаками между доминирующими и подчиненными животными были время, проведенное у кормушки, и агрессивное поведение. Иерархия доминирования делится на две формы: линейную и нелинейную5. Линейное доминирование включает в себя две группы: А и В. В этой парадигме транзитивных отношений6 группа А доминирует над группой В, или группа В доминирует над группой А. Нелинейное доминирование возникает, когда существует по крайней мере одно круговое отношение: А доминирует над В, В доминирует над С, а С доминирует над А7.
Модели оценки доминантно-покорного поведения существуют для различных видов, включая грызунов, птиц8, нечеловекообразных приматов 9,10,11 и людей 12. Метод доминантно-сабмиссивного хорошо представлен в литературе и был применен в качестве модели для оценки мании и депрессии13, а также активности антидепрессантов14. Эта модель была использована для исследования стресса в раннем возрасте после материнского разделения у взрослых крыс15. Парадигмы DSR можно разделить на три модели: редукция модели доминантного поведения 13,16, редукция моделиподчиненного поведения 14 и клонидин-реверсная модельдоминирования 17.
Это исследование демонстрирует исследование DSR с помощью задач, основанных на пищевой конкуренции. Преимуществами этого метода являются его легкая воспроизводимость и возможность наблюдать и точно анализировать доминантно-сабмиссивное поведение. Кроме того, поведенческая задача «доминант-сабмиссив» опирается на еду, а не на территорию, в отличие от сопоставимых поведенческих задач, что делает эту поведенческую задачу более дешевой и простой, и исследователям не нужно проходить сложную подготовку для выполнения задачи и обработки данных.
Общая цель настоящего исследования – продемонстрировать развитие DSR после черепно-мозговой травмы (ЧМТ). ЧМТ связана с социальными нарушениями, депрессией и тревогой. Модель индуцирования ЧМТ представляет собой простую и эффективную стандартную модель, которая предполагает индуцирование черепно-мозговой травмы с помощью жидкостного перкуссионного устройства18,19.
Protocol
Representative Results
Discussion
Клинические исследования показывают, что черепно-мозговая травма может увеличить риск психических расстройств26,27. Более того, ЧМТ влияет на развитие социального поведения28,29. В этом протоколе модель ЧМТ влияла на предста?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Проделанная работа является частью кандидатской диссертации Дмитрия Франка.
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).
