Bedömning av dominant-undergivet beteende hos vuxna råttor efter traumatisk hjärnskada
Summary
Det nuvarande protokollet beskriver en råttmodell av vätskeslagverksinducerad traumatisk hjärnskada följt av en serie beteendetester för att förstå utvecklingen av dominerande och undergivet beteende. Att använda denna modell av traumatisk hjärnskada i kombination med specifika beteendetester möjliggör studier av sociala funktionsnedsättningar efter hjärnskada.
Abstract
Konkurrens om resurser som mat, territorium och kompisar påverkar väsentligt relationer inom djurarter och förmedlas genom sociala hierarkier som ofta bygger på dominant-undergivna relationer. Det dominerande-underdaniga förhållandet är ett normalt beteendemönster bland individerna av en art. Traumatisk hjärnskada är en vanlig orsak till nedsatt social interaktion och omorganisation av dominant-undergivna relationer i djurpar. Detta protokoll beskriver undergivet beteende hos vuxna manliga Sprague-Dawley-råttor efter induktion av traumatisk hjärnskada med hjälp av en vätskeslagverksmodell jämfört med naiva råttor genom en serie dominant-undergivna tester utförda mellan 29 dagar och 33 dagar efter induktion. Det dominant-undergivna beteendetestet visar hur hjärnskada kan inducera underdanigt beteende hos djur som konkurrerar om mat. Efter traumatisk hjärnskada var gnagarna mer undergivna, vilket indikeras av att de spenderar mindre tid vid mataren och är mindre benägna att komma först till tråget jämfört med kontrolldjuren. Enligt detta protokoll utvecklas underdanigt beteende efter traumatisk hjärnskada hos vuxna hanråttor.
Introduction
Konkurrens inom arten uppstår när medlemmar av samma art konkurrerar om en begränsad resurs samtidigt1. Däremot förekommer konkurrens mellan arter mellan medlemmar av två olika arter2. Konkurrens inom arten är uppdelad i två typer, inklusive interferens (anpassad) och exploatering (tävling), och uppstår beroende på vilken typ av resurs som är omtvistad, såsom mat och territorium3.
Förekomsten av sociala hierarkier är omöjlig utan dominant-undergivna relationer (DSR). Dominans presenteras som “vinnande” och underordning som “förlorande” inom par av djur4. DSR visas dock inte bara i par utan också i grupper om tre eller fler. År 1922 beskrev Thorleif Schjelderup-Ebbe dominanshierarkin hos tamhöns. De viktigaste särskiljande tecknen mellan de dominerande och underordnade djuren var tid vid mataren och aggressivt beteende. Dominanshierarkin är uppdelad i två former: linjär och olinjär5. Linjär dominans involverar två grupper, A och B. I detta paradigm av transitiva relationer6 dominerar grupp A grupp B, eller grupp B dominerar grupp A. Icke-linjär dominans uppstår när det finns minst ett cirkulärt förhållande: A dominerar B, B dominerar C och C dominerar A7.
Modeller för att bedöma dominant-undergivet beteende finns för olika arter, inklusive gnagare, fåglar8, icke-mänskliga primater 9,10,11 och människor 12. Den dominant-undergivna metoden är väl representerad i litteraturen och har tillämpats som modell för att bedöma mani och depression13, samt antidepressiv läkemedelsaktivitet14. Denna modell har använts för att undersöka tidig livsstress efter moderns separation hos vuxna råttor15. DSR-paradigmerna kan delas in i tre modeller: minskningen av dominerande beteendemodell 13,16, minskningen av undergiven beteendemodell14 och klonidinvändningen av dominansmodell17.
Denna studie visar en undersökning av DSR genom uppgifter baserade på livsmedelskonkurrens. Fördelarna med denna metod är dess enkla reproducerbarhet och förmågan att observera och noggrant analysera dominant-underdanigt beteende. Dessutom är den dominerande underdaniga beteendeuppgiften beroende av mat snarare än territorium, till skillnad från jämförbara beteendeuppgifter, vilket gör denna beteendeuppgift lägre kostnad och enklare och forskare behöver inte genomgå komplicerad träning för att utföra uppgiften och bearbeta data.
Det övergripande målet med den aktuella studien är att påvisa utvecklingen av DSR efter traumatisk hjärnskada (TBI). TBI är förknippat med sociala funktionsnedsättningar, depression och ångest. Modellen för att inducera TBI är en enkel och effektiv standardmodell som innebär att inducera traumatisk hjärnskada med en vätskeslaganordning18,19.
Protocol
Representative Results
Discussion
Kliniska studier tyder på att hjärnskada kan öka risken för psykiska störningar26,27. Dessutom påverkar TBI utvecklingen av socialt beteende28,29. I detta protokoll hade TBI-modellen en effekt på presentationen av dominant-undergivet beteende. Dominant-underdanigt beteende manifesterade sig när det gäller tid som spenderades på mataren och vem kom först till mataren.
<p class="jove_content"…Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Arbetet är en del av Dmitry Franks doktorsavhandling.
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).
