Travmatik Beyin Hasarı Sonrası Yetişkin Sıçanlarda Baskın-İtaatkar Davranışların Değerlendirilmesi
Summary
Mevcut protokol, sıvı perküsyonuna bağlı travmatik beyin hasarının bir sıçan modelini ve ardından baskın ve itaatkar davranışın gelişimini anlamak için bir dizi davranış testini tanımlamaktadır. Bu travmatik beyin hasarı modelinin belirli davranış testleriyle birlikte kullanılması, beyin hasarını takiben sosyal bozuklukların incelenmesini sağlar.
Abstract
Yiyecek, bölge ve eşler gibi kaynaklar üzerindeki rekabet, hayvan türleri içindeki ilişkileri önemli ölçüde etkiler ve genellikle baskın-itaatkar ilişkilere dayanan sosyal hiyerarşiler aracılığıyla aracılık eder. Baskın-itaatkar ilişki, bir türün bireyleri arasında normal bir davranış kalıbıdır. Travmatik beyin hasarı, sosyal etkileşim bozukluğunun ve hayvan çiftlerinde baskın-itaatkar ilişkilerin yeniden düzenlenmesinin sık görülen bir nedenidir. Bu protokol, yetişkin erkek Sprague-Dawley sıçanlarında, travmatik beyin hasarının indüksiyonundan sonra, indüksiyondan sonraki 29 gün ile 33 gün arasında yapılan bir dizi baskın-itaatkar test yoluyla naif sıçanlara kıyasla bir sıvı-perküsyon modeli kullanılarak itaatkar davranışları tanımlar. Baskın-itaatkar davranış testi, beyin hasarının yiyecek için yarışan hayvanlarda itaatkar davranışı nasıl tetikleyebileceğini göstermektedir. Travmatik beyin hasarından sonra, kemirgenler, besleyicide daha az zaman harcadıkları ve kontrol hayvanlarına kıyasla oluğa ilk önce gelme olasılıklarının daha düşük olduğu gibi daha itaatkardı. Bu protokole göre, yetişkin erkek sıçanlarda travmatik beyin hasarından sonra itaatkar davranış gelişir.
Introduction
Türler arası rekabet, aynı türün üyeleri aynı anda sınırlı bir kaynak için rekabet ettiğinde ortaya çıkar1. Buna karşılık, türler arası rekabet iki farklı türün üyeleri arasında gerçekleşir2. Türler arası rekabet, müdahale (uyarlanmış) ve sömürü (yarışma) dahil olmak üzere iki türe ayrılır ve gıda ve bölge3 gibi çekişmeli kaynak türüne bağlı olarak ortaya çıkar.
Toplumsal hiyerarşilerin varlığı, baskın-itaatkâr ilişkiler (DSR’ler) olmadan mümkün değildir. Egemenlik, hayvan çiftleri içinde “kazanmak” ve tabi olmayı “kaybetmek” olarak sunar4. Bununla birlikte, DSR’ler sadece çiftler halinde değil, aynı zamanda üç veya daha fazla kişilik gruplar halinde de görünür. 1922’de Thorleif Schjelderup-Ebbe, evcil tavuklardaki baskınlık hiyerarşisini tanımladı. Baskın ve alt hayvanlar arasındaki başlıca ayırt edici işaretler, besleyicide geçirilen zaman ve agresif davranıştı. Baskınlık hiyerarşisi iki forma ayrılır: doğrusal ve doğrusal olmayan5. Doğrusal baskınlık, A ve B olmak üzere iki grubu içerir. Bu geçişli ilişkiler paradigmasında6, A grubu B grubuna hükmeder veya B grubu A grubuna hükmeder. Doğrusal olmayan baskınlık, en az bir dairesel ilişki olduğunda ortaya çıkar: A, B’ye hükmeder, B C’ye hükmeder ve C, A7’ye hükmeder.
Baskın-itaatkar davranışı değerlendirmek için modeller, kemirgenler, kuşlar8, insan olmayan primatlar 9,10,11 ve insanlar 12 dahil olmak üzere farklı türler için mevcuttur. Baskın-itaatkar yöntem literatürde iyi temsil edilmiştir ve mani ve depresyon13’ün yanı sıra antidepresan ilaç aktivitesi14’ü değerlendirmek için bir model olarak uygulanmıştır. Bu model, yetişkin sıçanlarda maternal ayrılma sonrası erken yaşam stresini araştırmak için kullanılmıştır15. DSR paradigmaları üç modele ayrılabilir: baskın davranış modelinin azaltılması13,16, itaatkar davranış modelinin azaltılması 14 ve baskınlık modelinin klonidin tersine çevrilmesi17.
Bu çalışma, DSR’nin gıda rekabetine dayalı görevler yoluyla araştırıldığını göstermektedir. Bu yöntemin avantajları, kolay tekrarlanabilirliği ve baskın-itaatkar davranışı gözlemleme ve doğru bir şekilde analiz etme yeteneğidir. Ek olarak, baskın-itaatkar davranışsal görev, karşılaştırılabilir davranışsal görevlerin aksine, bölgeden ziyade yiyeceğe dayanır, bu da bu davranışsal görevi daha düşük maliyetli ve daha basit hale getirir ve araştırmacıların görevi yerine getirmek ve verileri işlemek için karmaşık bir eğitimden geçmelerine gerek yoktur.
Bu çalışmanın genel amacı, travmatik beyin hasarı (TBH) sonrası DSR’nin gelişimini göstermektir. TBI, sosyal bozukluklar, depresyon ve anksiyete ile ilişkilidir. TBI’yı indükleme modeli, bir sıvı perküsyon cihazı18,19 ile travmatik beyin hasarını indüklemeyi içeren basit ve etkili bir standart modeldir.
Protocol
Representative Results
Discussion
Klinik çalışmalar, beyin hasarının psikiyatrik bozukluk riskini artırabileceğini göstermektedir26,27. Ayrıca, TBH sosyal davranış gelişimini etkiler28,29. Bu protokolde, TBI modelinin baskın-itaatkar davranışların sunumu üzerinde etkisi olmuştur. Baskın-itaatkar davranış, besleyiciye harcanan zaman ve besleyiciye ilk kimin geldiği açısından kendini gösterdi.
<p class="jove_co…Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Yapılan çalışmalar Dmitry Frank’in doktora tezinin bir parçası.
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).
