Vurdering av dominant-underdanig atferd hos voksne rotter etter traumatisk hjerneskade
Summary
Den nåværende protokollen beskriver en rottemodell av væskeperkusjonsindusert traumatisk hjerneskade etterfulgt av en rekke atferdstester for å forstå utviklingen av dominerende og underdanig oppførsel. Ved å bruke denne modellen av traumatisk hjerneskade i forbindelse med spesifikke atferdstester, kan man studere sosiale funksjonsnedsettelser etter hjerneskade.
Abstract
Konkurranse om ressurser som mat, territorium og kompiser påvirker forholdene innen dyrearter betydelig og formidles gjennom sosiale hierarkier som ofte er basert på dominerende-underdanige forhold. Det dominerende-underdanige forholdet er et normalt atferdsmønster blant individer av en art. Traumatisk hjerneskade er en hyppig årsak til sosial interaksjonssvikt og omorganisering av dominerende-underdanige forhold i dyrepar. Denne protokollen beskriver underdanig atferd hos voksne hannrotter av Sprague-Dawley etter induksjon av traumatisk hjerneskade ved hjelp av en væskeperkusjonsmodell sammenlignet med naive rotter gjennom en serie dominant-underdanige tester utført mellom 29 dager og 33 dager etter induksjon. Den dominante-underdanige atferdstesten viser hvordan hjerneskade kan indusere underdanig oppførsel hos dyr som konkurrerer om mat. Etter traumatisk hjerneskade var gnagere mer underdanige, noe som indikeres av at de brukte mindre tid på materen og var mindre sannsynlig å komme først til trough sammenlignet med kontrolldyrene. Ifølge denne protokollen utvikler underdanig oppførsel etter traumatisk hjerneskade hos voksne hannrotter.
Introduction
Konkurranse mellom arter oppstår når medlemmer av samme art konkurrerer om en begrenset ressurs samtidig1. I motsetning til dette oppstår interspecies konkurranse mellom medlemmer av to forskjellige arter2. Konkurranse mellom arter deles inn i to typer, inkludert forstyrrelser (tilpasset) og utnyttelse (konkurranse), og oppstår avhengig av hvilken type ressurs det strides om, for eksempel mat og territorium3.
Eksistensen av sosiale hierarkier er umulig uten dominant-underdanige forhold (DSR). Dominans presenterer som “vinne” og underordning som “tape” innen par av dyr4. DSR vises imidlertid ikke bare i par, men også i grupper på tre eller flere. I 1922 beskrev Thorleif Schjelderup-Ebbe dominanshierarkiet hos tamhøns. De viktigste kjennetegnene mellom de dominante og underordnede dyrene var tid brukt på materen og aggressiv oppførsel. Dominanshierarkiet er delt inn i to former: lineær og ikke-lineær5. Lineær dominans involverer to grupper, A og B. I dette paradigmet av transitive relasjoner6 dominerer gruppe A gruppe B, eller gruppe B dominerer gruppe A. Ikke-lineær dominans oppstår når det er minst ett sirkulært forhold: A dominerer B, B dominerer C og C dominerer A7.
Modeller for å vurdere dominant-underdanig atferd eksisterer for forskjellige arter, inkludert gnagere, fugler8, ikke-menneskelige primater 9,10,11 og mennesker 12. Den dominant-underdanige metoden er godt representert i litteraturen og er anvendt som modell for å vurdere mani og depresjon13, samt antidepressiv medikamentaktivitet14. Denne modellen har blitt brukt til å undersøke tidlig livsstress etter separasjon fra mor hos voksne rotter15. DSR-paradigmene kan deles inn i tre modeller: reduksjonen av dominerende atferdsmodell 13,16, reduksjonen av underdanig atferdsmodell14 og klonidin-reversering av dominansmodell17.
Denne studien viser en undersøkelse av DSR gjennom oppgaver basert på matkonkurranse. Fordelene ved denne metoden er dens enkle reproduserbarhet og evnen til å observere og nøyaktig analysere dominant-underdanig oppførsel. I tillegg er den dominerende-underdanige atferdsoppgaven avhengig av mat i stedet for territorium, i motsetning til sammenlignbare atferdsoppgaver, noe som gjør denne atferdsoppgaven billigere og enklere, og forskere trenger ikke å gjennomgå komplisert trening for å utføre oppgaven og behandle dataene.
Det overordnede målet med den nåværende studien er å demonstrere utviklingen av DSR etter traumatisk hjerneskade (TBI). TBI er assosiert med sosiale funksjonsnedsettelser, depresjon og angst. Modellen for å indusere TBI er en enkel og effektiv standardmodell som innebærer å indusere traumatisk hjerneskade med en væskeslagenhet18,19.
Protocol
Representative Results
Discussion
Kliniske studier indikerer at hjerneskade kan øke risikoen for psykiske lidelser26,27. Videre påvirker TBI utviklingen av sosial atferd28,29. I denne protokollen hadde TBI-modellen en effekt på presentasjonen av dominant-underdanig oppførsel. Dominant-underdanig oppførsel manifesterte seg når det gjelder tid brukt på materen og hvem som kom først til materen.
I tillegg …
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Arbeidet som gjøres er en del av Dmitry Franks doktorgradsavhandling.
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).
