Evaluación del comportamiento dominante-sumiso en ratas adultas después de una lesión cerebral traumática
Summary
El presente protocolo describe un modelo de rata de lesión cerebral traumática inducida por percusión fluida, seguido de una serie de pruebas de comportamiento para comprender el desarrollo del comportamiento dominante y sumiso. El uso de este modelo de lesión cerebral traumática junto con pruebas de comportamiento específicas permite el estudio de las deficiencias sociales después de una lesión cerebral.
Abstract
La competencia por recursos como la comida, el territorio y las parejas influye significativamente en las relaciones dentro de las especies animales y está mediada por jerarquías sociales que a menudo se basan en relaciones dominantes-sumisas. La relación dominante-sumisa es un patrón de comportamiento normal entre los individuos de una especie. La lesión cerebral traumática es una causa frecuente de deterioro de la interacción social y la reorganización de las relaciones dominante-sumisas en parejas de animales. Este protocolo describe el comportamiento sumiso en ratas Sprague-Dawley macho adultas después de la inducción de lesión cerebral traumática utilizando un modelo de percusión fluida en comparación con ratas ingenuas a través de una serie de pruebas dominantes-sumisas realizadas entre 29 días y 33 días después de la inducción. La prueba de comportamiento dominante-sumiso muestra cómo la lesión cerebral puede inducir un comportamiento sumiso en animales que compiten por la comida. Después de una lesión cerebral traumática, los roedores fueron más sumisos, como lo indica que pasaron menos tiempo en el comedero y tuvieron menos probabilidades de llegar primero al comedero en comparación con los animales de control. De acuerdo con este protocolo, el comportamiento sumiso se desarrolla después de una lesión cerebral traumática en ratas macho adultas.
Introduction
La competencia intraespecie ocurre cuando los miembros de la misma especie compiten por un recurso limitado al mismo tiempo1. En contraste, la competencia entre especies ocurre entre miembros de dos especies diferentes2. La competencia intraespecie se divide en dos tipos, incluyendo interferencia (adaptada) y explotación (concurso), y surge dependiendo del tipo de recurso en disputa, como el alimento y el territorio3.
La existencia de jerarquías sociales es imposible sin relaciones dominantes-sumisas (DSR). La dominación se presenta como “ganar” y la subordinación como “perder” dentro de pares de animales4. Sin embargo, los DSR aparecen no solo en pares, sino también en grupos de tres o más. En 1922, Thorleif Schjelderup-Ebbe describió la jerarquía de dominancia en pollos domésticos. Los principales signos distintivos entre los animales dominantes y subordinados fueron el tiempo pasado en el comedero y el comportamiento agresivo. La jerarquía de dominancia se divide en dos formas: lineal y no lineal5. La dominancia lineal involucra dos grupos, A y B. En este paradigma de relaciones transitivas6, el grupo A domina al grupo B, o el grupo B domina al grupo A. La dominancia no lineal ocurre cuando hay al menos una relación circular: A domina a B, B domina a C y C domina a A7.
Existen modelos para evaluar el comportamiento dominante-sumiso para diferentes especies, incluidos roedores, aves8, primates no humanos 9,10,11 y humanos 12. El método dominante-sumiso está bien representado en la literatura y ha sido aplicado como modelo para evaluar la manía y la depresión13, así como la actividad de los fármacosantidepresivos 14. Este modelo se ha utilizado para investigar el estrés de la vida temprana después de la separación materna en ratas adultas15. Los paradigmas DSR se pueden dividir en tres modelos: el modelo de reducción del comportamiento dominante 13,16, el modelo de reducción del comportamiento sumiso14 y el modelo de inversión de la dominancia de clonidina17.
Este estudio demuestra una investigación de DSR a través de tareas basadas en la competencia alimentaria. Las ventajas de este método son su fácil reproducibilidad y la capacidad de observar y analizar con precisión el comportamiento dominante-sumiso. Además, la tarea conductual dominante-sumisa se basa en la comida en lugar del territorio, a diferencia de las tareas conductuales comparables, lo que hace que esta tarea conductual sea más barata y simple y los investigadores no necesitan someterse a un entrenamiento complicado para realizar la tarea y procesar los datos.
El objetivo general del estudio actual es demostrar el desarrollo de DSR después de una lesión cerebral traumática (TBI). TBI se asocia con impedimentos sociales, depresión y ansiedad. El modelo de inducción de TCE es un modelo estándar simple y efectivo que consiste en inducir lesión cerebral traumática con un dispositivo de percusión fluida18,19.
Protocol
Representative Results
Discussion
Estudios clínicos indican que la lesión cerebral puede aumentar el riesgo de trastornos psiquiátricos26,27. Además, el TCE afecta el desarrollo del comportamiento social28,29. En este protocolo, el modelo TBI tuvo un efecto en la presentación del comportamiento dominante-sumiso. El comportamiento dominante-sumiso se manifestó en términos del tiempo dedicado al alimentador y quién llegó primero al…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Los trabajos realizados forman parte de la tesis doctoral de Dmitry Frank.
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).
