Summary

Комплекс дайвинг-для-продовольственной задачи по расследованию социальной организации и взаимодействия в крыс

Published: May 08, 2021
doi:

Summary

Этот протокол описывает метод изучения социальной иерархии в крысиной модели. Крысы выполняют сложную задачу дайвинга в пищу, в которой они образуют четкую иерархию в соответствии с их готовностью нырять под водой и плавать, чтобы получить пищевую гранулу. Этот метод используется для понимания принятия решений и социальных отношений между высоко социальными животными в небольших группах.

Abstract

Для многих видов, где статус является жизненно важным мотиватором, который может повлиять на здоровье, социальные иерархии влияют на поведение. Социальные иерархии, которые включают доминирующие покорные отношения, распространены как в животных, так и в человеческих обществах. Эти отношения могут быть затронуты взаимодействия с другими людьми и с их окружающей средой, что делает их трудно анализировать в контролируемом исследовании. Вместо простой иерархии доминирования, это образование имеет сложную презентацию, которая позволяет крысам избежать агрессии. Статус может быть застойным или изменчивым и приводить к сложным расслоениям общества. Здесь мы описываем сложную задачу дайвинга в пищу для исследования социальной иерархии грызунов и поведенческих взаимодействий. Эта модель животных может позволить нам оценить взаимосвязь между широким спектром психических заболеваний и общественной организацией, а также изучить эффективность терапии социальной дисфункции.

Introduction

Крысы являются высоко социальными животными, что делает их идеальной моделью для понимания социального поведения и того, как это связано с принятием решений. Крысы делятся на иерархические группы, основанные на доминирующих и покорных отношениях. Крысы могут быть обучены для задач, которые выражают сотрудничество, управление рисками, обманчивое поведение, и поведение, которое меняется в зависимостиот решений других крыс 1,2. Исследования с крысиных моделей, выражаюющих такое поведение оказаться полезным в понимании социальной структуры и ее отношение к принятию решений с актуальностью для человеческой психологии.

Как необходимый ресурс, доступ к продовольствию является основной причиной для социальной организации среди крыс3. Наивные крысы были замечены участие в социальном взаимодействии и дифференциации вситуациях, когда доступ к пище был ограничен 1,2,4,5,6,7,8. В одном исследовании, взрослые крысы должны были пересечь туннель под водой, чтобы получить доступ к пище, а затем принести пищу обратно через туннель в клетку9. Индивидуальные крысы в каждой группе были в состоянии быть классифицированы в соответствии с их методом получения пищи. Появились два поведенческих профиля: первый – это “носители”, которые ныряют вниз и плавают под водой к кормушки, получают гранулы и держат гранулы во рту, когда они плывут обратно в клетку. Вторая группа – это «невозобыви», которые не ныряют и не получают пищу только путем воровства у перевозчиков. В группах из шести крыс, примерно половина были носителями, а другая половина не9. Все крысы были замечены в качестве носителей, когда они были обучены индивидуально в дайвинг аппарат10.

Аналогичные поведенческие задачи животных включают конкуренцию за пищу или пространство и были использованы скурами 11,грызунами 12,13,14,15исвиньями 16. В трубчатом тесте, две мыши отправляются через узкую трубку с противоположных концов, с одной мыши обязательно у сожалению право пути к другому. Этот тест помогает в измерении социальногодоминирования 17,18,19. Поведенческий тест называют теплое пятно тест мышей конкурировать за позицию в небольшом теплом месте в противном случае холоднойклетке 19,20.

Последующая задача дайвинга в пищу, которая является более сложной позволяет перевозчика крыс иметь доступ ко второй клетке, вдали от не-носителей, где они могли бы потреблять пищуотдельно 4. В этом протоколе мы представляем задачу «нырять в пищу» в качестве альтернативной модели социальной иерархии и поведения крыс. Эта задача дайвинга в пищу обеспечивает метод для крыс, чтобы избежать социальных групп основной клетке и, следовательно, избежать агрессии и социальных взаимодействий других крыс. Эта задача вводит возможность избегая социального поведения у крыс, которые могут прояснить наше понимание социальной агрессии.

Социальное функционирование, которое описывает способность участвовать в нормальных социальных ролей, могут быть затронуты условия, такие как депрессия3. Угнетенные люди часто борются с безработицей, имеют мало социальных контактов, и вряд ли занимаютсядосугом 3. Эффективное лечение депрессии часто измеряется улучшением социальной и межличностнойфункции 21. Антидепрессанты лечения, однако, различаются по своей эффективности в лечении нарушений в социальном функционировании, связанных сдепрессией 3.

В этой методологии, мы индуцированных депрессивное состояние у крыс через хронический стресс-тест и оценили уровень крыс агедония, одна из особенностей депрессии, как состояние, с сахарозой предпочтения тест. Анхедонические крысы, а также ангедонические крысы, которым вводили антидепрессанты, отслеживались с помощью задачи «нырять в пищу» по сравнению с контрольной группой.

Ранее упомянутые дайвинг в пищу задачи напоминают тесты конкуренции пищи, которые часто используют только одну пару животных или один дихотомии в качестве точки сравнения, такие как перевозчики и не-носителей и единый анализ, который сравнивает представлениедоминирование 15,17,22. Наш метод определяет более сложные взаимодействия между крысами через делений на несколько типов поведения, в том числе: носителей и не-носителей, тех, кто борется за пищу и тех, кто этого не делают, и крыс, которые разделяют пищу или перейти к отдельным клеткам. Мы считаем, что этот протокол является единственным типом, который использует иерархию для оценки сложной структуры социального взаимодействия в группе животных, а не в парах. Это будет полезно для исследований, которые проверяют доминирование на основе пищевых предпочтений, а также исследования, которые направлены на уточнение более иерархических отношений, которые не ограничиваются доминирующей покорной модели.

В этом протоколе мы подробно описываем сложную задачу дайвинга в пищу для исследования социальной организации и взаимодействия у крыс с изменениями в индивидуальном поведении, особенно после развития анхедонии. Эта модель животных также может быть использована для изучения других психических состояний, связанных с изменениями в социальном поведении и иерархии.

Protocol

Эксперименты проводились в соответствии с рекомендациями Хельсинкских и Токийских деклараций и Руководящих принципов использования экспериментальных животных Европейского сообщества. Эксперименты были одобрены Комитетом по уходу за животными Университета Бен-Гуриона в Негеве. Ко?…

Representative Results

Изменения веса телаОдной из сторон ANOVA не показывает каких-либо различий в изменениях массы тела между экспериментальными группами в течение 21 дней дайвинг-для-пищевой задачи. Со 2 по 21 дни произошли изменения в весе тела для всех 3 групп (p’lt;0.01, Таблица 1). <p class="jove_cont…

Discussion

Социальные иерархии определяют поведение многих видов, включая людей, и часто определяются отношениями, основанными на агрессии и подчинении. Эти отношения часто зависят от факторов окружающей среды в дополнительной к социальнымструктурам 35. Социальные образования, осно…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Благодарим профессора Елену Севериновскую, Анастасию Галинскую и Марину Кушерову из кафедры физиологии, биологии, экологии и медицины, а также Олеся Гончара из Днепровского университета, Днепр, Украина, за помощь в анализе видеозаписей теста общественной организации.

Materials

Alcohol Pharmacy 99% pharmaceutical alcohol diluted to 5% and used for cleaning the open field test box before the introduction of each rat
Bottles Techniplast ACBT0262SU 150 mL bottles filled with 100 mL of water and 100 mL of 1% (w/v) sucrose solution
Equipment for Diving for Food Task (Plexiglas) self made in Ben Gurion University of Negev Two cages (50 x 50 x 50 cm) to an aquarium (130 x 35 x 50 cm) via tunnels
Imipramine hydrochloride SIGMA Lot# SLBB9914V (Tricyclic antidepressant) 20 mg/kg intraperitoneally once per day for 3 weeks
Purina Chow Purina 5001 Rodent laboratory chow given to rats, mice and hamster is a life-cycle nutrition that has been used in biomedical researc for over 5
Rat Cages Techniplast 2000P Conventional housing for rodents. Was used for housing rats throughout the experiment
Video Camera Canon Digital video camera for high definition recording of rat behavior under plus maze test

References

  1. Colin, C., Desor, D. Differenciations comportementales dans des groupes de rats soumis a une difficulte d’acces a la nourriture. Behavioural Processes. 13 (1-2), 85-100 (1986).
  2. 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).
  3. Hirschfeld, R. M., et al. Social functioning in depression: a review. Journal of Clinical Psychiatry. 61 (4), 268-275 (2000).
  4. Grasmuck, V., Desor, D. Behavioural differentiation of rats confronted to a complex diving-for-food situation. Behavioural Processes. 58 (1-2), 67-77 (2002).
  5. Grasmuck, V., Desor, D. Behavioural differentiation of rats confronted to a complex diving-for-food situation. Behavioural Processes. 58 (1-2), 67-77 (2002).
  6. Thullier, F., Desor, D., Mos, J., Krafft, B. Effect of group size on social organization in rats with restricted access to food. Physiology & Nehavior. 52 (1), 17-20 (1992).
  7. Schroeder, H., Toniolo, A., Nehlig, A., Desor, D. Long-term effects of early diazepam exposure on social differentiation in adult male rats subjected to the diving-for-food situation. Behavioral Neuroscience. 112 (5), 1209 (1998).
  8. Helder, R., Desor, D., Toniolo, A. -. M. Potential stock differences in the social behavior of rats in a situation of restricted access to food. Behavior Genetics. 25 (5), 483-487 (1995).
  9. Thullier, F., Desor, D., Mos, J., Krafft, B. Effect of group size on social organization in rats with restricted access to food. Physiology & Behavior. 52 (1), 17-20 (1992).
  10. Krafft, B., Colin, C., Peignot, P. Diving-for-food: a new model to assess social roles in a group of laboratory rats. Ethology. 96 (1), 11-23 (1994).
  11. Lee, Y. -. p., Craig, J., Dayton, A. The social rank index as a measure of social status and its association with egg production in White Leghorn pullets. Applied Animal Ethology. 8 (4), 377-390 (1982).
  12. Timmer, M., Sandi, C. A role for glucocorticoids in the long-term establishment of a social hierarchy. Psychoneuroendocrinology. 35 (10), 1543-1552 (2010).
  13. Ujita, W., Kohyama-Koganeya, A., Endo, N., Saito, T., Oyama, H. Mice lacking a functional NMDA receptor exhibit social subordination in a group-housed environment. The FEBS journal. 285 (1), 188-196 (2018).
  14. Merlot, E., Moze, E., Bartolomucci, A., Dantzer, R., Neveu, P. J. The rank assessed in a food competition test influences subsequent reactivity to immune and social challenges in mice. Brain, Behavior, and Immunity. 18 (5), 468-475 (2004).
  15. Cordero, M. I., Sandi, C. Stress amplifies memory for social hierarchy. Frontiers in Neuroscience. 1, 13 (2007).
  16. Hessing, M., Tielen, M. The effect of climatic environment and relocating and mixing on health status and productivity of pigs. Animal Science. 59 (1), 131-139 (1994).
  17. Fan, Z., et al. Using the tube test to measure social hierarchy in mice. Nature Protocols. 14 (3), 819-831 (2019).
  18. Lucion, A., Vogel, W. H. Effects of stress on defensive aggression and dominance in a water competition test. Integrative Physiological and Behavioral Science. 29 (4), 415-422 (1994).
  19. Zhu, H., Hu, H. Brain’s neural switch for social dominance in animals. Science China Life Sciences. 61, 113-114 (2018).
  20. Zhou, T., et al. History of winning remodels thalamo-PFC circuit to reinforce social dominance. Science. 357 (6347), 162-168 (2017).
  21. Bech, P. Social functioning: should it become an endpoint in trials of antidepressants. CNS Drugs. 19 (4), 313-324 (2005).
  22. Saxena, K., et al. Experiential contributions to social dominance in a rat model of fragile-X syndrome. Proceedings of the Royal Society B. 285 (1880), 20180294 (2018).
  23. Zeldetz, V., et al. A New Method for Inducing a Depression-Like Behavior in Rats. Journal of Visualized Experiments. (132), e57137 (2018).
  24. Boyko, M., et al. Establishment of an animal model of depression contagion. Behavioural Brain Research. 281, 358-363 (2015).
  25. 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).
  26. Castagné, V., Moser, P., Roux, S., Porsolt, R. D. Rodent models of depression: forced swim and tail suspension behavioral despair tests in rats and mice. Current Protocols in Neuroscience. 55 (1), 11-14 (2011).
  27. Elgarf, A. -. S. A., et al. Lipopolysaccharide repeated challenge followed by chronic mild stress protocol introduces a combined model of depression in rats: reversibility by imipramine and pentoxifylline. Pharmacology Biochemistry and Behavior. 126, 152-162 (2014).
  28. Ismail, B., et al. Behavioural, metabolic, and endothelial effects of the TNF-α suppressor thalidomide on rats subjected to chronic mild stress and fed an atherogenic diet. Canadian Journal of Physiology and Pharmacology. 92 (5), 375-385 (2014).
  29. Helder, R., Desor, D., Toniolo, A. M. Potential stock differences in the social behavior of rats in a situation of restricted access to food. Behavior Genetics. 25 (5), 483-487 (1995).
  30. Deviterne, D., Peignot, P., Krafft, B. Behavioral profiles of adult rats in a difficult food supply social situation, related to certain early behavioral features. Developmental Psychobiology. 27 (4), 215-225 (1994).
  31. Kuts, R., et al. A Middle Cerebral Artery Occlusion Technique for Inducing Post-stroke Depression in Rats. Journal of Visualized Experiments. (147), e58875 (2019).
  32. Boyko, M., et al. The influence of aging on poststroke depression using a rat model via middle cerebral artery occlusion. Cognitive, Affective, & Behavioral Neuroscience. 13 (4), 847-859 (2013).
  33. Boyko, M., et al. The neuro-behavioral profile in rats after subarachnoid hemorrhage. Brain Research. 1491, 109-116 (2013).
  34. Boyko, M., et al. Establishment of an animal model of depression contagion. Behavioural Brain Research. 281, 358-363 (2015).
  35. Malatynska, E., Pinhasov, A., Crooke, J. J., Smith-Swintosky, V. L., Brenneman, D. E. Reduction of dominant or submissive behaviors as models for antimanic or antidepressant drug testing: technical considerations. Journal of Neuroscience Methods. 165 (2), 175-182 (2007).
  36. 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).
  37. Cordero, M. I., Sandi, C. Stress amplifies memory for social hierarchy. Frontiers in Neuroscience. 1 (1), 175-184 (2007).
  38. Lewon, M., Houmanfar, R. A., Hayes, L. J. The Will to Fight: Aversion-Induced Aggression and the Role of Motivation in Intergroup Conflicts. Perspectives on Behavior Science. 42 (4), 889-910 (2019).
  39. Ingram, K. M., Espelage, D. L., Davis, J. P., Merrin, G. J. Family Violence, Sibling, and Peer Aggression During Adolescence: Associations With Behavioral Health Outcomes. Frontiers in Psychiatry. 11, 26 (2020).
  40. Semenyna, S. W., Vasey, P. L. Bullying, Physical Aggression, Gender-Atypicality, and Sexual Orientation in Samoan Males. Archives of Sexual Behavior. 46 (5), 1375-1381 (2017).
  41. Gauthier, C., Griffin, G. Choosing an appropriate endpoint in experiments using animals for research, teaching and testing. Alternatives to Laboratory Animals. 27, 374 (1999).
  42. Organisation for Economic Co-operation and Development. ENV/JM/MONO, 2000. Organisation for Economic Co-operation and Development. , (2000).
  43. Stokes, W. S. Humane endpoints for laboratory animals used in regulatory testing. ILAR Journal. 43, 31-38 (2002).
  44. Savvas, I., Anagnostou, T., Kazakos, G. Choosing an appropriate endpoint in experiments using animals. Archives of Hellenic Medicine. 26 (6), 778-786 (2009).
  45. Vives, A., et al. Employment precariousness in Spain: prevalence, social distribution, and population-attributable risk percent of poor mental health. International Journal of Health Services. 41 (4), 625-646 (2011).
  46. Bossarte, R. M., Blosnich, J. R., Piegari, R. I., Hill, L. L., Kane, V. Housing instability and mental distress among US veterans. American Journal of Public Health. 103, 213-216 (2013).

Play Video

Cite This Article
Gruenbaum, B. F., Frank, D., Savir, S., Shiyntum, H. N., Kuts, R., Vinokur, M., Melamed, I., Dubilet, M., Zlotnik, A., Boyko, M. A Complex Diving-For-Food Task to Investigate Social Organization and Interactions in Rats. J. Vis. Exp. (171), e61763, doi:10.3791/61763 (2021).

View Video