تقييم السلوك المهيمن الخاضع في الفئران البالغة بعد إصابات الدماغ الرضحية
Summary
يصف البروتوكول الحالي نموذجا للفئران لإصابات الدماغ الرضحية الناجمة عن قرع السوائل تليها سلسلة من الاختبارات السلوكية لفهم تطور السلوك السائد والخاضع. يتيح استخدام هذا النموذج من إصابات الدماغ الرضحية جنبا إلى جنب مع اختبارات سلوكية محددة دراسة الإعاقات الاجتماعية بعد إصابة الدماغ.
Abstract
تؤثر المنافسة على الموارد مثل الطعام والأراضي والشركاء بشكل كبير على العلاقات داخل الأنواع الحيوانية ويتم التوسط فيها من خلال التسلسلات الهرمية الاجتماعية التي غالبا ما تستند إلى علاقات المهيمنة والخاضعة. العلاقة المهيمنة والخاضعة هي نمط سلوكي طبيعي بين أفراد النوع. إصابات الدماغ الرضحية هي سبب متكرر لضعف التفاعل الاجتماعي وإعادة تنظيم العلاقات المهيمنة الخاضعة في أزواج الحيوانات. يصف هذا البروتوكول السلوك الخاضع في ذكور الفئران البالغة Sprague-Dawley بعد تحريض إصابة الدماغ الرضحية باستخدام نموذج قرع السوائل مقارنة بالفئران الساذجة من خلال سلسلة من الاختبارات الخاضعة السائدة التي أجريت بين 29 يوما و 33 يوما بعد التحريض. يظهر اختبار السلوك المهيمن الخاضع كيف يمكن لإصابات الدماغ أن تحفز السلوك الخاضع في الحيوانات التي تتنافس على الطعام. بعد إصابة الدماغ الرضحية ، كانت القوارض أكثر خضوعا ، كما يتضح من أنها تقضي وقتا أقل في وحدة التغذية وتقل احتمالية وصولها أولا إلى الحوض الصغير مقارنة بالحيوانات الضابطة. وفقا لهذا البروتوكول ، يتطور السلوك الخاضع بعد إصابة الدماغ المؤلمة في الفئران الذكور البالغة.
Introduction
تحدث المنافسة بين الأنواع عندما يتنافس أعضاء من نفس النوع على مورد محدود في نفس الوقت1. في المقابل ، تحدث المنافسة بين الأنواع بين أعضاء نوعين مختلفين2. تنقسم المنافسة بين الأنواع إلى نوعين ، بما في ذلك التداخل (المكيف) والاستغلال (المسابقة) ، وتنشأ اعتمادا على نوع المورد المتنازع عليه ، مثل الغذاء والأراضي3.
إن وجود التسلسلات الهرمية الاجتماعية أمر مستحيل بدون علاقات مهيمنة خاضعة (DSRs). تقدم الهيمنة على أنها “ربح” والتبعية على أنها “خسارة” داخل أزواج من الحيوانات4. ومع ذلك ، لا تظهر DSRs في أزواج فحسب ، بل تظهر أيضا في مجموعات من ثلاثة أشخاص أو أكثر. في عام 1922 ، وصف ثورليف شيلديروب إيبي التسلسل الهرمي للهيمنة في الدجاج المنزلي. كانت العلامات المميزة الرئيسية بين الحيوانات المهيمنة والتابعة هي الوقت الذي يقضيه في وحدة التغذية والسلوك العدواني. ينقسم التسلسل الهرمي للهيمنة إلى شكلين: خطي وغير خطي5. تتضمن الهيمنة الخطية مجموعتين ، A و B. في هذا النموذج من العلاقات المتعدية6 ، تهيمن المجموعة A على المجموعة B ، أو تهيمن المجموعة B على المجموعة A. تحدث السيادة غير الخطية عندما تكون هناك علاقة دائرية واحدة على الأقل: A تهيمن B ، B تهيمن C ، و C تهيمن على A7.
توجد نماذج لتقييم السلوك المهيمن الخاضع لأنواع مختلفة ، بما في ذلك القوارض والطيور8 والرئيسيات غير البشرية9،10،11 والبشر12. يتم تمثيل طريقة الخضوع المهيمنة بشكل جيد في الأدبيات وقد تم تطبيقها كنموذج لتقييم الهوس والاكتئاب13 ، وكذلك نشاط الأدوية المضادة للاكتئاب14. تم استخدام هذا النموذج للتحقيق في ضغوط الحياة المبكرة بعد انفصال الأمهات في الفئران البالغة15. يمكن تقسيم نماذج DSR إلى ثلاثة نماذج: الحد من نموذج السلوك السائد 13,16 ، والحد من نموذج السلوك الخاضع14 ، ونموذج انعكاس الكلونيدينللهيمنة 17.
توضح هذه الدراسة التحقيق في DSR من خلال المهام القائمة على المنافسة الغذائية. تتمثل مزايا هذه الطريقة في سهولة استنساخها والقدرة على مراقبة السلوك المهيمن الخاضع وتحليله بدقة. بالإضافة إلى ذلك، تعتمد المهمة السلوكية المهيمنة الخاضعة على الطعام بدلا من الأرض، على عكس المهام السلوكية المماثلة، مما يجعل هذه المهمة السلوكية أقل تكلفة وأبسط ولا يحتاج الباحثون إلى الخضوع لتدريب معقد لأداء المهمة ومعالجة البيانات.
الهدف العام من الدراسة الحالية هو إثبات تطور DSR بعد إصابة الدماغ الرضحية (TBI). يرتبط إصابات الدماغ الرضية بالإعاقات الاجتماعية والاكتئاب والقلق. نموذج إحداث إصابات الدماغ الرضية هو نموذج قياسي بسيط وفعال يتضمن إحداث إصابات الدماغ الرضحية بجهاز قرع السوائل18,19.
Protocol
Representative Results
Discussion
تشير الدراسات السريرية إلى أن إصابة الدماغ قد تزيد من خطر الاضطرابات النفسية26,27. علاوة على ذلك ، يؤثر TBI على تطور السلوك الاجتماعي28,29. في هذا البروتوكول ، كان لنموذج TBI تأثير على عرض السلوك المهيمن الخاضع. تجلى السلوك المهيمن ا…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
العمل المنجز هو جزء من أطروحة الدكتوراه لديمتري فرانك.
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).
