Summary

Оценка доминантно-покорного поведения взрослых крыс после черепно-мозговой травмы

Published: December 16, 2022
doi:

Summary

Настоящий протокол описывает крысиную модель черепно-мозговой травмы, вызванной жидкостной перкуссией, за которой следует серия поведенческих тестов для понимания развития доминирующего и покорного поведения. Использование этой модели черепно-мозговой травмы в сочетании со специфическими поведенческими тестами позволяет изучать социальные нарушения после черепно-мозговой травмы.

Abstract

Конкуренция за ресурсы, такие как пища, территория и партнеры, существенно влияет на отношения внутри видов животных и опосредована социальными иерархиями, которые часто основаны на отношениях доминант-подчинение. Отношения «доминант-сабмиссив» — это нормальная поведенческая модель среди особей вида. Черепно-мозговая травма является частой причиной нарушения социального взаимодействия и реорганизации отношений доминанта-подчинения в парах животных. Этот протокол описывает покорное поведение у взрослых самцов крыс Sprague-Dawley после индукции черепно-мозговой травмы с использованием жидкостно-перкуссионной модели по сравнению с наивными крысами с помощью серии тестов на доминантность-подчинение, выполненных между 29 и 33 днями после индукции. Тест на доминантно-покорное поведение показывает, как черепно-мозговая травма может вызвать покорное поведение у животных, конкурирующих за пищу. После черепно-мозговой травмы грызуны были более покорными, о чем свидетельствует то, что они проводили меньше времени у кормушки и с меньшей вероятностью первыми прибывали к кормушке по сравнению с контрольными животными. Согласно этому протоколу, покорное поведение развивается после черепно-мозговой травмы у взрослых крыс-самцов.

Introduction

Внутривидовая конкуренция возникает, когда представители одного и того же вида конкурируют за ограниченный ресурс в одно и то же время1. Напротив, межвидовая конкуренция происходит между представителями двух разных видов2. Внутривидовая конкуренция подразделяется на два типа, включая интерференцию (адаптированную) и эксплуатацию (конкуренцию), и возникает в зависимости от типа спорного ресурса, такого как пища и территория3.

Существование социальных иерархий невозможно без доминантно-покорных отношений (ДСР). Доминирование проявляется как «победа», а подчинение — как «проигрыш» в парах животных4. Однако DSR появляются не только парами, но и группами по три и более. В 1922 году Торлейф Шельдеруп-Эббе описал иерархию доминирования у домашних кур. Основными отличительными признаками между доминирующими и подчиненными животными были время, проведенное у кормушки, и агрессивное поведение. Иерархия доминирования делится на две формы: линейную и нелинейную5. Линейное доминирование включает в себя две группы: А и В. В этой парадигме транзитивных отношений6 группа А доминирует над группой В, или группа В доминирует над группой А. Нелинейное доминирование возникает, когда существует по крайней мере одно круговое отношение: А доминирует над В, В доминирует над С, а С доминирует над А7.

Модели оценки доминантно-покорного поведения существуют для различных видов, включая грызунов, птиц8, нечеловекообразных приматов 9,10,11 и людей 12. Метод доминантно-сабмиссивного хорошо представлен в литературе и был применен в качестве модели для оценки мании и депрессии13, а также активности антидепрессантов14. Эта модель была использована для исследования стресса в раннем возрасте после материнского разделения у взрослых крыс15. Парадигмы DSR можно разделить на три модели: редукция модели доминантного поведения 13,16, редукция моделиподчиненного поведения 14 и клонидин-реверсная модельдоминирования 17.

Это исследование демонстрирует исследование DSR с помощью задач, основанных на пищевой конкуренции. Преимуществами этого метода являются его легкая воспроизводимость и возможность наблюдать и точно анализировать доминантно-сабмиссивное поведение. Кроме того, поведенческая задача «доминант-сабмиссив» опирается на еду, а не на территорию, в отличие от сопоставимых поведенческих задач, что делает эту поведенческую задачу более дешевой и простой, и исследователям не нужно проходить сложную подготовку для выполнения задачи и обработки данных.

Общая цель настоящего исследования – продемонстрировать развитие DSR после черепно-мозговой травмы (ЧМТ). ЧМТ связана с социальными нарушениями, депрессией и тревогой. Модель индуцирования ЧМТ представляет собой простую и эффективную стандартную модель, которая предполагает индуцирование черепно-мозговой травмы с помощью жидкостного перкуссионного устройства18,19.

Protocol

Эксперименты были одобрены Комитетом по уходу за животными Университета Бен-Гуриона в Негеве.Эксперименты проводились в соответствии с рекомендациями Хельсинкской и Токийской деклараций и Руководства по уходу за лабораторными животными и их использованию Европейского сообщества. В…

Representative Results

Оценка неврологической степени тяжестиНеврологический дефицит оценивали у самцов крыс после ЧМТ с использованием НСС. Крысы были разделены на две группы: одну группу ЧМТ и одну контрольную группу. Контрольная группа была подвергнута фиктивной операции. NSS позволял оценить …

Discussion

Клинические исследования показывают, что черепно-мозговая травма может увеличить риск психических расстройств26,27. Более того, ЧМТ влияет на развитие социального поведения28,29. В этом протоколе модель ЧМТ влияла на предста?…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Проделанная работа является частью кандидатской диссертации Дмитрия Франка.

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

  1. Birch, L. C. The meanings of competition. The American Naturalist. 91 (856), 5-18 (1957).
  2. Crombie, A. C. Interspecific competition. The Journal of Animal Ecology. 16 (1), 44-73 (1947).
  3. Riechert, S. E., Dugatkin, L. A., Reeve, H. R. Game theory and animal contests. Game Theory and Animal Behavior. , 64-93 (1998).
  4. 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).
  5. Vonk, J., Shackelford, T. K. . Encyclopedia of Animal Cognition and Behavior. , (2019).
  6. De Vries, H. An improved test of linearity in dominance hierarchies containing unknown or tied relationships. Animal Behaviour. 50 (5), 1375-1389 (1995).
  7. Appleby, M. C. The probability of linearity in hierarchies. Animal Behaviour. 31 (2), 600-608 (1983).
  8. 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).
  9. Sapolsky, R. M. Endocrinology alfresco: psychoendocrine studies of wild baboons. Recent Progress in Hormone Research. 48, 437-468 (1993).
  10. Shively, C. A. Social subordination stress, behavior, and central monoaminergic function in female cynomolgus monkeys. Biological Psychiatry. 44 (9), 882-891 (1998).
  11. 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).
  12. Tse, W. S., Bond, A. J. Difference in serotonergic and noradrenergic regulation of human social behaviours. Psychopharmacology. 159 (2), 216-221 (2002).
  13. Malatynska, E., Knapp, R. J. Dominant-submissive behavior as models of mania and depression. Neuroscience & Biobehavioral Reviews. 29 (4-5), 715-737 (2005).
  14. Malatynska, E., et al. Reduction of submissive behavior in rats: A test for antidepressant drug activity. Pharmacology. 64 (1), 8-17 (2002).
  15. Frank, D., et al. Early life stress induces submissive behavior in adult rats. Behavioural Brain Research. 372, 112025 (2019).
  16. 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).
  17. 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).
  18. 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).
  19. Boyko, M., et al. Traumatic brain injury-induced submissive behavior in rats: Link to depression and anxiety. Translational Psychiatry. 12 (1), 239 (2022).
  20. Jones, N. C., et al. Experimental traumatic brain injury induces a pervasive hyperanxious phenotype in rats. Journal of Neurotrauma. 25 (11), 1367-1374 (2008).
  21. 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).
  22. 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).
  23. Frank, D., et al. Induction of diffuse axonal brain injury in rats based on rotational acceleration. Journal of Visualized Experiments. (159), e61198 (2020).
  24. 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).
  25. 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).
  26. Marinkovic, I., et al. Prognosis after mild traumatic brain injury: Influence of psychiatric disorders. Brain Sciences. 10 (12), 916 (2020).
  27. Robert, S. Traumatic brain injury and mood disorders. Mental Health Clinician. 10 (6), 335-345 (2020).
  28. 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).
  29. Aaronson, A., Lloyd, R. B. Aggression after traumatic brain injury: A review of the current literature. Psychiatric Annals. 45 (8), 422-426 (2015).
  30. 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).
  31. 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).
  32. 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).
  33. 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).
  34. Grasmuck, V., Desor, D. Behavioural differentiation of rats confronted to a complex diving-for-food situation. Behavioural Processes. 58 (1-2), 67-77 (2002).
  35. 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).
  36. 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).

Play Video

Cite This Article
Frank, D., Gruenbaum, B. F., Semyonov, M., Binyamin, Y., Severynovska, O., Gal, R., Frenkel, A., Knazer, B., Boyko, M., Zlotnik, A. Assessing Dominant-Submissive Behavior in Adult Rats Following Traumatic Brain Injury. J. Vis. Exp. (190), e64548, doi:10.3791/64548 (2022).

View Video