本方案描述了一种通过液体打击诱导大鼠创伤性脑损伤的模型，随后进行一系列行为学测试，以研究优势与顺从行为的发展。利用该创伤性脑损伤模型结合特定的行为学测试，可对脑损伤后出现的社会功能障碍进行研究。
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本文内容
摘要
摘要
食物、领地和配偶等资源的竞争显著影响动物物种内部的关系，并通过社会等级制度进行调节，而社会等级通常基于支配-顺从关系。支配-顺从关系是同一物种个体之间的一种正常行为模式。创伤性脑损伤常导致社交互动障碍，并引起动物配对中支配-顺从关系的重组。本方案描述了采用液体冲击模型诱导创伤性脑损伤后，成年雄性Sprague-Dawley大鼠在损伤后第29至33天期间，与未受处理的大鼠相比，在一系列支配-顺从测试中表现出的顺从行为。支配-顺从行为测试揭示了脑损伤如何在争夺食物的动物中诱发顺从行为。创伤性脑损伤后，啮齿类动物表现出更强的顺从性，表现为在喂食器处停留的时间更短，且到达食槽的顺序较对照组动物更晚。根据本方案，创伤性脑损伤可导致成年雄性大鼠出现顺从行为。
引言
当同一物种的个体在同一时期争夺有限资源时，就会发生种内竞争1。相比之下，种间竞争则发生在两个不同物种的个体之间2。根据所争夺资源的类型（如食物和领地），种内竞争可分为两种类型，包括干扰性竞争（干涉型）和利用性竞争（争夺型）3。
社会等级的存在离不开支配-服从关系（DSRs）。支配表现为 "获奖" 以及从属关系作为 "失去" 在动物对之间4然而，支配-顺从关系（DSRs）不仅成对出现，还会以三个或更多个体组成的群体形式存在。1922年，Thorleif Schjelderup-Ebbe描述了家鸡中的等级优势 hierarchy。区分优势个体与从属个体的主要标志包括在饲喂器处停留的时间和攻击性行为。优势等级可分为两种形式：线性与非线性。5线性支配关系涉及两个群体A和B。在此种传递性关系范式中6A组支配B组，或B组支配A组。当存在至少一个循环关系时，即A支配B，B支配C，且C支配A，则出现非线性支配。7.
针对不同物种的支配-顺从行为评估模型已有研究，包括啮齿类动物、鸟类8、非人类灵长类动物9,10,11以及人类12。支配-顺从方法在文献中已有充分描述，并已被用作评估躁狂和抑郁的模型13，以及抗抑郁药物活性的模型14。该模型已被用于研究成年大鼠在幼年期经历母体分离所致的早期生活应激15。DSR范式可分为三种模型：支配行为减少模型13,16、顺从行为减少模型14以及可乐定逆转支配模型17。
本研究通过基于食物竞争的任务来探究支配-服从关系（DSR）。该方法的优势在于易于重复，且能够观察并准确分析支配-服从行为。此外，与其他类似的行为学任务不同，该支配-服从行为任务依赖食物而非领地，因此成本更低、操作更简便，研究人员无需接受复杂培训即可完成实验操作和数据处理。
本研究的总体目标是展示创伤性脑损伤（TBI）后社交回避行为（DSR）的发展过程。TBI 与社交功能障碍、抑郁和焦虑相关。诱导 TBI 的模型是一种简单且有效的标准模型，通过液体冲击装置诱导创伤性脑损伤18,19。
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方案
实验经内盖夫本-古里安大学动物护理委员会批准。实验遵循《赫尔辛基宣言》和《东京宣言》的建议，以及欧洲共同体《实验动物护理和使用指南》。本研究采用成年雄性Sprague-Dawley大鼠，体重为300–350 g。动物饲养环境温度为22 °C ± 1 °C，相对湿度为40%–60%，光照周期为明暗循环。
1. 动物准备
- 随机选取30只成年雄性大鼠，分为两组：TBI组和假手术组。
- 提供饲料（参见 材料表）和水 随意摄取.
注意：为控制一天中不同时间对行为表现的影响，所有测试步骤应同时进行。最好在上午（6:00 至 12:00）开展行为学测试，以避免受到一般活动的干扰。 - 在两组大鼠受伤前，按照步骤3所述进行神经功能缺损评分的基线评估，以及 表1.
- 使用4%（诱导）和1.5%（维持）异氟烷麻醉大鼠。皮下注射布托啡诺（0.05–0.1 mg/kg）进行预先镇痛。
- 通过施加刺激后观察大鼠是否缺乏运动或足底反射，来确认其是否已被固定。
注意：建议使用持续气流的异氟烷进行麻醉。
2. 手术步骤
注意：所有操作均需在无菌条件下进行。使用无菌手套，若触碰非无菌表面，应立即更换手套。在双眼上涂抹眼科润滑剂，以防止角膜干燥。参照既往已发表的文献方法进行矢状旁路液体冲击损伤实验18,20。
- 用0.5%布比卡因（参见材料表）浸润头皮，做10 mm切口，并将组织向两侧牵开。
- 在前囟后方4 mm、侧方4 mm处进行开颅手术18,20。
注意：手术区域必须先用含碘或氯己定的消毒液，再用酒精以环形方式多次消毒。 - 通过三通阀，使用液体冲击装置（参见材料表）在21-23 ms内诱导创伤性脑损伤（TBI）18,19。
注意：对TBI模型采用2.5 atm振幅的中度损伤。 - 对假手术组大鼠进行开颅手术（图1），但不诱导创伤性脑损伤。
- 缝合伤口前，使用0.1%布比卡因进行浸润麻醉。在撤除异氟烷前，肌肉注射布伦诺啡（0.01-0.05 mg/kg）作为术后镇痛。
注意：术后至少48小时内，每12小时重复给药一次布伦诺啡。 - 将大鼠转移至恢复室，并在24小时内监测其呼吸状态（如呼吸停止）、神经功能（如瘫痪）和心血管状态（如瞳孔颜色变化、软组织灌注减少及心动过缓）。
3. 神经功能缺损评分评估
注意：行为改变和运动功能的最高评分为24分。评分为0分表示神经功能正常，评分为24分表示严重神经功能障碍21,22,23（表1）。
- 在手术前、手术后48小时（图2A）以及手术后第28天（图2B），按照先前所述方法24评估创伤性脑损伤（TBI）大鼠和假手术大鼠的神经功能缺损评分（NSS）。
4. 研究支配性与顺从性行为
- 在测试前1周将大鼠随机分配到笼子中。
注意：每个笼子应包含一只假手术大鼠和一只创伤性脑损伤（TBI）大鼠。 - 在测试前每天进行一次15分钟的训练，持续2天，使大鼠适应实验流程。
注意：优势-从属行为任务在损伤后第29天开始（图1）。 - 使用一种装置（见材料表），该装置由两个透明亚克力玻璃箱（30 cm × 20 cm × 20 cm，分别为箱A和箱B，图3）通过一条细长的隧道（15 cm × 15 cm × 60 cm）连接而成15,19,25。
- 在饲食器（图3）中装入加糖牛奶，并将其放置于隧道中央。牛奶成分为10%蔗糖和3%脂肪。
- 将装置放置在离地面80 cm高的桌面上。
- 在前两天，每天将每只大鼠放入装置中适应15分钟。完成两天适应期后开始正式实验任务。
- 从对照组和创伤性脑损伤（TBI）组中各随机选取一只大鼠，并将其置于距饲食器等距离的位置，允许其自由探索5分钟。
- 允许大鼠自由饮水 ad libitum。
注意：该任务持续5天。在整个任务期间实施食物限制。每天测试结束后提供1小时的食物。 - 在用其他大鼠进行后续测试前，使用5%酒精清洁设备。
注意：清洁装置可消除先前大鼠留下的气味。实验应在具有良好空气流通的房间内进行。
5. 视频录制与数据分析
- 放置摄像头，并安装推荐的计算机软件（参见材料表）以采集、保存和处理数据。
注意：摄像头需安装在距地面 290 cm 的高度。 - 在大鼠处于实验 arena 时录制视频。
注意：摄像头与装置之间的距离为 210 cm。实验进行区域必须完整出现在摄像头画面中。 - 由两名对分组情况设盲的分析人员手动进行数据分析23。
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结果
神经功能缺损评分评估
在TBI后使用NSS对雄性大鼠进行神经功能缺损评估。大鼠被分为两组：一组为TBI组，另一组为对照组。对照组接受假手术。NSS通过评分系统对运动功能和行为改变进行评估。22,23；24分表示严重的神经功能障碍，0分表示神经功能正常。TBI组与假手术组在术前1小时的神经功能缺损评分无显著差异。术后48小时，TBI大鼠的神经功能缺损明显高于假手术组大鼠（5-7，平均：6 vs. 0-0，平均：0；U = 0， p < 0.01，r = 0.89）图2A). 术后28天，TBI组与假手术组之间的差异无统计学意义（Mann-Whitney U检验）19) (图 2B).
优势...
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讨论
临床研究表明，脑损伤可能会增加精神障碍的风险26,27。此外，创伤性脑损伤（TBI）会影响社会行为的发展28,29。在本实验方案中，TBI模型对优势-从属行为的表现产生了影响。优势-从属行为体现在个体在饲食器上所花费的时间以及谁先到达饲食器。
除了此处执行的行为学任务外，还存在其他用于评估支配-从属关系的任务，例如居民-入侵者范式30,31 或复杂的觅食潜水情境32,33,34。这些任务各自针对社会行为的不同方面。居民-入侵者范式适用于测量攻击性行为...
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披露
作者无任何利益冲突需要披露。
致谢
该工作是 Dmitry Frank 博士论文的一部分。
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材料
| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| 70% 酒精溶液中的 2% 氯己定 | SIGMA - ALDRICH | 500 cc | 用于手术区域皮肤的一般消毒 |
| 四种不同厚度的板（1.5 cm、2.5 cm、5 cm 和 8.5 cm） | 用于评估神经功能缺损 | ||
| 4-0 尼龙缝线 | 4-00 | ||
| 瓶子 | Techniplast | ACBT0262SU | |
| 0.1% 布比卡因 | |||
| 直径 3 mm 的金刚石空心钻头 | 玻璃空心钻头套件 | 可选。 | |
| 电子天平 | SIGMA - ALDRICH | Rs 4,000 | |
| 解剖剪刀 | SIGMA - ALDRICH | Z265969 | |
| 99.9% 乙醇 | 药房 | 使用 5%-10% 溶液清洁设备并去除异味 | |
| 液体冲击损伤装置 | 由大学车间定制 | 不推荐特定品牌。 | |
| 纱布海绵 | Fisher | ||
| 手套（薄型实验用手套） | 可选。 | ||
| 带温度计的加热器 | Heatingpad-1 | 型号：HEATINGPAD-1/2 | 不推荐特定品牌。 |
| Horizon-XL | Mennen Medical Ltd | ||
| 异氟烷，USP 100% | Piramal Critical Care, Inc | NDC 66794-017 | 用于吸入的麻醉液体 |
| 罗技网络摄像头软件 | 罗技 | 2.51 | 视频摄像机用软件 |
| 手术镊 | SIGMA - ALDRICH | ||
| 手术剪刀 | SIGMA - ALDRICH | ||
| 用于 USV 记录和数据分析的 PC 计算机 | Intel | Intel Core i5-6500 CPU @ 3.2GHz，16 GB 内存，64 位操作系统 | |
| 由狭窄通道连接的有机玻璃箱 | 两个透明的 30 cm × 20 cm × 20 cm 有机玻璃箱，由一个 15 cm × 15 cm × 60 cm 的狭窄通道连接 | ||
| Purina Chow | Purina | 5001 | 提供给大鼠的啮齿类动物实验饲料 ，是一种已在生物医学研究中使用的全生命周期营养饲料 |
| 大鼠笼（大鼠居住笼或其他围栏） | Techniplast | 2000P | 不推荐特定品牌 |
| 11 号手术刀片 | SIGMA - ALDRICH | S2771 | |
| SPSS | SPSS Inc., Chicago, IL, USA | A 20 软件包 | |
| 立体定位仪 | 由大学车间定制 | 不推荐特定品牌 | |
| 计时装置 | 间隔计时器：用于记录 USV | 可选。任何计时器均可使用，但如果同时对多只大鼠进行搔痒刺激，使用间隔计时器会更方便 | |
| 视频摄像机 | 罗技 | C920 HD PRO WEBCAM | 用于在优势-从属测试中高清记录大鼠行为的数字视频摄像机 |
参考文献
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