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Methodenartikel

Eine komplexe Tauch-für-Lebensmittel-Aufgabe zur Untersuchung der sozialen Organisation und Interaktionen bei Ratten

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DOI:

10.3791/61763

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8. Mai 2021

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1Department of Anesthesiology and Perioperative Medicine, Mayo Clinic, 2Division of Anesthesiology and Critical Care, Soroka University Medical Center and the Faculty of Health Sciences, Ben-Gurion University of the Negev, 3Department of Biophysics and Biochemistry, Oles Honchar Dnipro National University, 4Department of Neurosurgery, Soroka University Medical Center and the Faculty of Health Sciences, Ben-Gurion University of the Negev

* These authors contributed equally

In diesem Artikel

Zusammenfassung

Dieses Protokoll beschreibt eine Methode zur Untersuchung der sozialen Hierarchie in einem Rattenmodell. Ratten führen eine komplexe Tauch-für-Lebensmittel-Aufgabe durch, bei der sie eine eigene Hierarchie bilden, je nach ihrer Bereitschaft, unter Wasser zu tauchen und zu schwimmen, um ein Futterpellet zu erhalten. Diese Methode wird verwendet, um Entscheidungsfindung und soziale Beziehungen zwischen sehr sozialen Tieren in kleinen Gruppen zu verstehen.

Zusammenfassung

Für viele Arten, bei denen status ein wichtiger Motivator ist, der die Gesundheit beeinflussen kann, beeinflussen soziale Hierarchien das Verhalten. Soziale Hierarchien, die dominante beziehungen beinhalten, sind sowohl in tierischen als auch in menschlichen Gesellschaften weit verbreitet. Diese Beziehungen können durch Interaktionen mit anderen und mit ihrer Umgebung beeinflusst werden, was sie schwierig macht, in einer kontrollierten Studie zu analysieren. Anstelle einer einfachen Dominanzhierarchie hat diese Formation eine komplizierte Darstellung, die es Ratten ermöglicht, Aggressionen zu vermeiden. Status kann stagnierend oder veränderbar sein und zu komplexen gesellschaftlichen Schichtungen führen. Hier beschreiben wir eine komplexe Tauch-für-Lebensmittel-Aufgabe, um die soziale Hierarchie und Verhaltensinteraktionen von Nagetieren zu untersuchen. Dieses Tiermodell kann es uns ermöglichen, den Zusammenhang zwischen einer breiten Palette von psychischen Erkrankungen und sozialer Organisation zu bewerten, sowie die Wirksamkeit der Therapie auf soziale Dysfunktion zu untersuchen.

Einleitung

Ratten sind sehr soziale Tiere, was sie zu einem idealen Modell für das Verständnis von sozialem Verhalten und dessen Beziehung zur Entscheidungsfindung macht. Ratten teilen sich in hierarchische Gruppen auf der Grundlage dominanter und unterwürfiger Beziehungen auf. Ratten können für Aufgaben geschult werden, die Zusammenarbeit, Risikomanagement, betrügerisches Verhalten und Verhaltensweisen ausdrücken, die sich je nach den Entscheidungen anderer Ratten ändern1,2. Studien mit Rattenmodellen, die diese Verhaltensweisen zum Ausdruck bringen, erweisen sich als hilfreich beim Verständnis der sozialen Struktur und ihrer Beziehung zur Entscheidungsfindung mit Relevanz für die menschliche Psychologie.

Als notwendige Ressource ist der Zugang zu Nahrungsmitteln ein wichtiger Grund für die soziale Organisation unter Ratten3. Naive Ratten wurden beobachtet, die sich in sozialen Interaktionen und Differenzierungen in Situationen engagierten, in denen der Zugang zu Lebensmitteln begrenzt war1,2,4,5,6,7,8. In einer Studie mussten erwachsene Ratten einen Tunnel unter Wasser überqueren, um zugang zu den Lebensmitteln zu erhalten und das Essen dann durch den Tunnel zurück in den Käfig9zu bringen. Einzelne Ratten innerhalb jeder Gruppe konnten nach ihrer Methode der Nahrungsaufnahme kategorisiert werden. Zwei Verhaltensprofile sind entstanden: Die ersten sind die "Träger", die abtauchen und unter Wasser zum Feeder schwimmen, ein Pellet erhalten und das Pellet im Mund halten, während sie zurück zum Käfig schwimmen. Die zweite Gruppe sind die "Nicht-Träger", die nicht tauchen und Nahrung nur durch Diebstahl von den Trägern zu erhalten. In Gruppen von sechs Ratten waren etwa die Hälfte Träger und die andere Hälfte nicht9. Alle Ratten wurden als Träger beobachtet, wenn sie individuell im Tauchapparat10ausgebildet wurden.

Ähnliche tierische Verhaltensaufgaben beinhalten Wettbewerb um Nahrung oder Raum und wurden mit Hühnern11,Nagetieren12,13,14,15undSchweinen 16eingesetzt. Im Rohrtest werden zwei Mäuse durch ein schmales Rohr von entgegengesetzten Enden geschickt, wobei eine Maus notwendigerweise vor der anderen abtritt. Dieser Test hilft bei der Messung der sozialen Dominanz17,18,19. Ein Verhaltenstest, der als warmer Punkttest bezeichnet wird, lässt Mäuse um eine Position an einem kleinen warmen Fleck in einem ansonsten kalten Käfig konkurrieren19,20.

Eine nachfolgende Tauch-für-Lebensmittel-Aufgabe, die komplexer ist, ermöglicht Trägerratten den Zugang zu einem zweiten Käfig, weg von Nicht-Trägern, wo sie ihre Nahrung separat konsumieren könnten4. In diesem Protokoll stellen wir eine Tauch-für-Lebensmittel-Aufgabe als alternatives Modell für soziale Hierarchie und Verhalten bei Ratten vor. Diese Tauch-für-Lebensmittel-Aufgabe bietet eine Methode für Ratten, um die sozialen Gruppen des Hauptkäfigs zu vermeiden und damit Aggressionen und den sozialen Interaktionen anderer Ratten zu entgehen. Diese Aufgabe führt die Möglichkeit des vermeidenden Sozialverhaltens bei Ratten ein, das unser Verständnis von sozialer Aggression aufklären kann.

Soziale Funktionsweise, die die Fähigkeit beschreibt, normale soziale Rollen zu übernehmen, kann durch Erkrankungen wie Depressionenthinbeeinflusst werden 3 . Depressive Menschen haben oft mit Arbeitslosigkeit zu kämpfen, haben nur wenige soziale Kontakte und nehmen kaum an Freizeitaktivitäten teil3. Die wirksame Behandlung von Depressionen wird oft durch Verbesserung der sozialen und zwischenmenschlichen Funktion gemessen21. Antidepressiva-Behandlungen, jedoch, variieren in ihrer Wirksamkeit bei der Behandlung von Beeinträchtigungen in der sozialen Funktion im Zusammenhang mitDepressionen 3.

In dieser Methode induzierten wir einen depressiven Zustand bei Ratten durch den Chronic Stress Test und bewerteten den Rattengehalt an Anhedonia, eines der Merkmale eines depressionsähnlichen Zustands, mit einem Saccharose-Präferenztest. Anhedonische Ratten sowie anhedonische Ratten, denen Antidepressiva verabreicht wurden, wurden im Vergleich zu einer Kontrollgruppe durch die Tauch-für-Nahrungs-Aufgabe überwacht.

Die bereits erwähnten Tauch-für-Lebensmittel-Aufgaben ähneln Lebensmittelwettbewerbtests, bei denen oft nur ein Paar Tiere oder eine Dichotomie als Vergleichspunkt verwendet wird, wie z. B. Träger und Nicht-Träger und eine einzige Analyse, die die Einreichung mit der Dominanz15,17,22vergleicht. Unsere Methode definiert komplexere Wechselwirkungen zwischen Ratten durch Unterteilungen in verschiedene Arten von Verhalten, einschließlich: Träger und Nicht-Träger, diejenigen, die für Nahrung kämpfen und diejenigen, die nicht kämpfen, und Ratten, die Nahrung teilen oder in getrennte Käfige gehen. Wir glauben, dass dieses Protokoll der einzige Typ ist, der eine Hierarchie verwendet, um eine komplexe Struktur der sozialen Interaktion in einer Gruppe von Tieren und nicht in Paaren zu bewerten. Es wird hilfreich sein für Studien, die Dominanz auf der Grundlage von Lebensmittelpräferenz testen, sowie Studien, die darauf abzielen, mehr hierarchische Beziehungen zu klären, die nicht auf ein dominant-unterwürfiges Modell beschränkt sind.

In diesem Protokoll beschreiben wir detailliert die komplexe Tauch-für-Lebensmittel-Aufgabe, soziale Organisation und Interaktionen bei Ratten mit Veränderungen im individuellen Verhalten, insbesondere nach der Entwicklung von Anhedonia, zu untersuchen. Dieses Tiermodell kann auch verwendet werden, um andere psychiatrische Bedingungen im Zusammenhang mit Veränderungen im sozialen Verhalten und Hierarchie zu studieren.

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Protokoll

Die Versuche wurden in Übereinstimmung mit den Empfehlungen der Erklärungen von Helsinki und Tokio und der Leitlinien für die Verwendung von Versuchstieren der Europäischen Gemeinschaft durchgeführt. Die Experimente wurden vom Animal Care Committee der Ben-Gurion University of the Negev genehmigt. Der Autorisierungscode für dieses Experiment war IL-55-8-12.

1. Rattenvorbereitung

  1. Zulassung für Experimente vom Institutional Animal Care and Use Committee (IACUC).
  2. Wählen Sie erwachsene Sprague Dawley Ratten. Tiere ausschließen, die anormale körperliche Merkmale aufweisen, wie Krampfanfälle oder andere motorische Defizite.
    HINWEIS: Für dieses Protokoll verwendeten wir erwachsene männliche Ratten mit einem Gewicht von 300 bis 350 g im Alter von 4-8 Monaten. Weibliche Ratten können auch verwendet werden.
  3. Halten Sie Ratten bei Raumtemperatur (22 °C ± 1 °C), mit 12 h Licht und 12 h dunklen Zyklen. Geben Sie Ratte Chow und Wasser ad libitum. Haus 3 Ratten pro Käfig.
    HINWEIS: Alle Ratten, die im selben Käfig untergebracht sind, müssen sich in derselben Versuchsgruppe befinden.
  4. Platzieren Sie 120 Ratten zufällig in einer von drei Versuchsgruppen. Verwenden Sie Gruppe 1 (n=60) w als Steuerungsgruppe. Induzieren Sie die Versuchsgruppe, Gruppe 2 (n=30), mit Stressoren, wie unten beschrieben. Induzieren Sie Gruppe 3, die experimentelle Gruppe mit Behandlung (n=30), mit Anhedonia und verabreichen Sie anschließend eine Antidepressivumbehandlung. Den Zeitplan für das Experimentelle Protokoll finden Sie in Abbildung 1.
  5. Markieren Sie Ratten mit farbigen Stiften zu Beginn des Experiments, um eine individuelle Identifizierung zu ermöglichen.
  6. Führen Sie alle Experimente zwischen 6:00 .m. und 12:00 p.m durch.
  7. Wiegen Sie Ratten täglich während des gesamten Verfahrens für mögliche Gewichtsabnahme. Gewichtsverlust über 20% schließt Ratten von der Studie aus. Siehe Abschnitt 3.1.3.

2. Induktion von Anhedonia bei Ratten

  1. Chronisches unvorhersehbares Stressmodell
    1. Induzieren Sie Ratten aus der experimentellen Gruppe und der experimentellen Gruppe mit Behandlung mit Merkmalen eines depressiven Zustands durch das Chronic Unpredictable Stress Modell, wie zuvor detailliert23.
  2. Chronisches unvorhersehbares Stressmodell
    1. Induzieren Sie Ratten aus den beiden experimentellen Gruppen mit depressiven Verhaltensweisen durch das Chronic Unpredictable Stress Modell, wie zuvor detailliert23.
      HINWEIS: Ratten werden 2 der 7 Stressoren täglich in zufälliger Reihenfolge ausgesetzt; eine tagsüber und die zweite in der Nacht für 5 Wochen24,25.
    2. Führen Sie die folgenden Stressoren in zufälliger Reihenfolge ein:
      1. Hausratten mit 6 Tieren pro Käfig statt 3 für 18 h.
      2. Neigungskäfigplatzierung 45° entlang der vertikalen Achse für 3 h.
      3. Entberauben Sie den Tieren Nahrung für 18 h.
      4. Entberauben Sie den Tieren 18 h Wasser und führen Sie dann eine leere Wasserflasche ein.
      5. Pflegen Sie einen verschmutzten Käfig für 8 h mit 300 ml Wasser, das in der Bettwäsche verschüttet wird.
      6. Halten Sie kontinuierliche Beleuchtung und kehren Sie den Hellen/Dunkel-Zyklus für 48 h pro Woche um.
      7. Die Umgebung 5 min auf 40 °C erhitzen.
    3. Bestätigen Sie die Entwicklung von Anhedonia, einem der Merkmale eines depressionsähnlichen Zustands, indem Sie einen Saccharose-Präferenztest durchführen. Siehe Abschnitt 4.
  3. Anti-Depressions-Therapie
    1. 20 mg/kg Imipraminhydrochlorid (trizyklisches Antidepressivum) einmal täglich einmal täglich für 3 Wochen an Ratten aus der Versuchsgruppe26,27,28verabreichen.
      HINWEIS: Eine Untergruppe (n=3 in jedem Rattensatz) der versuchsweisen Gruppe wird 0,9% saline (Placebo) intraperitoneal einmal pro Tag für die 3-Wochen-Dauer verabreicht, mit dem gleichen Volumen wie die Antidepressiva-Behandlungsgruppe.

3. Der Social Organization Test (komplexe Tauch-für-Lebensmittel-Aufgabe)

HINWEIS: Das Versuchsgerät wurde in früheren Studien9,29,30 mit geringfügigen Modifikationen beschrieben. Alle Teile des Geräts sollten aus transparentem Plexiglas bestehen.

  1. Bereiten Sie Apparate vor und akklimatisieren Sie Ratten.
    1. Verbinden Sie zwei Käfige (50 cm x 50 cm x 50 cm) über Tunnel (45 cm x 15 cm x 15 cm) mit einem Aquarium (130 cm x 35 cm x 50 cm)(Abbildung 2). Stellen Sie sicher, dass kein Zugang von einem Käfig zum anderen besteht, ohne in das Aquarium25einzutauchen. Halten Sie die Wassertemperatur bei 25 °C.
    2. Legen Sie Rohre mit Futterpellets (ein Futterpellet in jeder Röhre) an einem Ende des Aquariums.
      ANMERKUNG: Eine Verringerung der Zugänglichkeit von Futterpellets im Käfig der Abreise sollte die Ratte, die sonst eine Gewohnheit des Stehlens entwickeln würde, dazu ermutigen, zu tauchen, um das Essen zu erreichen.
    3. Führen Sie am ersten Tag des Experiments jede Gruppe von 6 Ratten für 3-stündige Sitzungen in Versuchsgeräte ohne Wasser ein. Zurück Ratten in Standardkäfig nach Sitzung.
      1. Beschränken Sie den Zugang zu Rattenfutter zu den 3-stunden-Sitzungen, ohne dass während des restlichen Tages kein anderer Zugang zu Lebensmitteln besteht.
      2. Entfernen Sie Ratten, die mehr als 20% ihres Ausgangsgewichts aus dem Experiment zusammen mit ihrer sozialen Gruppe verloren haben, und geben Sie ad libitum Nahrung und Wasser.
      3. Handtuch trockene Ratten oder bieten Zugang zu einer Wärmequelle bis zum Trocknen und bevor sie wieder in ihr normales Gehäuse, um Unterkühlung zu vermeiden.
      4. Wiederholen Sie diese Sitzungen für die Tage 2-3.
        HINWEIS: Video-Aufzeichnung Ratten im Gerät kontinuierlich für 3-Stunden-Sitzungen. Stellen Sie sicher, dass die Kamera auf High Definition (720p) eingestellt ist und der Autofokus ausgeschaltet ist.
  2. Tauch-für-Lebensmittel-Aufgabe
    1. An den Tagen 4-17 Wasser schrittweise hinzufügen, bis der maximale Wasserstand erreicht ist, wie zuvorbeschrieben 4. Halten Sie an den Tagen 17-21 den maximalen Wasserstand aufrecht.
    2. Beobachten Sie Ratten, die für den Zugang zu Pellets tauchen.
    3. Zeichnen Sie die folgenden Parameter für jede Ratte auf:
      1. Bewerten Sie die Häufigkeit des Eindringens in den Tunnel.
      2. Zählen Sie jeden Versuch, nach Nahrung zu tauchen.
        HINWEIS: Der Weg von Käfig zu Aquarium zurück zu einem Käfig sollte 5-6 Sekunden nicht überschreiten, wodurch sichergestellt wird, dass das Pellet essbar bleibt.
      3. Bewerten Sie, wie oft Lebensmittel durch Angriff zwischen Ratten, die für Nahrung schwimmen, und Ratten, die nicht schwimmen, erhalten werden.
      4. Notieren Sie, wie oft Das Essen von einer Ratte getragen wird, die schwimmt.
      5. Zeichnen Sie die Zeit auf, die Ratten in separaten Käfigen verbrachten, im Vergleich zu der Zeit, die sie im ursprünglichen Käfig verbrachten.
        HINWEIS: Alle Daten wurden durch kontinuierliche visuelle Beobachtung gewonnen.

4. Beurteilung der Anhedonia: Der Saccharosepräferenztest

  1. Bewerten Sie Anhedonia durch den Saccharosepräferenztest mit geringfügiger Modifikation, wie zuvor beschrieben23,25,31,32,33. Führen Sie diesen Test an den Tagen -6, 0, 35, 41, 62 und 68 des Verfahrens durch (siehe Abbildung 1 für Protokollzeitleiste).
    1. Erlauben Sie Ratten, Saccharoselösung für 24 h durch freien Zugang zu den beiden Flaschen in jedem Käfig zu konsumieren, die 100 ml Saccharoselösung (1%, w/v) enthalten.
    2. Nach 24 h eine der Flaschen durch Wasser für weitere 24 h ersetzen.
    3. Berauben Sie Ratten wasserfür 12 Stunden34.
    4. Geben Sie Ratten beide Flaschen (eine mit Wasser und eine mit Saccharose). Nach 4 h, notieren Sie das Volumen der verbrauchten Saccharoselösung und Wasser.
    5. Berechnen Sie die Saccharosepräferenz als Saccharosepräferenz (%) = Saccharoseverbrauch (mL)/(Saccharoseverbrauch (ml) + Wasserverbrauch (ml)) × 100%.
      HINWEIS: Bei der Verwendung des Modells chronischer Unvorhersehbarer Stress in Verbindung mit einem Test einer sozialen Organisation empfehlen wir nicht nur die Erfassung des mittleren Saccharose- und Wasserverbrauchs, sondern auch Verhaltensänderungen jeder einzelnen Ratte. Dies ermöglicht ein spezifischeres Verständnis von Verhaltensänderungen innerhalb des Individuums und nicht innerhalb der Gruppe, wenn es mit einem hierarchischen Modell wie der Tauch-für-Lebensmittel-Aufgabe konfrontiert wird.

5. Statistische Analyse

  1. Bestimmen Sie Vergleiche zwischen Gruppen mit dem Kruskal-Wallis, gefolgt von Mann-Whitney für nichtparametrische Daten oder einer einseitigen Varianzanalyse (ANOVA), gefolgt von Bonferronis Post-hoc-Test oder dem T-Test des Studenten für parametrische Daten.
    HINWEIS: Ergebnisse werden als statistisch signifikant betrachtet, wenn p < 0,05, und sehr signifikant, wenn p < 0.01.

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Ergebnisse

Änderungen des Körpergewichts
Eine einwegige ANOVA zeigte keine Unterschiede in den Veränderungen des Körpergewichts zwischen den versuchsreichen Gruppen für die 21 Tage der Tauch-für-Lebensmittel-Aufgabe. Von den Tagen 2 bis 21 gab es Veränderungen im Körpergewicht für alle 3 Gruppen (p<0.01, Tabelle 1).

Saccharose-Präferenztest
Zu Beginn des Experiments (Tag 0) gab es keinen Unterschied in Prozent der Saccharosepräferenz zwischen de...

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Diskussion

Soziale Hierarchien bestimmen das Verhalten vieler Arten, einschließlich des Menschen, und werden oft durch Beziehungen definiert, die auf Aggression und Unterwerfung basieren. Diese Beziehungen hängen oft von Umweltfaktoren zusätzlich zu den sozialen Strukturenab 35. Soziale Formationen, die auf Dominanz und Unterwerfung basieren, sind facettenreich36,37. Unter Menschen wird Aggression als bestehend aus Verhaltensweisen beschrieben, die v...

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Offenlegungen

Die Autoren haben nichts zu verraten.

Danksagungen

Wir danken Professor Olena Severynovska, Anastasia Halinska und Maryna Kuscheriava von der Abteilung für Physiologie, Fakultät für Biologie, Ökologie und Medizin sowie Oles Honchar von der Dnipro Universität, Dnipro, Ukraine, für ihre Hilfe bei der Analyse von Videoaufzeichnungen des Sozialorganisationstests.

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Materialien

Liste der in diesem Artikel verwendeten Materialien
NameUnternehmenKatalognummerKommentare
AlkoholApotheke99% pharmazeutischer Alkohol auf 5% verdünnt und zur Reinigung der Freifeldtestbox vor der Einführung jeder Ratte verwendet
FlaschenTechniplastACBT0262SU150 mL Flaschen gefüllt mit 100 mL Wasser und 100 mL 1% (w/v) Saccharoselösung
Ausrüstung zum Tauchen für Food Task (Plexiglas)selbst hergestellt in der Ben-Gurion-Universität von NegevZwei Käfige (50 x 50 x 50 cm) zu einem Aquarium (130 x 35 x 50 cm) über Tunnel
ImipraminhydrochloridSIGMALot# SLBB9914V(Trizyklisches Antidepressivum) 20 mg/kg intraperitoneal einmal täglich für 3 Wochen
Purina ChowPurina5001Nagetier-Laborfutter, das Ratten, Mäusen und Hamstern verabreicht wird, ist eine Lebenszyklusnahrung, die seit über 5 Rattenkäfigen in der biomedizinischen Forschung eingesetzt wird
Techniplast2000PKonventionelles Gehäuse für Nagetiere. Wurde während des gesamten Experiments für die Unterbringung von Ratten verwendet
VideokameraCanonDigitale Videokamera für die hochauflösende Aufzeichnung des Rattenverhaltens im Plus-Labyrinth-Test

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Soziale HierarchieRattenmodellDepressionsinduktionantidepressive Behandlungchronischer unvorhersehbarer StressSaccharose Pr ferenztestK rpergewichtsver nderungenTunneleingangsh ufigkeitdurch Angriff beschaffte Nahrung
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