Una compleja tarea de buceo para la alimentación para investigar la organización social y las interacciones en ratas

Las ratas son animales altamente sociales, lo que las convierte en un modelo ideal para entender el comportamiento social y cómo se relaciona con la toma de decisiones. Las ratas se dividen en grupos jerárquicos basados en relaciones dominantes y sumisas. Las ratas pueden ser entrenadas para tareas que expresan cooperación, gestión de riesgos, comportamiento engañoso y comportamientos que cambian dependiendo de las decisiones de otras ratas^1,2. Los estudios con modelos de ratas que expresan estos comportamientos resultan útiles para entender la estructura social y su relación con la toma de decisiones con relevancia para la psicología humana.

Como recurso necesario, el acceso a la alimentación es una de las principales razones de organización social entre las ratas^3. Se han observado ratas ingenuas que participan en la interacción social y la diferenciación en situaciones en las que el acceso a los alimentos era limitado^{1,2,4,5,6,7,8.} En un estudio, las ratas adultas debían cruzar un túnel bajo el agua para acceder a la comida y luego traer la comida de vuelta a través del túnel a la jaula^9. Las ratas individuales dentro de cada grupo pudieron ser categorizadas de acuerdo con su método de obtención de alimentos. Han surgido dos perfiles de comportamiento: los primeros son los "portadores", que se sumergen y nadan bajo el agua hasta el alimentador, obtienen un perdigón y sostienen el pellet en su boca mientras nadan de vuelta a la jaula. El segundo grupo son los "no portadores", que no bucean y obtienen alimentos sólo robando a los transportistas. En grupos de seis ratas, aproximadamente la mitad eran portadoras y la otra mitad no^9. Se observó que todas las ratas eran portadoras cuando fueron entrenadas individualmente en el aparato de buceo^10.

Tareas similares de comportamiento animal implican competencia por alimentos o espacio y se han empleado con pollos^11,roedores^12,13,14,15,y cerdos^16. En la prueba de tubo, dos ratones son enviados a través de un tubo estrecho desde extremos opuestos, con un ratón necesariamente cediendo el derecho de paso al otro. Esta prueba ayuda a medir el dominio social^17,18,19. Una prueba de comportamiento conocida como la prueba de punto caliente hace que los ratones compitan por una posición en un pequeño punto cálido en una jaula fría^19,20.

Una tarea posterior de buceo por comida que es más compleja permite a las ratas portadoras tener acceso a una segunda jaula, lejos de los no portadores, donde podrían consumir sus alimentos por separado⁴. En este protocolo, presentamos una tarea de buceo para alimentos como un modelo alternativo para la jerarquía social y el comportamiento en ratas. Esta tarea de buceo para comer proporciona un método para que las ratas eviten los grupos sociales de la jaula principal y, por lo tanto, escapen de la agresión y las interacciones sociales de otras ratas. Esta tarea introduce la opción de evitar el comportamiento social en ratas que puede dilucidar nuestra comprensión de la agresión social.

El funcionamiento social, que describe la capacidad de participar en roles sociales normales, puede verse afectado por condiciones como la depresión^3. Las personas deprimidas a menudo luchan con el desempleo, tienen pocos contactos sociales y apenas participan en actividades de ocio^3. El tratamiento eficaz de la depresión a menudo se mide mediante la mejora de la función social e interpersonal^21. Los tratamientos antidepresivos, sin embargo, varían en su eficacia en el tratamiento de deterioros en el funcionamiento social relacionados con la depresión^3.

En esta metodología, inducimos una condición depresiva en ratas a través de la prueba de estrés crónico y evaluamos el nivel de anhedonia de las ratas, una de las características de un estado similar a la depresión, con una prueba de preferencia por sacarosa. Las ratas anedónicas, así como las ratas anedónicas a las que se les administraron antidepresivos, fueron monitoreadas a través de la tarea de buceo para comer en comparación con un grupo de control.

Las tareas de buceo por alimentos antes mencionadas se asemejan a pruebas de competencia alimentaria que a menudo utilizan sólo un par de animales o una dicotomía como punto de comparación, como portadores y no portadores y un único análisis que compara la presentación con el dominio^15,17,22. Nuestro método define interacciones más complejas entre las ratas a través de divisiones en múltiples tipos de comportamiento, incluyendo: portadores y no portadores, aquellos que luchan por la comida y los que no, y ratas que comparten alimentos o van a jaulas separadas. Creemos que este protocolo es el único tipo que utiliza una jerarquía para evaluar una estructura compleja de interacción social en un grupo de animales, en lugar de en parejas. Será útil para los estudios que prueban el dominio basado en la preferencia alimentaria, así como estudios que tienen como objetivo aclarar relaciones más jerárquicas que no se limitan a un modelo dominante-sumiso.

En este protocolo, describimos en detalle la compleja tarea de buceo para alimentos para investigar la organización social y las interacciones en ratas con cambios en el comportamiento individual, particularmente después del desarrollo de la anhedonia. Este modelo animal también se puede utilizar para estudiar otras condiciones psiquiátricas asociadas con cambios en el comportamiento social y la jerarquía.

Los experimentos se llevaron a cabo de conformidad con las recomendaciones de las Declaraciones de Helsinki y Tokio y las Directrices para el uso de animales experimentales de la Comunidad Europea. Los experimentos fueron aprobados por el Comité de Cuidado animal de la Universidad Ben-Gurion del Negev. El código de autorización para este experimento era IL-55-8-12.

1. Preparación de ratas

1. Obtenga la aprobación para experimentos del Comité Institucional de Cuidado y Uso de Animales (IACUC).
2. Seleccione ratas Sprague Dawley adultas. Excluir animales que presenten rasgos físicos anormales, como convulsiones u otros déficits motores.
   NOTA: Para este protocolo, utilizamos ratas macho adultas, con un peso de 300-350 g, con edades comprendidas entre los 4 y los 8 meses de edad. También se pueden usar ratas hembra.
3. Mantenga las ratas a temperatura ambiente (22 °C ± 1 °C), con 12 h de luz y 12 h de ciclos oscuros. Proporcione comida para ratas y agua ad libitum. Casa 3 ratas por jaula.
   NOTA: Todas las ratas alojadas en la misma jaula deben estar en el mismo grupo experimental.
4. Coloca aleatoriamente 120 ratas en uno de los tres grupos experimentales. Utilice el grupo 1 (n=60) w como grupo de control. Induzca al grupo experimental, Grupo 2 (n=30), con factores de estrés como se detalla a continuación. Induzca al Grupo 3, el grupo experimental con tratamiento (n=30), con anhedonia y posteriormente administre tratamiento antidepresivo. La línea de tiempo del protocolo experimental se puede encontrar en la Figura 1.
5. Marque ratas con bolígrafos de colores al comienzo del experimento para permitir la identificación individual.
6. Realice todos los experimentos entre las 6:00 a.m. y las 12:00 p.m.
7. Pesar ratas diariamente durante todo el procedimiento para una posible pérdida de peso. La pérdida de peso por encima del 20% excluirá a las ratas del estudio. Ver sección 3.1.3.

2. Inducción de anhedonia en ratas

1. Modelo de estrés crónico impredecible
   1. Inducir ratas del grupo experimental y del grupo experimental con tratamiento con características de un estado depresivo por el modelo de estrés impredecible crónico, como se detalló previamente²³.
2. Modelo de estrés crónico impredecible
   1. Inducir ratas de los dos grupos experimentales con comportamientos depresivos por el modelo de estrés impredecible crónico, como se detalló previamente²³.
      NOTA: Las ratas están expuestas a 2 de los 7 factores de estrés diarios en un orden aleatorio; uno en el día y el segundo por la noche durante 5 semanas^24,25.
   2. Introduzca los siguientes factores de estrés en orden aleatorio:
      1. Ratas de la casa con 6 animales por jaula en lugar de 3 por 18 h.
      2. Colocación de la jaula de inclinación 45° a lo largo del eje vertical durante 3 h.
      3. Privar a los animales de comida durante 18 h.
      4. Privar a los animales de agua durante 18 h y luego introducir una botella de agua vacía.
      5. Mantener una jaula sucia durante 8 h con 300 ml de agua derramada en la ropa de cama.
      6. Mantenga la iluminación continua y revierta el ciclo de luz/oscuridad durante 48 h por semana.
      7. Caliente el ambiente a 40 °C durante 5 min.
   3. Confirme el desarrollo de la anhedonia, una de las características de un estado similar a la depresión, realizando una prueba de preferencia por sacarosa. Ver sección 4.
3. Terapia contra la depresión
   1. Administrar 20 mg/kg de clorhidrato de imipramina (antidepresivo tricíclico) por vía intraperitoneally una vez al día durante 3 semanas a ratas del grupo experimental^26,27,28.
      NOTA: Un subgrupo (n=3 en cada conjunto de ratas) del grupo experimental se administra 0,9% salina (placebo) por vía intraperitoneally una vez al día durante la duración de 3 semanas, al mismo volumen que el grupo de tratamiento antidepresivos.

3. La prueba de la organización social (compleja tarea de buceo para alimentos)

NOTA: El aparato experimental fue descrito en estudios anteriores^9,29,30 con modificaciones menores. Todas las partes del aparato deben estar compuestas de plexiglás transparente.

1. Prepara aparatos y aclimata ratas.
   1. Conecte dos jaulas (50 cm x 50 cm x 50 cm) a un acuario (130 cm x 35 cm x 50 cm) a través de túneles (45 cm x 15 cm x 15 cm)(Figura 2). Asegúrese de que no hay acceso de una jaula a otra sin sumergirse en el acuario^25. Mantener la temperatura del agua a 25 °C.
   2. Coloque tubos con pellets de comida (un pellet de comida en cada tubo) en un extremo del acuario.
      NOTA: Una reducción en la accesibilidad de los pellets de comida en la jaula de salida debería alentar gradualmente a la rata, que de otro modo desarrollaría el hábito de robar, a bucear para llegar a la comida.
   3. El día 1 del experimento, introducir cada grupo de 6 ratas en aparatos experimentales sin agua para sesiones de 3 horas. Devuelve a las ratas a la jaula estándar después de la sesión.
      1. Restringir el acceso de los alimentos de ratas a las sesiones de 3 horas, sin ningún otro acceso a los alimentos durante el resto del día.
      2. Retire las ratas que perdieron más del 20% de su peso basal del experimento junto con su grupo social, y dé comida y agua ad libitum.
      3. Manualmente toalla secar ratas o proporcionar acceso a una fuente de calor hasta que se seque y antes de colocarlas de nuevo en su carcasa regular para evitar la hipotermia.
      4. Repita estas sesiones para los días 2-3.
         NOTA: Grabe en video ratas en el aparato continuamente para sesiones de 3 horas. Asegúrese de que la cámara esté configurada en alta definición (720p) y que el enfoque automático esté apagado.
2. Realizar tareas de buceo para la comida
   1. Los días 4-17, añadir agua progresivamente hasta alcanzar el nivel máximo de agua, como se describió anteriormente⁴. Los días 17-21, mantener el nivel máximo de agua.
   2. Observe a las ratas buceando para el acceso de pellets.
   3. Registre los siguientes parámetros para cada rata:
      1. Evalúe la frecuencia de entrada en el túnel.
      2. Cuente cada intento de bucear para la comida.
         NOTA: El viaje de jaula a acuario de vuelta a una jaula no debe exceder de 5-6 segundos, lo que asegurará que el pellet siga siendo comestible.
      3. Evaluar el número de veces que los alimentos se obtienen por ataque entre ratas que nadan para alimentos y ratas que no lo hacen.
      4. Registre el número de veces que la comida es llevada por una rata que nada.
      5. Graba el tiempo que las ratas pasaron en jaulas separadas en comparación con el tiempo que pasan en la jaula original.
         NOTA: Todos los datos se obtuvieron mediante observación visual continua.

4. Evaluación de la anhedonia: La prueba de preferencia por sacarosa

1. Evaluar la anhedonia mediante la prueba de preferencia de sacarosa con modificación menor, como se describió anteriormente^{23,25,31,32,33}. Realice esta prueba los días -6, 0, 35, 41, 62 y 68 del procedimiento (consulte la figura 1 para la línea de tiempo del protocolo).
   1. Permitir que las ratas consuman solución de sacarosa durante 24 h mediante el acceso gratuito a las dos botellas de cada jaula, que contienen 100 ml de solución de sacarosa (1%, w/v).
   2. Después de 24 h, reemplace una de las botellas por agua por otras 24 h.
   3. Privar a las ratas de agua durante 12 horas³⁴.
   4. Dar a las ratas ambas botellas (una con agua y otra con sacarosa). Después de 4 h, registre el volumen tanto de la solución de sacarosa consumida como del agua.
   5. Calcular la preferencia de sacarosa como preferencia de sacarosa (%) = consumo de sacarosa (mL)/(consumo de sacarosa (mL) + consumo de agua (ml)) × 100%.
      NOTA: Al utilizar el modelo de estrés impredecible crónico junto con una prueba de organización social, recomendamos no sólo registrar la sacarosa media y el consumo de agua, sino también observar cambios en el comportamiento de cada rata individual. Esto permitirá una comprensión más específica de los cambios de comportamiento dentro del individuo en lugar de dentro del grupo cuando se enfrenta a un modelo jerárquico como la tarea de buceo por comida.

5. Análisis estadístico

1. Determine las comparaciones entre grupos que utilizan kruskal-wallis seguidos por Mann-Whitney para datos no paramétricos o un análisis unidireccional de varianza (ANOVA) seguido de la prueba post hoc de Bonferroni o la prueba t del estudiante para datos paramétricos.
   NOTA: Los resultados se consideran estadísticamente significativos cuando p < 0.05, y muy significativos cuando p < 0.01.

Cambios en el peso corporal
Un ANOVA unidireccional no mostró ninguna diferencia en los cambios en el peso corporal entre grupos experimentales durante los 21 días de la tarea de buceo por comida. De los días 2 al 21, hubo cambios en el peso corporal para los 3 grupos (p<0.01, Tabla 1).

Prueba de preferencia de sacarosa
Al inicio del experimento (día 0), no hubo diferencia en el porcentaje de preferencia por sacarosa entre el grupo experimental de ratas inducidas con anhedonia (85,6% ± 18,6), el grupo experimental tratado con terapia antidepresivo (85,1% ± 18,8) y el grupo de control (85,7% ± 9,9). El día 35, en comparación con el grupo de control (84,13% ± 12,3), hubo una preferencia por sacarosa significativamente menor en el grupo experimental (62,69% ± 17,7, p<0.01) y en el grupo experimental con tratamiento (68,48% ± 13,9, p<0,01, Figura 3A). Todavía no había diferencias entre el grupo experimental y el grupo experimental con tratamiento. El día 62, las ratas experimentales tenían un porcentaje menor de preferencia de sacarosa (68% ± 15) que el grupo de control (78,5% ± 16) y el grupo experimental con tratamiento (77% ± 16, p<0,05, Figura 3B). No había diferencias entre el grupo de tratamiento y el grupo de control en este momento. Los datos se presentan como porcentaje de preferencia de sacarosa ± desviación estándar.

Tarea de buceo para comer
La actividad social de las ratas en situación de acceso restringido a los alimentos se ilustra en la Figura 4. Las ratas del grupo experimental demostraron un aumento en la frecuencia de las entradas en el túnel (113% ± 3,7, p<0,01, Figura 4A),buceo para alimentos (141% ± 7, p<0.01, Figura 4B),alimentos obtenidos por transporte (168% ± 12, p<0.01, Figura 4C),tiempo empleado en jaulas separadas (123% ± 7.9, p<0.01, Figura 4D),y alimentos obtenidos por ataque (232% ± 26, p<0.01, Figura 4E)en comparación con el grupo experimental con tratamiento (44% ± 7,53% ± 6, 54% ± 5, 55% ± 4.7, 67% ± 3.4, respectivamente). Las diferencias entre el grupo experimental de ratas y las ratas experimentales tratadas con antidepresivos fueron estadísticamente mayores que la diferencia entre el grupo experimental y el grupo de control en los 5 parámetros de la prueba de buceo por alimentos (p<0.05). Los datos se presentan como un porcentaje medio en comparación con los controles ± error estándar de la media.

Figura 1. Una cronología del protocolo experimental. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figura 2. Ilustración del aparato de buceo para alimentos. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figura 3. La prueba de preferencia de sacarosa (A) después de 35 días y (B) después de 62 días. No hubo diferencia en el consumo de sacarosa al comienzo del experimento. (A) Para el día 35 del experimento, el grupo anedónico (p<0.01) y el grupo anedónico tratado con terapia antidepresivo (p<0.01) tenían una preferencia de sacarosa porcentual significativamente menor que el grupo de control. (B) El día 62, las ratas inducidas con anhedonia tenían una preferencia por sacarosa por porcentaje menor en comparación con el control y el grupo anedónico tratado con tratamiento antidepresivo (p<0.05). Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figura 4. Actividad social de ratas en situación de acceso restringido a los alimentos. (A) Frecuencia de entradas en el túnel. B) Buceo para la comida. (C) Alimentos obtenidos por transporte. (D) Tiempo pasado en jaulas separadas. (E) Alimentos obtenidos por ataque. Los datos se presentan como un porcentaje medio en comparación con los valores medios de control + error estándar de la media. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Tabla 1. Cambios en el peso corporal (como porcentaje) durante la tarea de buceo por comida. No hubo diferencias entre los 3 grupos experimentales para los cambios en el peso corporal durante los 21 días de la tarea. De los días 2 a 21, hubo un efecto general entre los días expresados como un cambio en el peso corporal (p<0.01).

Los autores no tienen nada que revelar.