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Artículo de método

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

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DOI:

10.3791/61763

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8 de mayo de 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

En este artículo

Resumen

Este protocolo describe un método de examen de la jerarquía social en un modelo de rata. Las ratas realizan una compleja tarea de buceo para comer en la que forman una jerarquía distinta de acuerdo con su disposición a sumergirse bajo el agua y nadar para obtener un pellet de comida. Este método se utiliza para entender la toma de decisiones y las relaciones sociales entre animales altamente sociales en grupos pequeños.

Resumen

Para muchas especies, donde el estatus es un motivador vital que puede afectar la salud, las jerarquías sociales influyen en el comportamiento. Las jerarquías sociales que incluyen relaciones dominantes-sumisas son comunes tanto en las sociedades animales como en las humanas. Estas relaciones pueden verse afectadas por interacciones con otros y con su entorno, lo que dificulta su análisis en un estudio controlado. Más que una simple jerarquía de dominio, esta formación tiene una presentación complicada que permite a las ratas evitar la agresión. El estatus puede ser estancado o mutable, y resulta en estratificaciones sociales complejas. Aquí describimos una compleja tarea de buceo por comida para investigar la jerarquía social de roedores y las interacciones conductuales. Este modelo animal puede permitirnos evaluar la relación entre una amplia gama de enfermedades mentales y la organización social, así como estudiar la eficacia de la terapia sobre la disfunción social.

Introducción

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 ratas1,2. 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 ratas3. 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 limitado1,2,4,5,6,7,8. 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 jaula9. 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 no9. Se observó que todas las ratas eran portadoras cuando fueron entrenadas individualmente en el aparato de buceo10.

Tareas similares de comportamiento animal implican competencia por alimentos o espacio y se han empleado con pollos11,roedores12,13,14,15,y cerdos16. 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 social17,18,19. 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 fría19,20.

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 depresión3. Las personas deprimidas a menudo luchan con el desempleo, tienen pocos contactos sociales y apenas participan en actividades de ocio3. El tratamiento eficaz de la depresión a menudo se mide mediante la mejora de la función social e interpersonal21. Los tratamientos antidepresivos, sin embargo, varían en su eficacia en el tratamiento de deterioros en el funcionamiento social relacionados con la depresión3.

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 dominio15,17,22. 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.

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Protocolo

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 semanas24,25.
    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 experimental26,27,28.
      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 anteriores9,29,30 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 acuario25. 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 anteriormente23,25,31,32,33. 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.

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Resultados

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 ex...

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Discusión

Las jerarquías sociales determinan el comportamiento de muchas especies, incluidos los seres humanos, y a menudo se definen por relaciones basadas en la agresión y la sumisión. Estas relaciones a menudo dependen de factores ambientales adicionales a las estructuras sociales35. Las formaciones sociales basadas en el dominio y la sumisión son multifacéticas36,37. Entre los seres humanos, la agresión se describe como consistente en comportami...

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Divulgaciones

Los autores no tienen nada que revelar.

Agradecimientos

Nos gustaría dar las gracias a la profesora Olena Severynovska, Anastasia Halinska y Maryna Kuscheriava del Departamento de Fisiología, Facultad de Biología, Ecología y Medicina, así como a Oles Honchar de la Universidad Dnipro, Dnipro, Ucrania, por su ayuda en el análisis de grabaciones de vídeo de la prueba de la organización social.

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Materiales

Lista de materiales utilizados en este artículo
NombreEmpresaNúmero de catálogoComentarios
AlcoholFarmacia99% alcohol farmacéutico diluido al 5% y utilizado para limpiar la caja de prueba de campo abierto antes de la introducción de cada rata
BotellasTechniplastACBT0262SUbotellas de 150 ml llenas de 100 mL de agua y 100 mL de solución de sacarosa al 1% (p/v) Equipo
para Buceo para Tareas de Comida (Plexiglás)hecho en Ben Gurion Universidad de NegevDos jaulas (50 x 50 x 50 cm) para un acuario (130 x 35 x 50 cm) a través de túneles
Clorhidrato de imipraminaSIGMALot# SLBB9914V(Antidepresivo tricíclico) 20 mg/kg por vía intraperitoneal una vez al día durante 3 semanas
Purina ChowPurina5001comida de laboratorio para roedores que se administra a ratas, ratones y hámsteres es una nutrición de ciclo de vida que se ha utilizado en la investigación biomédica durante más de 5
jaulas para ratasTechniplast2000PAlojamiento convencional para roedores. Se utilizó para alojar ratas durante todo el experimento
Cámara de video CanonCámara de video digital para la grabación de alta definición del comportamiento de las ratas bajo la prueba de laberinto plus
La

Referencias

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