Modellazione dello stress sociale

Modeling Social Stress

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Behavioral Science

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Modeling Social Stress

1.13: An Introduction to Modeling Behavioral Disorders and Stress

1.15: Anxiety Testing

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08:14 min

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April 30, 2023

Overview

Lo stress influisce negativamente sulla nostra qualità della vita. In particolare, alcuni individui sperimentano stress sociale quando si trovano in un ambiente sociale con cui non hanno familiarità o hanno difficoltà ad adattarsi. Poiché è difficile esaminare i meccanismi di stress sociale negli esseri umani, modellare questa condizione negli animali può aiutare gli scienziati a sviluppare nuove terapie per il trattamento di questo problema comunemente riscontrato.

Questo video di educazione scientifica inizia discutendo l’anatomia e la fisiologia conosciute dietro la risposta allo stress. Quindi, spieghiamo un paradigma ben consolidato per modellare lo stress sociale nei roditori, il compito Resident-Intruder. Nella sezione applicazioni, esaminiamo alcuni studi di esempio in cui viene misurata la risposta allo stress.

Procedure

Lo studio di modelli di stress sociale consente agli scienziati di indagare i meccanismi alla base di questo problema comunemente riscontrato. Una persona sperimenta lo stress sociale quando affronta cambiamenti nell’ambiente sociale che lei o lui non può affrontare. Lo stress sociale può contribuire a disturbi come la depressione e l’ansia. Comprendere gli eventi biologici che si verificano durante una risposta comportamentale allo stress può aiutare gli scienziati a sviluppare nuovi trattamenti che riducono gli effetti fisiologici dello stress.

Questo video discuterà prima la biologia dello stress, e poi ci concentreremo su un paradigma ben consolidato per modellare lo stress sociale nei roditori, il compito residente-intruso. Infine, discuteremo alcuni studi di esempio in cui vengono misurati gli effetti dello stress.

Iniziamo discutendo la risposta fisiologica attualmente nota agli stimoli stressanti.

Lo stress può essere definito come uno stato di omeostasi minacciata. In particolare, lo stress sociale viene generato attraverso l’interazione con conspecifici o individui della propria specie. Gli esseri umani possono sperimentare stress sociale quando fanno presentazioni o quando si fanno colloqui di lavoro.

Il percorso principale suggerito per essere coinvolto nella risposta allo stress è chiamato asse HPA, dove “H” sta per ipotalamo, “P” per ghiandola pituitaria e “A” per ghiandola surrenale, che si trova sopra il rene. Quando qualcuno incontra uno stimolo stressante, l’ipotalamo viene attivato e stimola la ghiandola pituitaria, che a sua volta genera un ormone chiamato ormone adrenocorticotropo, o ACTH, che stimola la ghiandola surrenale.

La ghiandola surrenale produce cortisolo, il principale ormone dello stress. È il cortisolo che è responsabile degli effetti fisiologici dello stress, che includono l’aumento della pressione sanguigna e della temperatura corporea. Pertanto, le persone che vivono situazioni stressanti tendono ad avere alti livelli di cortisolo che circolano nel sangue.

Dal momento che ora comprendi la neuroanatomia di base e la fisiologia dello stress, possiamo vedere come il compito residente-intruso può modellare aspetti dello stress sociale.

Questo compito utilizza una risposta comportamentale naturalistica per generare un fattore di stress sociale. I roditori maschi adulti mostrano naturalmente un comportamento aggressivo quando il loro territorio è minacciato da un maschio sconosciuto. Il maschio intruso sperimenterà lo stress a causa del comportamento aggressivo del maschio residente. Poiché il compito residente-intruso crea angoscia negli animali, è importante che i risultati sperimentali ne giustifichino l’uso.

Il primo passo è sviluppare un etogramma, che è un elenco di comportamenti da registrare. Almeno una settimana prima dell’esperimento pianificato, il territorio del maschio residente dovrebbe essere stabilito accoppiandolo con una femmina nella sua gabbia domestica. Il giorno dell’esperimento, la femmina viene rimossa dalla gabbia del maschio residente.

All’inizio del test, una videocamera viene allestita di fronte alla gabbia domestica del maschio residente. Potrebbe essere meglio testare di notte, quando i roditori sono più attivi. Una volta che la telecamera sta registrando, il nuovo maschio viene introdotto nella gabbia domestica del maschio residente. Gli animali sono autorizzati a interagire per circa 10 minuti, quindi il maschio intruso viene rimosso dalla gabbia del residente. L’interazione deve essere monitorata e lo studio terminato se l’aggressione si intensifica fino al punto di lesione.

Dopo aver visto come viene eseguito il test resident-intruder, discutiamo come segnare le interazioni registrate.

I video vengono analizzati guardando il filmato e segnando con un software specializzato. Vengono registrate la frequenza e la durata dei comportamenti aggressivi, generalmente visualizzati dal maschio residente. Esempi di tali comportamenti includono: allevare, muoversi verso, minaccia laterale, attacco clinch, inseguimento, “tenere giù” e postura eretta. Anche la frequenza e la durata dei comportamenti sottomessi, generalmente visualizzati dall’intruso, dovrebbero essere registrate. Esempi di comportamenti sottomessi includono: allontanamento, postura sottomessa, volo e postura eretta difensiva. Ulteriori categorie di comportamenti, inclusi comportamenti sociali e comportamenti esplorativi generali, possono anche essere notati. Una volta che tutti i video sono stati valutati, i dati possono essere visualizzati valutando la quantità di comportamento all’interno di ciascuna categoria avviata dal residente o dall’intruso.

Ora che hai visto come eseguire un esperimento di stress sociale nei roditori, diamo un’occhiata ad alcuni esperimenti neurocomportamentali in cui viene impiegato lo stress.

Una variazione del compito residente-intruso può essere utilizzata per modellare la depressione postpartum. In questo paradigma, un nuovo maschio viene introdotto nella gabbia domestica di una femmina e della sua cucciolata, fornendo una fonte di stress sociale. A seguito di questa interazione, e dopo che il maschio è stato rimosso, il comportamento materno della femmina può essere valutato. Queste interazioni generalmente si traducono in cure materne depresse.

Oltre al comportamento istigato dall’intruso, si possono osservare altri comportamenti della gabbia domestica, come la nidificazione e l’interramento del marmo; questi comportamenti possono indicare suscettibilità o resilienza allo stress. I topi più colpiti dallo stress possono costruire nidi di altezza inferiore rispetto agli animali non stressati, oppure potrebbero mostrare comportamenti compulsivi aumentati, come seppellire più biglie.

Infine, gli scienziati sono anche interessati a studiare l’effetto dello stress sociale sulle risposte fisiologiche e neuroendocrine negli esseri umani. Qui, i ricercatori inducono stress sociale chiedendo ai partecipanti di tenere un discorso di colloquio di lavoro, o risolvere un problema aritmetico, di fronte a un pubblico. Gli scienziati esaminano quindi la frequenza cardiaca durante il test e misurano i livelli di cortisolo nei campioni di saliva prelevati prima e dopo il test. I risultati rivelano che lo stress sociale influisce su entrambi questi parametri.

Hai appena visto il video di JoVE sulla modellazione dello stress sociale. Abbiamo esaminato ciò che è attualmente noto sui cambiamenti fisiologici alla base della risposta agli stimoli dello stress e abbiamo dettagliato un protocollo passo-passo per eseguire e segnare il compito dell’intruso residente. Abbiamo anche esaminato alcuni esempi di come lo stress da modellazione potrebbe essere applicato nella ricerca comportamentale di oggi. Come sempre, grazie per aver guardato!

Transcript

Studying models of social stress allows scientists to investigate the underlying mechanisms of this commonly encountered problem. A person experiences social stress when facing changes in social environment that she or he cannot cope with. Social stress can contribute to disorders such as depression and anxiety. Understanding the biological events that occur during a behavioral response to stress may help scientists develop new treatments that reduce the physiological effects of stress.

This video will first discuss the biology of stress, and then we’ll focus on one well-established paradigm for modeling social stress in rodents, the resident-intruder task. Lastly, we’ll discuss some example studies where the effects of stress are measured.

Let’s begin by discussing the currently known physiological response to stressful stimuli.

Stress can be defined as a state of threatened homeostasis. In particular, social stress is generated through interaction with conspecifics, or individuals of your own species. Humans may experience social stress when giving presentations, or when on job interviews.

The main pathway suggested to be involved in the stress response is called the HPA axis, where “H” stands for hypothalamus, “P” for pituitary gland, and “A” for adrenal gland, which is located above the kidney. When someone encounters a stressor stimulus, the hypothalamus is activated and stimulates the pituitary gland, which in turn generates a hormone called adrenocorticotropic hormone, or ACTH, that stimulates the adrenal gland.

The adrenal gland produces cortisol, the main stress hormone. It is cortisol that is responsible for the physiological effects of stress, which include increased blood pressure and body temperature. Therefore, people experiencing stressful situations tend to have high levels of cortisol circulating in their bloodstream.

Since you now understand the basic neuroanatomy and physiology of stress, we can look at how the resident-intruder task can model aspects of social stress.

This task utilizes a naturalistic behavioral response to generate a social stressor. Adult male rodents naturally display aggressive behavior when their territory is threatened by an unfamiliar male. The intruder male will experience stress as a result of the aggressive behavior from the resident male. As the resident-intruder task creates distress in animals, it is important that the experimental outcomes justify its use.

The first step is to develop an ethogram, which is a list of behaviors to be recorded. At least a week before the planned experiment, the resident male’s territory should be established by pairing him with a female in his home cage. On the day of the experiment, the female is removed from the resident male’s cage.

At the start of testing, a video camera is set-up in front of the resident male’s home cage. It may be best to test at night, when rodents are more active. Once the camera is recording, the novel male is introduced into the home cage of the resident male. Animals are allowed to interact for about 10 minutes, and then the intruder male is removed from the resident’s cage. The interaction should be monitored and the trial terminated if the aggression escalates to the point of injury.

After seeing how the resident-intruder test is run, let’s discuss how to score the recorded interactions.

Videos are analyzed by watching the footage and scoring with specialized software. The frequency and duration of aggressive behaviors, generally displayed by the resident male, are recorded. Examples of such behaviors include: rearing, moving towards, lateral threat, clinch attack, chase, “keep down,” and upright posture. The frequency and duration of submissive behaviors, generally displayed by the intruder, should also be recorded. Examples of submissive behaviors include: moving away, submissive posture, flight, and defensive upright posture. Additional categories of behaviors, including social behaviors and general exploratory behaviors, can also be noted. Once all videos have been scored, data can be visualized by assessing the amount of behavior within each category that is initiated by the resident or the intruder.

Now that you’ve seen how to run a social stress experiment in rodents, let’s look at some neurobehavioral experiments where stress is employed.

A variation of the resident-intruder task can be used to model postpartum depression. In this paradigm, a novel male is introduced to the home cage of a female and her litter, providing a source of social stress. Following this interaction, and after the male is removed, the maternal behavior of the female can be assessed. These interactions generally result in depressed maternal care.

In addition to intruder-instigated behavior, other home cage behaviors can be observed, such as nesting and marble burying; these behaviors may indicate susceptibility or resiliency to stress. Mice more affected by stress may build nests of lower height than non-stressed animals, or they might display increased compulsive behaviors, such as burying more marbles.

Lastly, scientists are also interested in studying the effect of social stress on the physiological and neuroendocrine responses in humans. Here, researchers induce social stress by asking participants to deliver a job interview speech, or solve an arithmetic problem, in front of an audience. Scientists then examine heart rate during the test, and measure cortisol levels in saliva samples taken before and after the test. Results reveal that social stress affects both these parameters.

You’ve just watched JoVE’s video on modeling social stress. We reviewed what’s currently known about the physiological changes behind response to stress stimuli, and detailed a step-by-step protocol for running and scoring the resident-intruder task. We also looked at some examples of how modeling stress could be applied in behavioral research today. As always, thanks for watching!

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