Subskrypcja JoVE jest wymagana do oglądania tego materiału. Zaloguj się lub rozpocznij bezpłatny okres próbny.

Artykuł metodologiczny

Ocena zachowania dominująco-uległego u dorosłych szczurów po urazowym uszkodzeniu mózgu

2K wyświetleń

⸱

DOI:

10.3791/64548

⸱

16 grudnia 2022

* These authors contributed equally

W tym artykule

Podsumowanie

Obecny protokół opisuje szczurzy model urazowego uszkodzenia mózgu wywołanego płynnym uderzeniem, po którym następuje seria testów behawioralnych w celu zrozumienia rozwoju zachowania dominującego i uległego. Wykorzystanie tego modelu urazowego uszkodzenia mózgu w połączeniu ze specyficznymi testami behawioralnymi umożliwia badanie zaburzeń społecznych po urazie mózgu.

Streszczenie

Rywalizacja o zasoby, takie jak jedzenie, terytorium i partnerzy, znacząco wpływa na relacje między gatunkami zwierząt i jest zapośredniczona przez hierarchie społeczne, które często opierają się na relacjach dominacji i uległości. Relacja dominacja-uległość jest normalnym wzorcem zachowania wśród osobników gatunku. Urazowe uszkodzenie mózgu jest częstą przyczyną upośledzenia interakcji społecznych i reorganizacji relacji dominacja-uległość w parach zwierząt. Protokół ten opisuje uległe zachowanie u dorosłych samców szczurów Sprague-Dawley po indukcji urazowego uszkodzenia mózgu przy użyciu modelu płynnej perkusji w porównaniu z naiwnymi szczurami poprzez serię testów dominująco-uległych przeprowadzonych między 29 dniami a 33 dniami po indukcji. Test zachowania dominująco-uległego pokazuje, w jaki sposób uszkodzenie mózgu może wywołać uległe zachowanie u zwierząt rywalizujących o pożywienie. Po urazowym uszkodzeniu mózgu gryzonie były bardziej uległe, na co wskazuje to, że spędzały mniej czasu przy karmniku i były mniej skłonne do dotarcia do koryta jako pierwsze w porównaniu ze zwierzętami kontrolnymi. Zgodnie z tym protokołem zachowanie uległe rozwija się po urazowym uszkodzeniu mózgu u dorosłych samców szczurów.

Wprowadzenie

Konkurencja wewnątrzgatunkowa występuje, gdy członkowie tego samego gatunku rywalizują o ograniczony zasób w tym samym czasie1. Natomiast konkurencja międzygatunkowa występuje między przedstawicielami dwóch różnych gatunków2. Konkurencja wewnątrzgatunkowa dzieli się na dwa typy, w tym interferencję (adaptację) i eksploatację (kontestację) i powstaje w zależności od rodzaju zasobu, o który toczy się spór, takiego jak żywność i terytorium3.

Istnienie hierarchii społecznych jest niemożliwe bez relacji dominant-uległość (DSR). Dominacja przedstawia się jako "wygrana", a podporządkowanie jako "przegrana" w parach zwierząt4. Jednak DSR-y pojawiają się nie tylko w parach, ale także w grupach po trzy lub więcej osób. W 1922 roku Thorleif Schjelderup-Ebbe opisał hierarchię dominacji u kur domowych. Głównymi znakami wyróżniającymi zwierzęta dominujące i podporządkowane były czas spędzony przy karmniku i agresywne zachowanie. Hierarchia dominacji jest podzielona na dwie formy: liniową i nieliniową5. Dominacja liniowa obejmuje dwie grupy, A i B. W tym paradygmacie relacji przechodnich6, grupa A dominuje nad grupą B lub grupa B dominuje nad grupą A. Dominacja nieliniowa występuje, gdy istnieje co najmniej jedna relacja kołowa: A dominuje nad B, B dominuje nad C, a C dominuje nad A7.

Modele do oceny zachowania dominująco-uległego istnieją dla różnych gatunków, w tym gryzoni, ptaków8, naczelne niebędące ludźmi9,10,11 i ludzie12. Metoda dominująco-uległa jest dobrze reprezentowana w literaturze i została zastosowana jako model do oceny manii i depresji13, a także aktywność leków przeciwdepresyjnych14. Model ten został wykorzystany do zbadania stresu we wczesnym okresie życia po separacji matki u dorosłych szczurów15. Paradygmaty DSR można podzielić na trzy modele: model redukcji dominującego zachowania13,16, model redukcji zachowania uległego14 oraz model odwrócenia dominacji z odwróceniem klonidyny17.

To badanie demonstruje badanie DSR poprzez zadania oparte na konkurencji żywnościowej. Zaletami tej metody jest jej łatwa powtarzalność oraz możliwość obserwacji i dokładnej analizy zachowań dominująco-uległych. Ponadto zadanie behawioralne dominująco-uległe opiera się na jedzeniu, a nie na terytorium, w przeciwieństwie do porównywalnych zadań behawioralnych, co sprawia, że to zadanie behawioralne jest tańsze i prostsze, a badacze nie muszą przechodzić skomplikowanego szkolenia, aby wykonać zadanie i przetworzyć dane.

Ogólnym celem obecnego badania jest pokazanie rozwoju DSR po urazowym uszkodzeniu mózgu (TBI). TBI wiąże się z upośledzeniami społecznymi, depresją i lękiem. Model indukowania TBI jest prostym i skutecznym modelem standardowym, który polega na wywołaniu urazowego uszkodzenia mózgu za pomocą urządzenia do płynnego uderzenia18,19.

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Protokół

Eksperymenty zostały zatwierdzone przez Komitet ds. Opieki nad Zwierzętami Uniwersytetu Ben-Guriona w Negev.Eksperymenty zostały przeprowadzone zgodnie z zaleceniami Deklaracji Helsińskiej i Tokio oraz Wytycznych dotyczących opieki i użytkowania zwierząt laboratoryjnych Wspólnoty Europejskiej. W niniejszym badaniu wykorzystano dorosłe samce szczurów Sprague-Dawley o wadze 300-350 g. Zwierzęta trzymano w temperaturze pokojowej 22 °C ± 1 °C i wilgotności 40%-60% w cyklach jasny-ciemny.

1. Przygotowanie zwierząt

  1. Wybierz losowo 30 dorosłych samców szczurów i podziel je na dwie grupy: TBI i pozorowane.
  2. Dostarcz karmę (patrz Tabela Materiałów) i wodę ad libitum.
    UWAGA: Wykonaj wszystkie kroki testu w tym samym czasie, aby kontrolować wpływ pory dnia na wydajność behawioralną. Testy zachowania najlepiej przeprowadzać rano (między 6:00 a 12:00), aby uniknąć zakłóceń spowodowanych ogólną aktywnością.
  3. Przeprowadzić wyjściową ocenę ciężkości neurologicznej przed urazem w obu grupach szczurów, jak wyszczególniono w kroku 3 i tabeli 1.
  4. Znieczulić szczury 4% (do indukcji) i 1,5% (do podtrzymania) izofluranu. Wstrzyknąć buprenorfinę (0,05-0,1 mg/kg; SC) w celu analgezji prewencyjnej.
  5. Sprawdź, czy szczur jest unieruchomiony, testując brak ruchu lub odruch pedałowania w odpowiedzi na stymulant.
    UWAGA: Do podawania znieczulenia zaleca się ciągły przepływ izofluranu.

2. Zabieg chirurgiczny

UWAGA: Wszystkie procedury muszą być wykonywane w warunkach aseptycznych. Używaj sterylnych rękawiczek. Zmień rękawice, jeśli dotkniesz jakiejkolwiek niesterylnej powierzchni. Nałóż lubrykant okulistyczny na oba oczy, aby zapobiec wysuszeniu. Uraz płynu przystrzałkowego został wykonany zgodnie z wcześniej opublikowanymi raportami18,20.

  1. Naciekać skórę głowy 0,5% bupiwakainą (patrz Tabela materiałów), wykonać nacięcie 10 mm i wycofać tkanki na boki.
  2. Wykonaj kraniotomię18,20 4 mm tylna i 4 mm boczna bregma.
    UWAGA: Obszar operacyjny należy kilkakrotnie zdezynfekować okrężnymi ruchami zarówno za pomocą peelingu na bazie jodu, jak i chlorheksydyny oraz alkoholu.
  3. Indukuj TBI18,19 za pomocą urządzenia do płynnego uderzenia (patrz Tabela Materiałów) przez 21-23 ms przez trójdrożny kran.
    UWAGA: Wykonaj umiarkowane TBI o amplitudzie 2.5 atm.
  4. Wykonaj kraniotomię na grupie szczurów operowanych pozorowo (Ryc. 1). Nie należy indukować TBI u grupy pozorowanej.
  5. Wykonać 0,1% naciek bupiwakainy przed zamknięciem rany. Buprenorfinę należy podawać domięśniowo (0,01-0,05 mg/kg) jako znieczulenie pooperacyjne przed odstawieniem izofluranu.
    UWAGA: Dawki buprenorfiny należy powtarzać co 12 godzin przez co najmniej 48 godzin.
  6. Przenieś szczura do sali pooperacyjnej i monitoruj jego stan oddechowy (np. zatrzymanie oddechu), neurologiczny (np. paraliż) i sercowo-naczyniowy (np. zmiany koloru źrenic, zmniejszenie perfuzji tkanek miękkich i bradykardia) przez 24 godziny.

3. Ocena oceny dotkliwości neurologicznej

UWAGA: Najwyższy możliwy wynik dla zmian w zachowaniu i funkcji motorycznych to 24 punkty. Wynik 0 oznacza nienaruszony stan neurologiczny, a wynik 24 oznacza ciężką dysfunkcję neurologiczną21,22,23 (Tabela 1).

  1. Oceń wynik ciężkości neurologicznej (NSS) zgodnie z wcześniejszym opisem24 na TBI i szczurach pozorowanych przed operacją, po 48 godzinach od operacji (Rysunek 2A) i w 28 dniu po operacji (Rysunek 2B).

4. Studiowanie zachowania dominującego i uległego

  1. Losowo podziel szczury na klatki na 1 tydzień przed badaniem.
    UWAGA: Każda klatka powinna zawierać jednego szczura operowanego pozorowo i jednego szczura TBI.
  2. Wykonuj jedną 15-minutową sesję dziennie przez 2 dni przed badaniem, aby szczury mogły przyzwyczaić się do protokołu.
    UWAGA: Zadanie dominacji-uległości zostało zainicjowane w 29 dniu po urazie (Rysunek 1).
  3. Użyj aparatury (patrz Tabela Materiałów) wykonanej z dwóch przezroczystych pudełek ze szkła akrylowego (30 cm x 20 cm x 20 cm, Pudełko A i Pudełko B, Rysunek 3) połączonych smukłym tunelem o wymiarach 15 cm x 15 cm x 60 cm15,19,25.
  4. Napełnij karmnik (Rysunek 3) słodzonym mlekiem i umieść go na środku tunelu. Używaj mleka składającego się z 10% cukru i 3% tłuszczu.
  5. Umieść urządzenie na stole o wysokości 80 cm nad podłogą.
  6. Umieść każdego szczura w aparacie na 15 minut w celu przyzwyczajenia się przez pierwsze 2 dni. Rozpocznij zadanie po 2 dniach przyzwyczajenia.
  7. Losowo wybierz jednego szczura z grupy kontrolnej i jednego z grupy z urazowym uszkodzeniem mózgu (TBI) i ustaw je w równych odległościach od karmnika, pozwalając im na eksplorację przez 5 minut.
  8. Pozwól szczurom na dostęp do wody ad libitum.
    UWAGA: Zadanie trwało 5 dni. Restrykcja żywieniowa została wprowadzona na cały okres trwania zadania. Pokarm podawano codziennie przez 1 godzinę po okresie testowym.
  9. Wyczyść sprzęt 5% alkoholem przed wykonaniem kolejnych testów z innymi szczurami.
    UWAGA: Czyszczenie aparatu wyeliminuje zapach poprzednich szczurów. Wykonaj test w pomieszczeniu o odpowiedniej cyrkulacji powietrza.

5. Nagrywanie wideo i analiza danych

  1. Ustaw kamerę i zainstaluj zalecane oprogramowanie komputerowe (patrz Spis materiałów), aby przechwycić, zapisać i przetworzyć dane.
    UWAGA: Kamera musi być zainstalowana na wysokości 290 cm od podłogi.
  2. Nagraj wideo, gdy szczury są na arenie.
    UWAGA: Kamera i aparatura zostały umieszczone w odległości 210 cm od siebie. Część areny, na której przeprowadza się badanie, musi być widoczna w kadrze kamery.
  3. Wykonaj analizę danych23 ręcznie przez dwóch analityków zaślepionych grupami.

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Wyniki

Ocena neurologicznej skali nasilenia deficytów
Deficyty neurologiczne u samców szczurów po TBI oceniano za pomocą skali NSS. Szczury podzielono na dwie grupy: grupę TBI oraz grupę kontrolną. Grupa kontrolna została poddana operacji pozorowanej (sham). Skala NSS umożliwiła ocenę funkcji motorycznych i zmian w zachowaniu za pomocą systemu punktowego22,23; wynik 24 wskazywał na ciężkie zaburzenia neurologiczne, a wynik 0 oznaczał nienaruszony st...

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Dyskusja

Badania kliniczne wskazują, że uszkodzenie mózgu może zwiększać ryzyko zaburzeń psychicznych26,27. Ponadto TBI wpływa na rozwój zachowań społecznych28,29. W tym protokole model TBI miał wpływ na prezentację zachowań dominująco-uległych. Zachowanie dominująco-uległe przejawiało się w czasie spędzonym na karmniku i tym, kto pierwszy przyszedł do karmnika.

Oprócz wykonywanego tu z...

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Oświadczenia

Autorzy nie mają nic do ujawnienia.

Podziękowania

Wykonana praca jest częścią pracy doktorskiej Dmitrija Franka.

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Materiały

Lista materiałów użytych w tym artykule
NazwaFirmaNumer katalogowyKomentarze
2% chlorheksydyny w 70% roztworze alkoholuSIGMA - ALDRICH500 ccDo ogólnej antyseptyki skóry w polu operacyjnym
4 deski o różnych grubościach (1,5 cm, 2,5 cm, 5 cm i 8,5 cm)Ma to na celu ocenę wady
4-0 Nylon Szew4-00
ButelkiTechniplastACBT0262SU
Bupiwakaina 0,1
Wiertło diamentowe Zestawotwornicopcjonalnie.
Cyfrowa wagaSIGMA - ALDRICHRs 4,000
Nożyczki preparacyjneSIGMA - ALDRICHZ265969
Etanol 99,9 %Apteka5%-10% roztwór używany do czyszczenia sprzętu i usuwania zapachów
Urządzenie do płynnego uderzeniawykonane na zamówienie w warsztacieNie jest zalecana żadna konkretna marka.
Gąbki z gazyRękawice rybackie
(cienkie rękawice laboratoryjne)Opcjonalnie.
Grzejnik z termometremHeatingpad-1Model: HEATINGPAD-1/2Nie jest zalecana żadna konkretna marka.
Horizon-XLMennen Medical Ltd
Isofluran, USP 100%Piramamal Critical Care, IncNDC 66794-017Płyn znieczulający do inhalacji
Oprogramowanie kamery internetowej LogitechOprogramowanie Logitech2.51do kamery wideo
Kleszcze operacyjneSIGMA - ALDRICH
Nożyczki operacyjneSIGMA - ALDRICH
Komputer PC do zapisu USV i analizyIntel Core i5-6500 CPU @ 3,2 GHz, 16 GB RAM, 64-bitowy system operacyjny
Pudełka z pleksi połączone wąskim przejściemDwa przezroczyste pudełka z pleksi 30 cm &; 20 cm & 20 cm połączone wąskim przejściem 15 cm & czasy; 15 cm & czasy; 60 cm
Purina ChowPurina5001Karma laboratoryjna dla gryzoni podawana szczurom,  to żywienie oparte na cyklu życia, które było wykorzystywane w badaniach biomedycznych
Klatki dla szczurów (klatka domowa dla szczurów lub inna wybiega)Techniplast2000PNie jest zalecana żadna konkretna marka
Ostrza skalpela 11SIGMA - ALDRICHS2771
SPSSSPSS Inc., Chicago, IL, USAPakiet
Instrument stereotaktycznywykonany na zamówienie w warsztacieuniwersyteckimŻadna konkretna marka nie jest zalecana
Urządzenie do pomiaru czasuTimer interwałowyOpcjonalny. Każdy timer będzie dobry, chociaż wygodnie jest używać timera interwałowego, jeśli łaskoczesz wiele szczurów
Kamera wideoKamera internetowa LogitechC920 HD PROCyfrowa kamera wideo do nagrywania w wysokiej rozdzielczości zachowania szczurów w teście uległości dominującej
neurologicznej% do szkła o średnicy 3 mm uniwersyteckim danych Intel 20:Czas do nagrywania USV

Bibliografia

  1. Birch, L. C. The meanings of competition. The American Naturalist. 91 (856), 5-18 (1957).
  2. Crombie, A. C. Interspecific competition. The Journal of Animal Ecology. 16 (1), 44-73 (1947).
  3. Riechert, S. E. Game theory and animal contests. Game Theory and Animal Behavior. Dugatkin, L. A., Reeve, H. R. , Oxford University Press. Oxford, UK. 64-93 (1998).
  4. Chase, I. D., Tovey, C., Spangler-Martin, D., Manfredonia, M. Individual differences versus social dynamics in the formation of animal dominance hierarchies. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 99 (8), 5744-5749 (2002).
  5. Vonk, J., Shackelford, T. K. Encyclopedia of Animal Cognition and Behavior. , Springer. Cham, Switzerland. (2019).
  6. De Vries, H. An improved test of linearity in dominance hierarchies containing unknown or tied relationships. Animal Behaviour. 50 (5), 1375-1389 (1995).
  7. Appleby, M. C. The probability of linearity in hierarchies. Animal Behaviour. 31 (2), 600-608 (1983).
  8. Drent, P. J., Oers, K. v, Noordwijk, A. J. v Realized heritability of personalities in the great tit (Parus major). Proceedings of the Royal Society of London. Series B: Biological Sciences. 270 (1510), 45-51 (2003).
  9. Sapolsky, R. M. Endocrinology alfresco: psychoendocrine studies of wild baboons. Recent Progress in Hormone Research. 48, 437-468 (1993).
  10. Shively, C. A. Social subordination stress, behavior, and central monoaminergic function in female cynomolgus monkeys. Biological Psychiatry. 44 (9), 882-891 (1998).
  11. Shively, C. A., Grant, K. A., Ehrenkaufer, R. L., Mach, R. H., Nader, M. A. Social stress, depression, and brain dopamine in female cynomolgus monkeys. Annals of the New York Academy of Sciences. 807, 574-577 (1997).
  12. Tse, W. S., Bond, A. J. Difference in serotonergic and noradrenergic regulation of human social behaviours. Psychopharmacology. 159 (2), 216-221 (2002).
  13. Malatynska, E., Knapp, R. J. Dominant-submissive behavior as models of mania and depression. Neuroscience & Biobehavioral Reviews. 29 (4-5), 715-737 (2005).
  14. Malatynska, E., et al. Reduction of submissive behavior in rats: A test for antidepressant drug activity. Pharmacology. 64 (1), 8-17 (2002).
  15. Frank, D., et al. Early life stress induces submissive behavior in adult rats. Behavioural Brain Research. 372, 112025(2019).
  16. Knapp, R. J., et al. Antidepressant activity of memory-enhancing drugs in the reduction of submissive behavior model. European Journal of Pharmacology. 440 (1), 27-35 (2002).
  17. Malatyńska, E., Kostowski, W. The effect of antidepressant drugs on dominance behavior in rats competing for food. Polish Journal of Pharmacology and Pharmacy. 36 (5), 531-540 (1984).
  18. Kabadi, S. V., Hilton, G. D., Stoica, B. A., Zapple, D. N., Faden, A. I. Fluid-percussion-induced traumatic brain injury model in rats. Nature Protocols. 5 (9), 1552-1563 (2010).
  19. Boyko, M., et al. Traumatic brain injury-induced submissive behavior in rats: Link to depression and anxiety. Translational Psychiatry. 12 (1), 239(2022).
  20. Jones, N. C., et al. Experimental traumatic brain injury induces a pervasive hyperanxious phenotype in rats. Journal of Neurotrauma. 25 (11), 1367-1374 (2008).
  21. Frank, D., et al. A novel histological technique to assess severity of traumatic brain injury in rodents: Comparisons to neuroimaging and neurological outcomes. Frontiers in Neuroscience. 15, 733115(2021).
  22. Frank, D., et al. A metric test for assessing spatial working memory in adult rats following traumatic brain injury. Journal of Visualized Experiments. (171), e62291(2021).
  23. Frank, D., et al. Induction of diffuse axonal brain injury in rats based on rotational acceleration. Journal of Visualized Experiments. (159), e61198(2020).
  24. Zlotnik, A., et al. β2 adrenergic-mediated reduction of blood glutamate levels and improved neurological outcome after traumatic brain injury in rats. Journal of Neurosurgical Anesthesiology. 24 (1), 30-38 (2012).
  25. Frank, D., et al. A novel histological technique to assess severity of traumatic brain injury in rodents: Comparisons to neuroimaging and neurological outcomes. Frontiers in Neuroscience. 15, 733115(2021).
  26. Marinkovic, I., et al. Prognosis after mild traumatic brain injury: Influence of psychiatric disorders. Brain Sciences. 10 (12), 916(2020).
  27. Robert, S. Traumatic brain injury and mood disorders. Mental Health Clinician. 10 (6), 335-345 (2020).
  28. Sabaz, M., et al. Prevalence, comorbidities, and correlates of challenging behavior among community-dwelling adults with severe traumatic brain injury: A multicenter study. The Journal of Head Trauma Rehabilitation. 29 (2), 19-30 (2014).
  29. Aaronson, A., Lloyd, R. B. Aggression after traumatic brain injury: A review of the current literature. Psychiatric Annals. 45 (8), 422-426 (2015).
  30. Koolhaas, J. M., et al. The resident-intruder paradigm: A standardized test for aggression, violence and social stress. Journal of Visualized Experiments. (77), e4367(2013).
  31. Bhatnagar, S., Vining, C. Facilitation of hypothalamic-pituitary-adrenal responses to novel stress following repeated social stress using the resident/intruder paradigm. Hormones and Behavior. 43 (1), 158-165 (2003).
  32. Boyko, M., et al. The effect of depressive-like behavior and antidepressant therapy on social behavior and hierarchy in rats. Behavioural Brain Research. 370, 111953(2019).
  33. Gruenbaum, B. F., et al. A complex diving-for-food Task to investigate social organization and interactions in rats. Journal of Visualized Experiments. (171), e61763(2021).
  34. Grasmuck, V., Desor, D. Behavioural differentiation of rats confronted to a complex diving-for-food situation. Behavioural Processes. 58 (1-2), 67-77 (2002).
  35. Pinhasov, A., Crooke, J., Rosenthal, D., Brenneman, D., Malatynska, E. Reduction of Submissive Behavior Model for antidepressant drug activity testing: Study using a video-tracking system. Behavioural Pharmacology. 16 (8), 657-664 (2005).
  36. Nesher, E., et al. Differential responses to distinct psychotropic agents of selectively bred dominant and submissive animals. Behavioural Brain Research. 236 (1), 225-235 (2013).

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Przedruki i uprawnienia

Tagi

Konkurencja pokarmowahierarchie społeczneskala neurologicznej oceny stanu pacjentamodel perkusyjny płynutesty behawioralneinterakcje społeczne zwierząt