Для просмотра этого контента требуется подписка на JoVE. Войдите или начните свой бесплатный пробный период.

Методическая статья

Оценка доминантно-покорного поведения взрослых крыс после черепно-мозговой травмы

2K просмотров

⸱

DOI:

10.3791/64548

⸱

16 декабря 2022 г.

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

* These authors contributed equally

В этой статье

Краткое содержание

Настоящий протокол описывает крысиную модель черепно-мозговой травмы, вызванной жидкостной перкуссией, за которой следует серия поведенческих тестов для понимания развития доминирующего и покорного поведения. Использование этой модели черепно-мозговой травмы в сочетании со специфическими поведенческими тестами позволяет изучать социальные нарушения после черепно-мозговой травмы.

Аннотация

Конкуренция за ресурсы, такие как пища, территория и партнеры, существенно влияет на отношения внутри видов животных и опосредована социальными иерархиями, которые часто основаны на отношениях доминант-подчинение. Отношения «доминант-сабмиссив» — это нормальная поведенческая модель среди особей вида. Черепно-мозговая травма является частой причиной нарушения социального взаимодействия и реорганизации отношений доминанта-подчинения в парах животных. Этот протокол описывает покорное поведение у взрослых самцов крыс Sprague-Dawley после индукции черепно-мозговой травмы с использованием жидкостно-перкуссионной модели по сравнению с наивными крысами с помощью серии тестов на доминантность-подчинение, выполненных между 29 и 33 днями после индукции. Тест на доминантно-покорное поведение показывает, как черепно-мозговая травма может вызвать покорное поведение у животных, конкурирующих за пищу. После черепно-мозговой травмы грызуны были более покорными, о чем свидетельствует то, что они проводили меньше времени у кормушки и с меньшей вероятностью первыми прибывали к кормушке по сравнению с контрольными животными. Согласно этому протоколу, покорное поведение развивается после черепно-мозговой травмы у взрослых крыс-самцов.

Введение

Внутривидовая конкуренция возникает, когда представители одного и того же вида конкурируют за ограниченный ресурс в одно и то же время1. Напротив, межвидовая конкуренция происходит между представителями двух разных видов2. Внутривидовая конкуренция подразделяется на два типа, включая интерференцию (адаптированную) и эксплуатацию (конкуренцию), и возникает в зависимости от типа спорного ресурса, такого как пища и территория3.

Существование социальных иерархий невозможно без доминантно-покорных отношений (ДСР). Доминирование проявляется как «победа», а подчинение — как «проигрыш» в парах животных4. Однако DSR появляются не только парами, но и группами по три и более. В 1922 году Торлейф Шельдеруп-Эббе описал иерархию доминирования у домашних кур. Основными отличительными признаками между доминирующими и подчиненными животными были время, проведенное у кормушки, и агрессивное поведение. Иерархия доминирования делится на две формы: линейную и нелинейную5. Линейное доминирование включает в себя две группы: А и В. В этой парадигме транзитивных отношений6 группа А доминирует над группой В, или группа В доминирует над группой А. Нелинейное доминирование возникает, когда существует по крайней мере одно круговое отношение: А доминирует над В, В доминирует над С, а С доминирует над А7.

Модели оценки доминантно-покорного поведения существуют для различных видов, включая грызунов, птиц8, нечеловекообразных приматов 9,10,11 и людей 12. Метод доминантно-сабмиссивного хорошо представлен в литературе и был применен в качестве модели для оценки мании и депрессии13, а также активности антидепрессантов14. Эта модель была использована для исследования стресса в раннем возрасте после материнского разделения у взрослых крыс15. Парадигмы DSR можно разделить на три модели: редукция модели доминантного поведения 13,16, редукция моделиподчиненного поведения 14 и клонидин-реверсная модельдоминирования 17.

Это исследование демонстрирует исследование DSR с помощью задач, основанных на пищевой конкуренции. Преимуществами этого метода являются его легкая воспроизводимость и возможность наблюдать и точно анализировать доминантно-сабмиссивное поведение. Кроме того, поведенческая задача «доминант-сабмиссив» опирается на еду, а не на территорию, в отличие от сопоставимых поведенческих задач, что делает эту поведенческую задачу более дешевой и простой, и исследователям не нужно проходить сложную подготовку для выполнения задачи и обработки данных.

Общая цель настоящего исследования - продемонстрировать развитие DSR после черепно-мозговой травмы (ЧМТ). ЧМТ связана с социальными нарушениями, депрессией и тревогой. Модель индуцирования ЧМТ представляет собой простую и эффективную стандартную модель, которая предполагает индуцирование черепно-мозговой травмы с помощью жидкостного перкуссионного устройства18,19.

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Протокол

Эксперименты были одобрены Комитетом по уходу за животными Университета Бен-Гуриона в Негеве.Эксперименты проводились в соответствии с рекомендациями Хельсинкской и Токийской деклараций и Руководства по уходу за лабораторными животными и их использованию Европейского сообщества. В настоящем исследовании использовались взрослые самцы крыс Sprague-Dawley весом 300-350 г. Животные содержались при комнатной температуре от 22 ° C ± 1 ° C и влажности 40-60% с циклами света и темноты.

1. Подготовка животных

  1. Выберите наугад 30 взрослых крыс-самцов и разделите их на две группы: ЧМТ и фиктивные.
  2. Обеспечьте чау-чау (см. Таблицу материалов) и воду ad libitum.
    ПРИМЕЧАНИЕ: Выполняйте все этапы теста одновременно, чтобы контролировать влияние времени суток на поведенческие показатели. Лучше всего проводить поведенческие тесты утром (с 6:00 до 12:00), чтобы избежать помех от общей активности.
  3. Проведите исходную оценку неврологической тяжести до травмы в обеих группах крыс, как подробно описано в шаге 3 и таблице 1.
  4. Обезболивают крыс 4% (для индукции) и 1,5% (для поддержания) изофлураном. Инъекционно бупренорфин (0,05-0,1 мг/кг; SC) для упреждающей анальгезии.
  5. Проверьте иммобилизацию крысы, проверив отсутствие движения или педального рефлекса в ответ на стимулятор.
    ПРИМЕЧАНИЕ: Для введения анестезии рекомендуется непрерывный поток изофлурана.

2. Хирургическое вмешательство

ПРИМЕЧАНИЕ: Все процедуры должны выполняться в асептических условиях. Используйте стерильные перчатки. Меняйте перчатки при прикосновении к какой-либо нестерильной поверхности. Нанесите офтальмологическую смазку на оба глаза, чтобы предотвратить высыхание. Парасагиттальное водно-перкуссионное повреждение было выполнено по ранее опубликованным сообщениям18,20.

  1. Проникните в кожу головы 0,5% бупивакаином (см. Таблицу материалов), сделайте разрез 10 мм и втяните ткани в боковом направлении.
  2. Выполняюттрепанацию черепа 18,20 4 мм сзади и 4 мм латерально брегмы.
    ПРИМЕЧАНИЕ: Операционную область необходимо продезинфицировать несколько раз круговыми движениями скрабом на основе йода или хлоргексидина и спиртом.
  3. Индуцировать ЧМТ18,19 жидкостно-ударным устройством (см. Таблицу материалов) в течение 21-23 мс через трехходовой запорный кран.
    ПРИМЕЧАНИЕ: Выполните умеренную ЧМТ с амплитудой 2,5 атм.
  4. Проведите трепанацию черепа на группе фиктивно оперированных крыс (рис. 1). Не вызывайте ЧМТ в группе, прооперированной с фиктивной операцией.
  5. Перед закрытием раны проводят 0,1% инфильтрацию бупивакаином. Вводят внутримышечно бупренорфин (0,01-0,05 мг / кг) в качестве послеоперационной анальгезии перед отменой изофлурана.
    ПРИМЕЧАНИЕ: Повторяйте дозы бупренорфина каждые 12 ч в течение не менее 48 ч.
  6. Переведите крысу в послеоперационную палату и наблюдайте за ее респираторным (например, остановка дыхания), неврологическим (например, паралич) и сердечно-сосудистым состоянием (например, изменением цвета зрачков, снижением перфузии мягких тканей и брадикардией) в течение 24 часов.

3. Оценка неврологической степени тяжести

ПРИМЕЧАНИЕ: Максимально возможный балл за поведенческие изменения и двигательную функцию составляет 24 балла. Оценка 0 представляет собой интактный неврологический статус, а оценка 24 представляет тяжелую неврологическую дисфункцию21,22,23 (таблица 1).

  1. Оцените оценку неврологической тяжести (NSS), как описано ранее:24 на ЧМТ и фиктивных крысах до операции, через 48 ч после операции (рис. 2A) и на 28-й день после операции (рис. 2B).

4. Изучение доминантно-сабмиссивного поведения

  1. Случайным образом разделите крыс на клетки за 1 неделю до теста.
    ПРИМЕЧАНИЕ: В каждой клетке должна содержаться одна фиктивная крыса и одна крыса с ЧМТ.
  2. Выполняйте один 15-минутный сеанс каждый день в течение 2 дней перед тестированием, чтобы крысы могли акклиматизироваться к протоколу.
    ПРИМЕЧАНИЕ: Задача «доминант-сабмиссив» была начата на 29-й день после травмы (рис. 1).
  3. Используйте аппарат (см. Таблицу материалов), изготовленный из двух прозрачных акриловых стеклянных коробок (30 см х 20 см х 20 см, коробка А и коробка Б, рис. 3), соединенных тонким туннелем 15 см х 15 см х 60 см 15,19,25.
  4. Наполните кормушку (рис. 3) подслащенным молоком и поместите ее в центр туннеля. Используйте молоко, состоящее из 10% сахара и 3% жирности.
  5. Поставьте аппарат на стол высотой 80 см над полом.
  6. Поместите каждую крысу в аппарат на 15 минут для привыкания в первые 2 дня. Приступайте к выполнению задания через 2 дня привыкания.
  7. Случайным образом выберите одну крысу из контрольной группы и одну из группы черепно-мозговой травмы (ЧМТ) и установите их на равном расстоянии от кормушки, что позволит им исследовать их в течение 5 минут.
  8. Обеспечьте крысам доступ к воде ad libitum.
    ПРИМЕЧАНИЕ: Задание длилось 5 дней. Ограничение в еде выполнялось на весь период выполнения задания. Пищу давали каждый день в течение 1 ч после периода тестирования.
  9. Очистите оборудование 5% спиртом перед проведением последующих тестов с другими крысами.
    ПРИМЕЧАНИЕ: Чистка аппарата устранит запах предыдущих крыс. Проводите тест в помещении с правильной циркуляцией воздуха.

5. Запись видео и анализ данных

  1. Установите камеру и установите рекомендуемое компьютерное программное обеспечение (см. Таблицу материалов) для сбора, сохранения и обработки данных.
    ПРИМЕЧАНИЕ: Камеру необходимо устанавливать на высоте 290 см от пола.
  2. Запишите видео, пока крысы находятся на арене.
    ПРИМЕЧАНИЕ: Камера и аппарат были расположены на расстоянии 210 см друг от друга. Часть арены, где проводится тест, должна быть видна в кадре камеры.
  3. Выполните анализданных 23 вручную двумя аналитиками, слепыми к группам.

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Результаты

Оценка неврологической степени тяжести
Неврологический дефицит оценивали у самцов крыс после ЧМТ с использованием НСС. Крысы были разделены на две группы: одну группу ЧМТ и одну контрольную группу. Контрольная группа была подвергнута фиктивной операции. NSS позволял оценить двигательную функцию и изменение поведения с помощью балльной системы22,23; 24 балла указывали на тяжелую неврологическую дисфункцию, а 0 баллов представляли интактный невр...

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Обсуждение

Клинические исследования показывают, что черепно-мозговая травма может увеличить риск психических расстройств26,27. Более того, ЧМТ влияет на развитие социального поведения28,29. В этом протоколе модель ЧМТ влияла на представление доминантно-сабмиссивного поведения. Доминантно-покорное поведение проявлялось в плане времени, проведенного на кормушке и того, кто первым подошел к кормушке.

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Раскрытие информации

Авторам раскрывать нечего.

Благодарности

Проделанная работа является частью кандидатской диссертации Дмитрия Франка.

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Материалы

Список материалов, использованных в этой статье
ИмяКомпанияКаталожный номерКомментарии
2% хлоргексидин в 70% спиртовом раствореSIGMA - ALDRICH500 cc Дляобщей антисептики кожи в операционном поле
4 доски разной толщины (1,5 см, 2,5 см, 5 см и 8,5 см)Это для оценки неврологического дефекта
4-0 Нейлоновый шов4-00
ФлаконыТехнипластACBT0262SU
Бупивакаин 0,1 %
Алмазное сверло диаметром 3 ммКомплектопционально.
Цифровые весыSIGMA - ALDRICHRs 4,000
Ножницы для препарированияSIGMA - ALDRICHZ265969
Этанол 99,9 %Аптека5%-10% раствор, используемый для очистки оборудования и удаления запахов
Устройство для перкуссии жидкости, изготовленное на заказ в университетской мастерскойНе рекомендуется использовать какую-либо конкретную марку.
Марлевые губкиFisher
Gloves (тонкие лабораторные перчатки)Опционально.
Грелка с термометромГрелка-1Модель: ГРЕЛКА-1/2Не рекомендуется использовать какую-либо конкретную марку.
Horizon-XLMennen Medical Ltd
Isofluran, USP 100%Piramamal Critical Care, IncNDC 66794-017Обезболивающая жидкость для ингаляций
Программное обеспечение для веб-камеры Logitech2.51Программное обеспечение для видеокамеры
Операционные щипцыSIGMA - ALDRICH
PC Computer для записи и анализа данных USVIntel core i5-6500 CPU @ 3.2GHz, 16 GB RAM, 64-битная операционная система
Коробки из плексигласа соединенные узким проходомДве прозрачные коробки из плексигласа 30 см × × 20 cm × 20 cm / times / times / times 60 cm
Purina ChowPurina5001Лабораторный корм для грызунов выдаваемый крысам,  это питание на протяжении всего жизненного цикла, которое использовалось в биомедицинских исследованиях
Крысиные клетки (крысиная домашняя клетка или другой вольер)Techniplast2000PНе рекомендуется конкретная марка
Скальпельные лезвия 11SIGMA - ALDRICHS2771
SPSSSPSS Inc., Чикаго, Иллинойс, СШАУпаковка из 20 штук
Стереотаксический инструмент, изготовленный на заказ в университетской мастерскойНе рекомендуется использовать какую-либо конкретную марку
устройствасинхронизации Interval Timer:Timing for recording USV'sOptional. Подойдет любой таймер, хотя удобно использовать интервальный таймер, если вы щекочете несколько крыс Видеокамера
LogitechC920 HD PRO WEBCAMЦифровая видеокамера для записи в высоком разрешении поведения крысы при доминантном сабмиссивном тесте
для пилы для стеклянных отверстий Операционные ножницы SIGMA - ALDRICH Intel проход

Ссылки

  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).

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Перепечатки и разрешения

Теги

Конкуренция за пищусоциальные иерархииневрологическая шкала тяжестимодель жидкостной перкуссииповеденческое тестированиесоциальное взаимодействие животных
Оценка доминантно-покорного поведения взрослых крыс после черепно-мозговой травмы
Связаться с нами
Порекомендовать библиотеке

Конфиденциальность

Условия использования

Политики

© 2026 MyJoVE Corporation. Все права защищены.