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Behavior

调查大鼠社会组织和互动的复杂潜水换食物任务

doi: 10.3791/61763 Published: May 8, 2021
* These authors contributed equally

Summary

该协议描述了在老鼠模型中检查社会等级的方法。老鼠执行复杂的潜水换食物任务,根据它们愿意潜入水下和游泳以获得食物颗粒,它们形成了一个独特的等级制度。这种方法用于了解小群体中高度社会化动物之间的决策和社会关系。

Abstract

对于许多物种来说,地位是影响健康的重要动力,社会等级制度影响行为。包括支配顺从关系的社会等级制度在动物和人类社会中都很常见。这些关系可能受到与他人及其环境的相互作用的影响,因此在受控研究中很难分析这些关系。这种形成不是简单的支配等级制度,而是一个复杂的表述,允许老鼠避免侵略。地位可能停滞不前或多变,并导致复杂的社会分层。在这里,我们描述了一个复杂的潜水换食物的任务,以调查啮齿动物的社会等级和行为相互作用。这种动物模型可以让我们评估各种精神疾病与社会组织之间的关系,并研究治疗社会功能障碍的有效性。

Introduction

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老鼠是高度社会化的动物,是理解社会行为及其与决策的关系的理想模式。老鼠根据支配和顺从的关系将自己分成等级组。老鼠可以接受训练的任务,表达合作,风险管理,欺骗行为,和行为的变化,这取决于其他大鼠1,2的决定。用老鼠模型来表达这些行为的研究证明有助于理解社会结构及其与决策的关系,与人类心理学相关。

作为一种必要的资源,获得食物是大鼠之间社会组织的主要原因。在获得食物的机会有限的情况下,人们观察到天真的老鼠从事社会互动和差异化。在一项研究中,成年大鼠被要求穿过水下的隧道才能获得食物,然后通过隧道将食物带回笼子9号。每组的个体大鼠都能够按照获得食物的方法进行分类。出现了两种行为特征:第一种是"携带者",它们潜入水下,游到喂食器,获得颗粒,并在它们游回笼子时将颗粒塞进嘴里。第二组是"非携带者",他们不潜水,只通过从航母上偷东西来获取食物。在六只老鼠中,大约一半是携带者,另一半不是9只。当所有老鼠在潜水器械10中单独训练时,它们都被观察为携带者。

类似的动物行为任务涉及食物或空间的竞争,并已雇用鸡11,啮齿动物12,13,14,15和猪16。在管测试中,两只老鼠从两端通过一根窄管被送出,其中一只老鼠必然让位给另一只老鼠。这项测试有助于衡量社会支配地位17,18,19。一种被称为"暖点测试"的行为测试让老鼠在原本寒冷的笼子里争夺一个位置。

随后的潜水换食物任务更为复杂,允许携带者老鼠进入第二个笼子,远离非携带者,在那里它们可以单独食用食物在本协议中,我们提出了一个潜水换食物的任务,作为大鼠社会等级和行为的替代模式。这种以潜水换食物的任务为大鼠提供了一种方法,以避开主笼的社会群体,从而逃避侵略和其他老鼠的社会互动。这项任务引入了避免老鼠的社会行为的选择,可以阐明我们对社会侵略的理解。

社会功能,描述从事正常社会角色的能力,可以受到抑郁症3等条件的影响。抑郁的人经常与失业作斗争,很少社会交往,很少从事休闲活动。抑郁症的有效治疗通常通过改善社会和人际功能衡量。然而,抗抑郁治疗在治疗与抑郁症有关的社会功能障碍方面的有效性各不相同。

在这种方法中,我们通过慢性应激测试诱导了大鼠的抑郁症状疾病,并通过蔗糖偏好测试评估了大鼠的抗抑郁状态,这是抑郁症状状态的特征之一。与对照组相比,安赫多尼克大鼠以及服用抗抑郁药的抗抑郁大鼠通过潜水换食物任务进行监测。

前面提到的潜水换食物任务类似于食物竞赛测试,通常只使用一对动物或一个二分法作为比较点,如载体和非携带者,以及一个分析,比较提交占主导地位15,17,22。我们的方法定义了老鼠之间更复杂的相互作用,通过分裂到多种行为,包括:携带者和非携带者,那些谁争取食物和那些谁不,和老鼠谁分享食物或去单独的笼子。我们认为,该协议是唯一使用等级制度来评估一组动物中复杂的社会互动结构,而不是成对的社会互动结构的类型。它将有助于基于食物偏好来测试支配地位的研究,以及旨在澄清更多等级关系的研究,这些关系不仅限于占主导地位的顺从模式。

在本协议中,我们详细描述了复杂的潜水换食物任务,以调查大鼠的社会组织和互动与个体行为的变化,特别是在安赫多尼亚发展之后。这种动物模型也可以用来研究与社会行为和等级变化相关的其他精神疾病。

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Protocol

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这些实验是根据《赫尔辛基和东京宣言》和《欧洲共同体实验动物使用准则》的建议进行的。这些实验得到了内盖夫本-古里安大学动物护理委员会的批准。此实验的授权代码为 IL-55-8-12。

1. 老鼠准备

  1. 获得机构动物护理和使用委员会 (IACUC) 的实验批准。
  2. 选择成年斯普拉格道利老鼠。排除表现出异常身体特征的动物,如癫痫发作或其他运动缺陷。
    注:对于此协议,我们使用成年雄性大鼠,体重300−350克,年龄在4-8个月大。雌性大鼠也可以使用。
  3. 在室温下保持大鼠(22 °C ± 1 °C),12 h 光和 12 h 暗周期。提供鼠周和水广告。每个笼子有3只老鼠。
    注:所有被关在同一笼子里的老鼠必须在同一个实验组。
  4. 随机将120只大鼠放入三个实验组之一。使用组 1 (n=60) w 作为控制组。诱导实验组,组2(n=30),压力源如下。诱导组3,实验组与治疗(n=30),与抗抑郁药,随后管理抗抑郁治疗。实验协议的时间表可以在 图1中找到。
  5. 在实验开始时用彩色笔标记大鼠,以便进行单独识别。
  6. 在.m 6:00至中午12:00之间执行所有实验.m。
  7. 在整个过程中每天称量大鼠,以减轻体重。体重减轻超过20%将把老鼠排除在研究之外。请参阅第 3.1.3 节。

2. 在大鼠中诱导安赫多尼亚

  1. 慢性不可预知应激模型
    1. 根据先前详述的23,通过慢性不可预知应激模型诱导实验组和实验组的老鼠进行具有抑郁症状状态的治疗。
  2. 慢性不可预知应激模型
    1. 根据先前详述的23,通过慢性不可预知应激模型诱导两个实验组的老鼠有抑郁症状行为。
      注:大鼠每天随机接触7个压力源中的2个:一个在白天,第二个在晚上5周24,25。
    2. 随机顺序介绍以下压力源:
      1. 每只笼子有6只动物,而不是3只,每只18小时。
      2. 倾斜笼放置 45° 沿垂直轴 3 小时。
      3. 剥夺动物的食物18小时。
      4. 剥夺动物18小时的水,然后引入一个空水瓶。
      5. 将脏笼保持 8 小时,床上洒 300 mL 的水。
      6. 保持连续照明,每周倒转光/暗循环48小时。
      7. 将环境加热至 40 °C 5 分钟。
    3. 通过进行蔗糖偏好测试,确认安赫多尼亚的发展,这是抑郁症状状态的特征之一。请参阅第 4 节。
  3. 抗抑郁疗法
    1. 每天对实验组26、27、28的老鼠施用20毫克/千克盐酸三环抗抑郁药(三环抗抑郁药),为期3周。
      注:实验组的一个子组(每组大鼠为3)在3周内每天在尿内施用0.9%盐水(安慰剂),与抗抑郁治疗组的体积相同。

3. 社会组织测试(复杂的潜水换食物任务)

注:实验仪器在先前的研究9,29,30中描述,稍作修改。仪器的所有部件都应由透明玻璃组成。

  1. 准备仪器和适应老鼠。
    1. 通过隧道(45 厘米 x 15 厘米 x 15 厘米)将两个笼子(50 厘米 x 50 厘米 x 50 厘米)连接到水族馆(130 厘米 x 35 厘米 x 50 厘米)(图 2)。确保没有潜入水族馆25号,从一个笼子到另一个笼子是无法进入的。将水温保持在25°C。
    2. 将含有食物颗粒的管子(每管一粒食物颗粒)放在水族馆的一端。
      注:减少离开笼子里食物颗粒的可及性,应逐步鼓励老鼠潜水到达食物。
    3. 在实验的第一天,将每组6只老鼠介绍给没有水的实验仪器,进行3小时的实验。会话后将鼠放回标准笼。
      1. 限制老鼠的食物进入3小时的会议,在一天的其余时间没有其他食物。
      2. 将从实验中减掉超过20%基线重量的老鼠与社交群体一起取出,并给予 脂肪 食物和水。
      3. 手动毛巾干鼠或提供访问热源,直到干燥,然后再把它们放回他们的正常住房,以避免体温过低。
      4. 重复这些会话2-3天。
        注:视频记录老鼠在仪器中连续3小时的会话。确保摄像机设置为高清(720p),并关闭自动对焦。
  2. 执行以潜水换食物的任务
    1. 在第4-17天,逐步加水,直到达到最大水位,如前所述4。17-21日,维持最高水位。
    2. 观察老鼠潜水以获得颗粒。
    3. 记录每只大鼠的以下参数:
      1. 评估进入隧道的频率。
      2. 数一数每次潜水寻找食物的尝试。
        注:从笼子到水族馆返回笼子的行程不应超过5-6秒,这将确保颗粒保持食用。
      3. 评估食物通过为食物游泳的老鼠和不游泳的老鼠之间的攻击获得食物的次数。
      4. 记录游泳的老鼠携带食物的次数。
      5. 记录老鼠在单独的笼子里度过的时间,而在原来的笼子里度过的时间。
        注:所有数据都是通过连续的视觉观察获得的。

4. 对安赫多尼亚的评估:蔗糖偏好测试

  1. 评估安赫多尼亚的蔗糖偏好测试与轻微的修改,如先前描述的23,25,31,32,33。在程序的第 6 天、0 天、35 天、41 天、62 天和 68 天执行此测试(请参阅协议时间线图 1)。
    1. 允许大鼠通过免费进入每个笼子里的两个瓶子,即含有100mL蔗糖溶液(1%,w/v)来消耗24小时的蔗糖溶液。
    2. 24小时后,用水更换其中一个瓶子,再加24小时。
    3. 剥夺老鼠12小时34分的水。
    4. 给老鼠两瓶(一瓶加水,一瓶加蔗糖)。4小时后,记录所消耗蔗糖溶液和水的体积。
    5. 将蔗糖偏好计算为蔗糖偏好 (%) = 蔗糖消费 (mL)/(蔗糖消费量 (mL) = 水消费 (mL))× 100%。
      注意:在结合社会组织测试使用慢性不可预知应激模型时,我们建议不仅记录平均蔗糖和水的消耗,还注意每只大鼠的行为变化。这样,当遇到诸如"潜水换食物"任务等等级模型时,可以更具体地了解个人内部的行为变化,而不是群体内部的行为变化。

5. 统计分析

  1. 确定使用 Kruskal-Wallis 的组之间的比较,然后是曼-惠特尼用于非参数数据,或对方差 (ANOVA) 进行单向分析,然后是邦费罗尼的临时测试或学生对参数数据的 t 测试。
    注:当p<0.05时,结果被认为具有统计学意义;当p<0.01时,结果具有高度显著性。

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Representative Results

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体重变化
单向 ANOVA 在 21 天的潜水换食物任务中,没有显示实验组之间体重变化的任何差异。从第2天到第21天,所有3组(p<0.01, 表1)的体重都有变化。

蔗糖偏好测试
在实验开始时(第0天),用抗抑郁药治疗的实验组(85.1%±18.8)和对照组(85.7%± ±9.9)之间,用抗抑郁疗法治疗的实验组(85.1%)和对照组(85.7%±9.9)之间的蔗糖偏好百分比没有差异。第35天,与对照组(84.13%±12.3)相比,实验组的蔗糖偏好显著降低(62.69%)±17.7, p<0.01)和在实验组与治疗(68.48%±13.9,p<0.01, 图3A)。实验组和治疗实验组之间没有任何区别。在第62天,实验鼠的蔗糖偏好(68%±15)低于对照组(78.5%±16)和实验组(77%±16,p<0.05, 图3B)。目前治疗组和对照组之间没有区别。数据以蔗糖偏好百分比±标准偏差显示。

潜水换食物任务
4图说明了老鼠在食物有限的情况下的社会活动。实验组的老鼠显示进入隧道的频率增加(113%±3.7,p<0.01, 图4A),潜水食物(141%±7,p<0.01, 图4B),携带食物(168%±12,p<0.01, 图4C),在单独的笼子里度过的时间(123%±7.9,p<0.01, 图4D),以及攻击获得的食物(232%±26, p<0.01, 图4E)与治疗实验组相比(44%±7,53%±6,54%±5,55%±4.7,67%±3.4)。实验组大鼠与用抗抑郁药治疗的实验鼠之间的差异在统计学上大于实验组和对照组在潜水换食物测试的所有5个参数(p<:0.05)中的差异。与平均值的标准误差±控件相比,数据以平均百分比表示。

Figure 1
图1。实验协议的时间表。请单击此处查看此图的较大版本。

Figure 2
图2。潜水换食品装置的插图。请单击此处查看此图的较大版本。

Figure 3
图3。35 天后的蔗糖偏好测试 (A) 和 62 天后的 (B) 。 实验开始时蔗糖的消费没有差别。(A) 到实验的第35天,用抗抑郁疗法治疗的抗抑郁组(p<0.01)的抗糖素组的蔗糖偏好明显低于对照组。 (B) 在第62天,与对照组和接受抗抑郁治疗的抗抑郁组(p<0.05)相比,用安赫多尼亚诱导的老鼠的蔗糖偏好较低。 请单击此处查看此图的较大版本。

Figure 4
图4。大鼠在食物获取受限的情况下的社会活动。A) 进入隧道的频率。(B) 潜水寻找食物。(C) 携带食物。(D) 在单独的笼子里度过的时间。(E) 攻击获得的食物。与平均控制值+平均标准误差相比,数据以平均百分比的形式呈现。 请单击此处查看此图的较大版本。

大鼠体重变化
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21
控制组
艾弗 0 -0.02 -0.04 -0.04 -0.06 -0.06 -0.07 -0.08 -0.09 -0.1 -0.11 -0.12 -0.12 -0.13 -0.14 -0.15 -0.16 -0.18 -0.19 -0.2 -0.21
SD 0 0.01 0.01 0.02 0.01 0.02 0.02 0.01 0.01 0.02 0.02 0.01 0.01 0.01 0.02 0.02 0.02 0.02 0.02 0.02 0.03
带治疗的实验组
艾弗 0 -0.02 -0.03 -0.04 -0.05 -0.06 -0.07 -0.08 -0.09 -0.1 -0.1 -0.12 -0.12 -0.14 -0.14 -0.15 -0.16 -0.17 -0.18 -0.19 -0.2
SD 0 0.02 0.02 0.02 0.02 0.03 0.03 0.02 0.03 0.03 0.03 0.02 0.03 0.03 0.03 0.04 0.03 0.03 0.03 0.02 0.02
实验组
艾弗 0 -0.01 -0.03 -0.04 -0.05 -0.05 -0.07 -0.07 -0.08 -0.1 -0.11 -0.12 -0.13 -0.14 -0.15 -0.15 -0.17 -0.18 -0.19 -0.2 -0.21
SD 0 0.01 0.02 0.02 0.02 0.02 0.02 0.02 0.03 0.03 0.03 0.03 0.03 0.03 0.03 0.03 0.03 0.03 0.02 0.02 0.02

表1。在潜水换食物任务期间体重(按百分比)的变化。 在任务的21天里,3个实验组在体重变化方面没有差异。从第2天到第21天,体重变化(p<0.01)之间的天数之间有整体影响。

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Discussion

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社会等级决定许多物种的行为,包括人类,并且通常由基于侵略和顺从的关系来定义。这些关系往往取决于环境因素,除了社会结构35。基于支配和顺从的社会形态是多方面的36,37。在人类中,侵略被描述为包括从非身体欺凌到战争和暴力的行为38,39,40。这些形成可以受抑郁症和其他受损条件的影响3,21。

在复杂的潜水换食物任务中,老鼠可以选择避免攻击,在没有来自小社会群体的其他老鼠的情况下回到笼子里。该装置的设计要求老鼠潜水和在水下游泳约1米。喂食器的位置需要老鼠回到笼子里吃他们的食物。进入另类笼子可能只能通过在水族馆游泳。因此,携带者大鼠决定是在家里的笼子里还是在替代笼子里吃食物。

实验允许老鼠适应。在头三天,动物们学习水族馆的空间特征和食物的位置,里面没有水。从第4-17天开始,水会逐渐增加。第17天之后,水位足够高,动物必须潜水才能从喂食者那里获得食物。他们从第17-21天开始潜水寻找食物。我们观察到,老鼠的行为群体直到实验的第11天才出现,这表明从那天开始,结果最为显著。到第21天,老鼠严重减肥,这似乎是最后一天,以切实收集数据。老鼠在第9天或第10天开始攻击所有群体的食物。

此协议有几个关键步骤。排除减肥对于确保方法提供最佳数据非常重要。通常,体重减轻20%足以使大鼠从实验41,42,43,44中去除。老鼠应该每天至少称一次体重。同样,应该有充足的颗粒管,以便老鼠可以很容易地获得颗粒。老鼠在路上失去颗粒的可能性很大,这确保了它们可以快速重试。水位必须足够高,这样老鼠在穿越隧道时就不能碰地板了。我们还强调,即使研究人员实时观察老鼠的行为,视频录制也是必要的,以便进行额外的数据收集。

在6只大鼠的组中,一个常见的模式揭示了5只携带大鼠和1只非携带者大鼠25的行为群体。其他潜水换食物任务使用不同数量的老鼠在每组与非携带者的比例相似。在此处提出的任务中,1或2只携带者鼠仍被关在替代笼子里,将其用作进出食物的新基地,以避免其他大鼠进入和外出。在携带颗粒返回主笼子的携带鼠中,1-2在试图在普通笼子里保护食物时不太活跃。

在另一项研究中,这六只老鼠只由先前实验1确定的非携带者组成。行为角色的划分保持了典型群体的比例:一只老鼠不游泳,五只老鼠是携带者。这表明大鼠会根据情况和周围的老鼠改变行为角色。这在人类中是呼应的,在人类中,行为会因一个人的状况和社会不稳定而改变。

该协议的结果表明,患有抗抑郁状态的老鼠,如果不进行治疗,更具有攻击性,更容易自己获得食物,无论是通过攻击、潜水还是携带,更有可能被关在单独的笼子里。看来,麻醉大鼠更愿意改变他们的社会关系,并从事老鼠认为危险的活动,如游泳。有可能存在无法监管冒险行为和履行预期社会角色之间的关系。

为了减少分析老鼠行为的视频记录所涉及的劳动,我们尝试使用视频软件(例如,民族视觉)。但是,该软件不适合此行为任务,无法识别组中的单个鼠。我们相信,有可能使用特殊的软件来分析视频,或在视觉上标记每只老鼠,或在老鼠的皮肤下放置一个胶囊,用于计算机程序来区分单个大鼠。议定书的另一个可能限制涉及培训期和程序的较长。

还有其他的选择,可能会改善技术,包括一个替代方法,涉及一个或两个细胞在仪器1,25。我们确定一个不可预知的压力模型是诱导等级关系中不同行为的方法,尽管其他模型可能也有效。

总之,这项以潜水换食物的任务允许调查啮齿动物的社会等级和行为相互作用。我们的协议显著测试了一组大鼠,而不仅仅是一对大鼠,并允许对更多层次的等级关系进行分析。我们看到此处描述的技术的两个主要用途。它可用于研究大鼠模型中精神疾病的病理生理学,以及与焦虑抑郁症相关的疾病的新治疗方法的测试。这种动物模型还可以让我们评估各种精神疾病与社会组织之间的关系,并研究治疗社会功能障碍的有效性。

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Disclosures

作者没有什么可透露的。

Acknowledgments

我们要感谢生物、生态和医学系生理学系的奥莱娜·塞韦里诺夫斯卡教授、阿纳斯塔西娅·哈林斯卡教授和玛丽娜·库舍里瓦教授,以及乌克兰德尼普罗大学德尼普罗大学的奥莱斯·洪查尔教授帮助分析社会组织测试的录像。

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Alcohol Pharmacy 99% pharmaceutical alcohol diluted to 5% and used for cleaning the open field test box before the introduction of each rat
Bottles Techniplast ACBT0262SU 150 mL bottles filled with 100 mL of water and 100 mL of 1% (w/v) sucrose solution
Equipment for Diving for Food Task (Plexiglas) self made in Ben Gurion University of Negev Two cages (50 x 50 x 50 cm) to an aquarium (130 x 35 x 50 cm) via tunnels
Imipramine hydrochloride SIGMA Lot# SLBB9914V (Tricyclic antidepressant) 20 mg/kg intraperitoneally once per day for 3 weeks
Purina Chow Purina 5001 Rodent laboratory chow given to rats, mice and hamster is a life-cycle nutrition that has been used in biomedical researc for over 5
Rat Cages Techniplast 2000P Conventional housing for rodents. Was used for housing rats throughout the experiment
Video Camera Canon Digital video camera for high definition recording of rat behavior under plus maze test

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

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调查大鼠社会组织和互动的复杂潜水换食物任务
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Gruenbaum, B. F., Frank, D., Savir, S., Shiyntum, H. N., Kuts, R., Vinokur, M., Melamed, I., Dubilet, M., Zlotnik, A., Boyko, M. A Complex Diving-For-Food Task to Investigate Social Organization and Interactions in Rats. J. Vis. Exp. (171), e61763, doi:10.3791/61763 (2021).More

Gruenbaum, B. F., Frank, D., Savir, S., Shiyntum, H. N., Kuts, R., Vinokur, M., Melamed, I., Dubilet, M., Zlotnik, A., Boyko, M. A Complex Diving-For-Food Task to Investigate Social Organization and Interactions in Rats. J. Vis. Exp. (171), e61763, doi:10.3791/61763 (2021).

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