Summary
Dit protocol beschrijft een methode om sociale hiërarchie in een rattenmodel te onderzoeken. Ratten voeren een complexe duik-voor-voedsel-taak uit waarin ze een aparte hiërarchie vormen op basis van hun bereidheid om onder water te duiken en te zwemmen om een voedselkorrel te verkrijgen. Deze methode wordt gebruikt om besluitvorming en sociale relaties tussen zeer sociale dieren in kleine groepen te begrijpen.
Abstract
Voor veel soorten, waar status een vitale motivator is die de gezondheid kan beïnvloeden, beïnvloeden sociale hiërarchieën gedrag. Sociale hiërarchieën die dominant-onderdanige relaties omvatten, komen veel voor in zowel dierlijke als menselijke samenlevingen. Deze relaties kunnen worden beïnvloed door interacties met anderen en met hun omgeving, waardoor ze moeilijk te analyseren zijn in een gecontroleerde studie. In plaats van een eenvoudige dominantiehiërarchie heeft deze formatie een gecompliceerde presentatie waarmee ratten agressie kunnen vermijden. Status kan stagneren of mutable zijn, en resulteert in complexe maatschappelijke gelaagdheid. Hier beschrijven we een complexe duik-voor-voedsel taak om de sociale hiërarchie en gedragsinteracties van knaagdieren te onderzoeken. Dit diermodel kan ons in staat stellen om de relatie tussen een breed scala aan psychische aandoeningen en sociale organisatie te beoordelen, evenals om de effectiviteit van therapie op sociale disfunctie te bestuderen.
Introduction
Ratten zijn zeer sociale dieren, waardoor ze een ideaal model zijn voor het begrijpen van sociaal gedrag en hoe het zich verhoudt tot besluitvorming. Ratten verdelen zich in hiërarchische groepen op basis van dominante en onderdanige relaties. Ratten kunnen worden getraind voor taken die samenwerking, risicobeheer, misleidend gedrag en gedrag uitdrukken die veranderen afhankelijk van de beslissingen van andere ratten1,2. Studies met rattenmodellen die dit gedrag uitdrukken, blijken nuttig te zijn bij het begrijpen van de sociale structuur en de relatie met besluitvorming met relevantie voor de menselijke psychologie.
Als noodzakelijke hulpbron is toegang tot voedsel een belangrijke reden voor sociale organisatie onder ratten3. Naïeve ratten zijn waargenomen die sociale interactie en differentiatie hebben in situaties waarin de toegang tot voedsel beperkt was1,2,4,5,6,7,8. In een studie moesten volwassen ratten een tunnel onder water oversteken om toegang te krijgen tot het voedsel en vervolgens het voedsel via de tunnel terug naar de kooibrengen 9. Individuele ratten binnen elke groep konden worden gecategoriseerd volgens hun methode om voedsel te verkrijgen. Er zijn twee gedragsprofielen naar voren gekomen: de eerste zijn de "dragers", die naar beneden duiken en onder water naar de feeder zwemmen, een pellet verkrijgen en de pellet in zijn mond houden terwijl ze terugzwemmen naar de kooi. De tweede groep zijn de "niet-dragers", die niet duiken en alleen voedsel verkrijgen door van de dragers te stelen. In groepen van zes ratten was ongeveer de ene helft drager en de andere helft niet9. Alle ratten werden waargenomen als dragers wanneer ze individueel werden getraind in het duikapparaat10.
Vergelijkbare gedragstaken van dieren omvatten concurrentie voor voedsel of ruimte en zijn gebruikt met kippen11, knaagdieren12,13,14,15en varkens16. In de buistest worden twee muizen van tegenovergestelde uiteinden door een smalle buis gestuurd, waarbij de ene muis noodzakelijkerwijs recht van weg naar de andere afgestaan is. Deze test helpt bij het meten van sociale dominantie17,18,19. Een gedragstest die de warmespottest wordtgenoemd,laat muizen strijden om een positie op een kleine warme plek in een verder koude kooi19,20.
Een daaropvolgende duik-voor-voedsel-taak die complexer is, stelt dragerratten in staat om toegang te krijgen tot een tweede kooi, weg van niet-dragers, waar ze hun voedsel afzonderlijk kunnen consumeren4. In dit protocol presenteren we een duik-voor-voedsel-taak als een alternatief model voor sociale hiërarchie en gedrag bij ratten. Deze duik-voor-voedsel taak biedt een methode voor ratten om de sociale groepen van de hoofdkooi te vermijden en daarom te ontsnappen aan agressie en de sociale interacties van andere ratten. Deze taak introduceert de mogelijkheid van vermijdbaar sociaal gedrag bij ratten dat ons begrip van sociale agressie kan verduidelijken.
Sociaal functioneren, dat het vermogen beschrijft om normale sociale rollen te vervullen, kan worden beïnvloed door aandoeningen zoals depressie3. Depressieve personen worstelen vaak met werkloosheid, hebben weinig sociale contacten en houden zich nauwelijks bezig met vrijetijdsbesteding3. Effectieve behandeling van depressie wordt vaak gemeten door verbetering van de sociale en interpersoonlijke functie21. Antidepressiva behandelingen variëren echter in hun werkzaamheid bij de behandeling van beperkingen in sociaal functioneren gerelateerd aan depressie3.
In deze methodologie hebben we een depressieve aandoening bij ratten geïnduceerd door middel van de Chronische Stress-test en hebben we het niveau van anhedonia van de ratten geëvalueerd, een van de kenmerken van een depressie-achtige toestand, met een sucrose-voorkeurstest. Anhedonische ratten, evenals anhedonische ratten die antidepressiva kregen toegediend, werden gecontroleerd door middel van de duik-voor-voedsel-taak in vergelijking met een controlegroep.
De eerder genoemde duik-voor-voedseltaken lijken op voedselconcurrentietests die vaak slechts één paar dieren of één tweedeling als vergelijkingspunt gebruiken, zoals dragers en niet-dragers , en een enkele analyse die de indiening vergelijkt met dominantie15,17,22. Onze methode definieert complexere interacties tussen ratten door middel van verdelingen in meerdere soorten gedrag, waaronder: dragers en niet-dragers, degenen die vechten voor voedsel en degenen die dat niet doen, en ratten die voedsel delen of naar aparte kooien gaan. Wij zijn van mening dat dit protocol het enige type is dat een hiërarchie gebruikt om een complexe structuur van sociale interactie in een groep dieren te beoordelen, in plaats van in paren. Het zal nuttig zijn voor studies die dominantie testen op basis van voedselvoorkeur, evenals studies die gericht zijn op het verduidelijken van meer hiërarchische relaties die niet beperkt zijn tot een dominant-onderdanig model.
In dit protocol beschrijven we in detail de complexe duik-voor-voedsel-taak om sociale organisatie en interacties bij ratten te onderzoeken met veranderingen in individueel gedrag, vooral na de ontwikkeling van anhedonia. Dit diermodel kan ook worden gebruikt om andere psychiatrische aandoeningen te bestuderen die verband houden met veranderingen in sociaal gedrag en hiërarchie.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
De experimenten zijn uitgevoerd in overeenstemming met de aanbevelingen van de verklaringen van Helsinki en Tokio en de richtsnoeren voor het gebruik van proefdieren van de Europese Gemeenschap. De experimenten werden goedgekeurd door de Animal Care Committee van de Ben-Gurion University of the Negev. De autorisatiecode voor dit experiment was IL-55-8-12.
1. Rattenpreparaat
- Goedkeuring voor experimenten verkrijgen van het Institutional Animal Care and Use Committee (IACUC).
- Selecteer volwassen Sprague Dawley ratten. Sluit dieren uit die abnormale fysieke eigenschappen vertonen, zoals epileptische aanvallen of andere motorische tekorten.
OPMERKING: Voor dit protocol gebruikten we volwassen mannelijke ratten, met een gewicht van 300−350 g, in de leeftijd van 4-8 maanden oud. Vrouwelijke ratten kunnen ook worden gebruikt. - Houd ratten op kamertemperatuur (22 °C ± 1 °C), met 12 uur licht en 12 uur donkere cycli. Zorg voor rattenvoer en water ad libitum. Huis 3 ratten per kooi.
OPMERKING: Alle ratten die in dezelfde kooi zijn gehuisvest, moeten zich in dezelfde experimentele groep bevinden. - Plaats willekeurig 120 ratten in een van de drie experimentele groepen. Gebruik Groep 1 (n=60) w als controlegroep. Induceer de experimentele groep, groep 2 (n=30), met stressoren zoals hieronder beschreven. Induceer groep 3, de experimentele groep met behandeling (n=30), met anhedonia en dien vervolgens een antidepressivabehandeling toe. De tijdlijn voor het experimentele protocol is te vinden in figuur 1.
- Markeer ratten met gekleurde pennen aan het begin van het experiment om individuele identificatie mogelijk te maken.
- Voer alle experimenten uit tussen 6:00 a.m. en 12:00 p.m.
- Weeg ratten dagelijks tijdens de procedure voor mogelijk gewichtsverlies. Gewichtsverlies boven de 20% zal ratten uitsluiten van de studie. Zie punt 3.1.3.
2. Inductie van anhedonia bij ratten
- Chronisch onvoorspelbaar stressmodel
- Induceer ratten uit de experimentele groep en de experimentele groep met behandeling met kenmerken van een depressieve toestand door het Chronic Unpredictable Stress-model, zoals eerder beschreven23.
- Chronisch onvoorspelbaar stressmodel
- Induceer ratten uit de twee experimentele groepen met depressief gedrag door het Chronic Unpredictable Stress-model, zoals eerder beschreven23.
OPMERKING: Ratten worden dagelijks in willekeurige volgorde blootgesteld aan 2 van de 7 stressoren; één overdag en de tweede 's nachts gedurende 5 weken24,25. - Introduceer de volgende stressoren in willekeurige volgorde:
- Huisratten met 6 dieren per kooi in plaats van 3 voor 18 uur.
- Kantel de kooiplaatsing 45° langs de verticale as gedurende 3 uur.
- Ontneem dieren voedsel gedurende 18 uur.
- Ontneem dieren 18 uur water en introduceer vervolgens een lege waterfles.
- Houd een vervuilde kooi 8 uur aan met 300 ml water dat in het beddengoed is gemorst.
- Houd continu licht aan en draai de licht/donkere cyclus 48 uur per week om.
- Verwarm het milieu gedurende 5 minuten tot 40 °C.
- Bevestig de ontwikkeling van anhedonia, een van de kenmerken van een depressie-achtige toestand, door een sucrose-voorkeurstest uit te voeren. Zie rubriek 4.
- Induceer ratten uit de twee experimentele groepen met depressief gedrag door het Chronic Unpredictable Stress-model, zoals eerder beschreven23.
- Anti-depressie therapie
- Intraperitoneaal 20 mg/kg imipraminehydrochloride (tricyclisch antidepressivum) intraperitoneaal gedurende 3 weken toedienen aan ratten uit de experimentele groep26,27,28.
OPMERKING: Een subgroep (n=3 in elke set ratten) van de experimentele groep wordt eenmaal per dag intraperitoneaal 0,9% zoutoplossing (placebo) toegediend gedurende de duur van 3 weken, op hetzelfde volume als de antidepressivabehandelingsgroep.
- Intraperitoneaal 20 mg/kg imipraminehydrochloride (tricyclisch antidepressivum) intraperitoneaal gedurende 3 weken toedienen aan ratten uit de experimentele groep26,27,28.
3. De sociale organisatie test (complexe diving-for-food taak)
OPMERKING: Het experimentele apparaat werd beschreven in eerdere studies9,29,30 met kleine wijzigingen. Alle onderdelen van het apparaat moeten uit transparant plexiglas bestaan.
- Bereid apparaten voor en acclimatiseren ratten.
- Verbind twee kooien (50 cm x 50 cm x 50 cm) met een aquarium (130 cm x 35 cm x 50 cm) via tunnels (45 cm x 15 cm x 15 cm) (Afbeelding 2). Zorg ervoor dat er geen toegang is van de ene kooi naar de andere zonder in het aquarium te duiken25. Houd de watertemperatuur op 25 °C.
- Plaats buizen met voedselkorrels (één voedselpellet in elke buis) aan het ene uiteinde van het aquarium.
OPMERKING: Een vermindering van de toegankelijkheid van voedselkorrels in de kooi van vertrek zou de rat, die anders de gewoonte zou ontwikkelen om te stelen, geleidelijk moeten aanmoedigen om te duiken om het voedsel te bereiken. - Op dag 1 van het experiment introduceert u elke groep van 6 ratten in experimentele apparaten zonder water gedurende sessies van 3 uur. Breng ratten terug naar de standaardkooi na de sessie.
- Beperk de toegang tot rattenvoer tot de sessies van 3 uur, zonder andere toegang tot voedsel gedurende de rest van de dag.
- Verwijder ratten die samen met hun sociale groep meer dan 20% van hun basisgewicht verloren uit het experiment en geef ad libitum voedsel en water.
- Handdoek ratten handmatig af of geef toegang tot een warmtebron tot ze droog zijn en voordat ze weer in hun reguliere behuizing worden geplaatst om onderkoeling te voorkomen.
- Herhaal deze sessies voor dag 2-3.
OPMERKING: Neem ratten in het apparaat continu op gedurende sessies van 3 uur. Zorg ervoor dat de camera is ingesteld op high definition (720p) en dat de autofocus is uitgeschakeld.
- Voer een duik-voor-voedsel-taak uit
- Voeg op dag 4-17 geleidelijk water toe totdat het maximale waterniveau is bereikt, zoals eerder beschreven4. Houd op dag 17-21 het maximale waterpeil aan.
- Observeer ratten die duiken voor toegang tot pellets.
- Noteer de volgende parameters voor elke rat:
- Beoordeel de frequentie van binnenkomst in de tunnel.
- Tel elke poging om naar voedsel te duiken.
OPMERKING: De reis van kooi naar aquarium terug naar een kooi mag niet langer zijn dan 5-6 seconden, wat ervoor zorgt dat de pellet eetbaar blijft. - Beoordeel het aantal keren dat voedsel wordt verkregen door aanvallen tussen ratten die wel zwemmen voor voedsel en ratten die dat niet doen.
- Registreer het aantal keren dat voedsel wordt gedragen door een rat die zwemt.
- Noteer de tijd die ratten in afzonderlijke kooien doorbrachten in vergelijking met de tijd die in de oorspronkelijke kooi werd doorgebracht.
OPMERKING: Alle gegevens zijn verkregen door continue visuele observatie.
4. Beoordeling van anhedonia: De sucrosevoorkeurstest
- Beoordeel anhedonia door de sucrosevoorkeurstest met kleine wijzigingen, zoals eerder beschreven23,25,31,32,33. Voer deze test uit op de dagen -6, 0, 35, 41, 62 en 68 van de procedure (zie figuur 1 voor de tijdlijn van het protocol).
- Laat ratten 24 uur sucrose-oplossing consumeren door vrije toegang tot de twee flessen in elke kooi, die 100 ml sacharoseoplossing bevatten (1%, w/v).
- Vervang na 24 uur een van de flessen met water voor nog eens 24 uur.
- Ontneem ratten 12 uur water34.
- Geef ratten beide flessen (één met water en één met sacharose). Noteer na 4 uur het volume van zowel de verbruikte sacharoseoplossing als het water.
- Bereken de sucrosevoorkeur als sucrosevoorkeur (%) = sacharoseverbruik (ml)/(sucroseverbruik (ml) + waterverbruik (ml)) × 100%.
OPMERKING: Bij het gebruik van het Chronic Unpredictable Stress-model in combinatie met een sociale organisatietest, raden we aan niet alleen het gemiddelde sacharose- en waterverbruik vast te leggen, maar ook veranderingen in gedrag van elke individuele rat op te merken. Dit zal een meer specifiek begrip van gedragsveranderingen binnen het individu mogelijk maken in plaats van binnen de groep wanneer het wordt geconfronteerd met een hiërarchisch model zoals de duik-voor-voedsel-taak.
5. Statistische analyse
- Bepaal vergelijkingen tussen groepen met behulp van de Kruskal-Wallis gevolgd door Mann-Whitney voor niet-parametrische gegevens of een eenrichtingsanalyse van variantie (ANOVA) gevolgd door Bonferroni's post-hoctest of de t-test van de student voor parametrische gegevens.
OPMERKING: Resultaten worden als statistisch significant beschouwd wanneer p < 0,05, en zeer significant wanneer p < 0,01.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Veranderingen in lichaamsgewicht
Een eenrichtings ANOVA vertoonde geen verschillen in veranderingen in lichaamsgewicht tussen experimentele groepen gedurende de 21 dagen van de duik-voor-voedsel-taak. Van dag 2 tot en met 21 waren er veranderingen in lichaamsgewicht voor alle 3 groepen (p<0.01, tabel 1).
Sucrose voorkeurstest
Aan het begin van het experiment (dag 0) was er geen verschil in het percentage sacharosevoorkeur tussen de experimentele groep ratten geïnduceerd met anhedonia (85,6% ± 18,6), de experimentele groep behandeld met antidepressivatherapie (85,1% ± 18,8) en de controlegroep (85,7% ± 9,9). Op dag 35 was er, in vergelijking met de controlegroep (84,13% ± 12,3), een significant lagere sucrosevoorkeur in de experimentele groep (62,69% ± 17,7, p<0,01) en in de experimentele groep met behandeling (68,48% ± 13,9, p<0,01). Er waren nog geen verschillen tussen de experimentele groep en de experimentele groep met behandeling. Op dag 62 hadden de experimentele ratten een lagere sucrosevoorkeur (68% ± 15) dan de controlegroep (78,5% ± 16) en de experimentele groep met behandeling (77% ± 16, p<0,05, figuur 3B). Er waren op dit moment geen verschillen tussen de behandelgroep en de controlegroep. Gegevens worden gepresenteerd als procentuele sucrosevoorkeur ± standaardafwijking.
Duiken-voor-voedsel taak
De sociale activiteit van ratten in een situatie van beperkte toegang tot levensmiddelen wordt geïllustreerd in figuur 4. Ratten in de experimentele groep vertoonden een toename van de frequentie van binnenkomsten in de tunnel (113% ± 3,7, p<0,01, figuur 4A), duiken naar voedsel (141% ± 7, p<0,01, figuur 4B), voedsel verkregen door het dragen (168% ± 12, p<0,01, figuur 4C ), tijd doorgebracht in afzonderlijke kooien (168% ± 12, p<0.01, figuur 4C ), tijd doorgebracht in afzonderlijke kooien (168% ± 12, p<0.01, figuur 4C), tijd doorgebracht in afzonderlijke kooien (168% ± ± 12, p<0.01, figuur 4C), tijd doorgebracht in afzonderlijke kooien (168% ± 12, p<0.01, figuur 4C), tijd doorgebracht in afzonderlijke kooien (168% ± 12, p<0.01, figuur 4C), tijd doorgebracht in afzonderlijke kooien (168% ± 12, p<0.01, figuur 4C), tijd doorgebracht in afzonderlijke kooien (168% ± 12, p<0.01, figuur 4C), tijd doorgebracht in aparte kooien (168% ± 12, p<01, figuur 4C),tijd doorgebracht p<0.01, figuur 4D) en door aanvallen verkregen voedsel (232% ± 26, p<0,01, figuur 4E) in vergelijking met de experimentele groep met behandeling (respectievelijk 44% ± 7, 53% ± 6, 54% ± 5, 55% ± 4,7, 67% ± 3,4). De verschillen tussen de experimentele groep ratten en de met antidepressiva behandelde experimentele ratten waren statistisch groter dan het verschil tussen de experimentele groep en de controlegroep in alle 5 parameters van de duik-voor-voedseltest (p<0.05). Gegevens worden gepresenteerd als een gemiddeld percentage in vergelijking met besturingselementen ± standaardfout van het gemiddelde.
Figuur 1. Een tijdlijn van het experimentele protocol. Klik hier om een grotere versie van deze afbeelding te bekijken.
Figuur 2. Illustratie van het duiken-voor-voedsel apparaat. Klik hier om een grotere versie van deze afbeelding te bekijken.
Figuur 3. De sucrose voorkeurstest (A) na 35 dagen en (B) na 62 dagen. Er was geen verschil in sacharoseconsumptie aan het begin van het experiment. (A) Op dag 35 van het experiment hadden de anhedonische groep (p<0.01) en de anhedonische groep die met antidepressiva werd behandeld (p<0,01) een significant lagere sucrosevoorkeur dan de controlegroep. (B) Op dag 62 hadden de ratten geïnduceerd met anhedonia een lagere procent sucrosevoorkeur in vergelijking met zowel de controlegroep als de anhedonische groep die met antidepressiva werd behandeld (p<0,05). Klik hier om een grotere versie van deze afbeelding te bekijken.
Figuur 4. Sociale activiteit van ratten in een situatie van beperkte toegang tot voedsel. (A) Frequentie van de binnenkomsten in de tunnel. (B) Duiken naar voedsel. C) Door het dragen verkregen levensmiddelen. (D) Tijd doorgebracht in aparte kooien. (E) Voedsel verkregen door aanval. Gegevens worden gepresenteerd als een gemiddeld percentage in vergelijking met gemiddelde controlewaarden + standaardfout van het gemiddelde. Klik hier om een grotere versie van deze afbeelding te bekijken.
| Verandering in het lichaamsgewicht van ratten | |||||||||||||||||||||
| Dagen | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 | 16 | 17 | 18 | 19 | 20 | 21 |
| Controlegroep | |||||||||||||||||||||
| Gem. | 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 |
| Experimentele groep met behandeling | |||||||||||||||||||||
| Gem. | 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 |
| Experimentele groep | |||||||||||||||||||||
| Gem. | 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 |
Tabel 1. Veranderingen in lichaamsgewicht (als percentage) tijdens de duik-voor-voedsel taak. Er waren geen verschillen tussen de 3 experimentele groepen voor veranderingen in lichaamsgewicht tijdens de 21 dagen van de taak. Van dag 2 tot en met 21 was er een algemeen effect tussen de dagen, uitgedrukt als een verandering in lichaamsgewicht (p<0,01).
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Sociale hiërarchieën bepalen het gedrag van veel soorten, waaronder mensen, en worden vaak gedefinieerd door relaties op basis van agressie en onderwerping. Deze relaties zijn vaak afhankelijk van omgevingsfactoren naast sociale structuren35. Sociale formaties op basis van dominantie en onderwerping zijn veelzijdig36,37. Onder mensen wordt agressie beschreven als bestaande uit gedrag variërend van niet-fysiek pesten tot oorlog en geweld38,39,40. Deze formaties kunnen worden beïnvloed door depressie en andere verminderde omstandigheden3,21.
In de complexe duik-voor-voedsel-taak hebben ratten de mogelijkheid om agressie te vermijden en terug te keren naar een kooi zonder andere ratten uit hun kleine sociale groep. Het ontwerp van het apparaat verplicht ratten om ongeveer 1 meter onder water te duiken en te zwemmen. De plaatsing van de feeder vereist dat de ratten terugkeren naar een kooi om hun voedsel te eten. Toegang tot de alternatieve kooi is mogelijk alleen door te zwemmen in het aquarium. Daarom beslissen de dragerratten of ze hun voedsel in de thuiskooi of in de alternatieve kooi zullen consumeren.
Het experiment maakt acclimatisatie van ratten mogelijk. Op de eerste drie dagen leren de dieren de ruimtelijke kenmerken van het aquarium en de locatie van het voedsel zonder water binnen. Vanaf dag 4-17 wordt geleidelijk water toegevoegd. Na dag 17 is het waterniveau hoog genoeg dat dieren moeten duiken om hun voedsel uit de feeder te halen. Ze duiken voor voedsel van dag 17-21. We merkten op dat de gedragsgroepen van de ratten pas op dag 11 van het experiment naar voren kwamen, wat suggereert dat de resultaten het belangrijkst zijn vanaf die dag. Tegen dag 21 verliezen de ratten kritisch gewicht, en dit lijkt de laatste dag te zijn om mogelijk gegevens te verzamelen. Ratten begonnen aan te vallen voor voedsel in alle groepen op dag 9 of 10.
Er zijn verschillende kritieke stappen van dit protocol. De uitsluiting van gewichtsverlies is belangrijk om ervoor te zorgen dat de methode de beste gegevens geeft. Meestal is een gewichtsverlies van 20% aanzienlijk genoeg om de ratten uit het experiment41,42,43,44te verwijderen. Ratten moeten minstens één keer per dag worden gewogen. Evenzo moeten er voldoende pelletbuizen zijn, zodat ratten gemakkelijk een pellet kunnen verkrijgen. De kans is groot dat een rat onderweg een pellet verliest, en dit zorgt ervoor dat hij het snel opnieuw kan proberen. Het waterniveau moet hoog genoeg zijn zodat de ratten de vloer niet kunnen raken bij het oversteken van de tunnel. We benadrukken ook dat een video-opname noodzakelijk is, zelfs als de onderzoekers het gedrag van de ratten in realtime observeren, om extra gegevensverzameling mogelijk te maken.
In groepen van zes ratten onthulde een gemeenschappelijk patroon gedragsgroepen van 5 dragerratten en 1 niet-dragerrat25. Andere duik-voor-voedseltaken gebruikten verschillende aantallen ratten in elke groep met vergelijkbare verhoudingen van dragers als niet-dragers. In de hier gepresenteerde taak bleven 1 of 2 van de dragerratten in de alternatieve kooi en gebruikten het als een nieuwe basis om in en uit te zwemmen om toegang te krijgen tot voedsel, om andere ratten te vermijden. Van de dragerratten die met hun pellets terugkeerden naar de hoofdkooi, waren 1-2 minder actief bij het proberen hun voedsel in de gemeenschappelijke kooi te beschermen.
In een andere studie bestond de groep van zes ratten alleen uit niet-dragers die waren bepaald uit een eerder experiment1. De verdeling van gedragsrollen handhaafde de verhoudingen van een typische groep: één rat zwom niet en vijf ratten waren dragers. Dit suggereert dat ratten hun gedragsrollen veranderen, afhankelijk van de situatie en de ratten om hen heen. Dit wordt weerspiegeld in mensen, waarin gedrag wordt veranderd door iemands situatie en door sociale instabiliteit45,46.
De resultaten van dit protocol suggereren dat ratten met anhedonia, een van de kenmerken van een depressie-achtige toestand, en zonder behandeling agressiever zijn en geneigd zijn om zelf voedsel te verkrijgen, hetzij via aanval, duiken of dragen, en meer kans hebben om in aparte kooien te blijven. Het lijkt erop dat de anhedonische ratten meer bereid zijn om hun sociale relaties te veranderen en deel te nemen aan activiteiten die ratten als gevaarlijk zouden beschouwen, zoals zwemmen. Het is mogelijk dat er een relatie bestaat tussen het onvermogen om risicogedrag te reguleren en verwachte sociale rollen uit te voeren.
Om de arbeid te verminderen die betrokken is bij het analyseren van de video-opnamen van het gedrag van de rat, hebben we geprobeerd videosoftware te gebruiken (bijv. Ethnovision). De software was echter niet geschikt voor deze gedragstaak en kon geen individuele ratten uit een groep identificeren. Wij geloven dat het mogelijk zou zijn om speciale software te gebruiken om de video te analyseren, of om elke rat visueel te markeren of een capsule onder de huid van de rat te plaatsen voor het computerprogramma om onderscheid te maken tussen individuele ratten. Een andere mogelijke beperking van het protocol betreft de lange duur van de opleidingsperiode en de procedure.
Er zijn andere opties die de techniek kunnen verbeteren, waaronder een alternatieve methode waarbij een of twee cellen in het apparaat betrokken zijn1,25. We identificeerden een onvoorspelbaar stressmodel als een methode om verschillend gedrag in hiërarchische relaties te induceren, hoewel andere modellen ook kunnen werken.
Concluderend, deze duik-voor-voedsel-taak maakt het mogelijk om de sociale hiërarchie en gedragsinteracties van knaagdieren te onderzoeken. Ons protocol test een groep ratten aanzienlijk in plaats van alleen een paar ratten en maakt een analyse van meer gelaagde hiërarchische relaties mogelijk. We zien twee belangrijke toepassingen voor de hier beschreven techniek. Het kan worden toegepast om de pathofysiologie van psychische aandoeningen in rattenmodellen te bestuderen, evenals het testen op nieuwe behandelingen voor ziekten die verband houden met angst-depressieve ziekten. Dit diermodel kan ons ook in staat stellen om de relatie tussen een breed scala aan psychische aandoeningen en sociale organisatie te beoordelen, evenals om de effectiviteit van therapie op sociale disfunctie te bestuderen.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
De auteurs hebben niets bekend te maken.
Acknowledgments
We willen professor Olena Severynovska, Anastasia Halinska en Maryna Kuscheriava van de afdeling Fysiologie, faculteit Biologie, Ecologie en Geneeskunde, evenals Oles Honchar van de Dnipro-universiteit, Dnipro, Oekraïne, bedanken voor hun hulp bij het analyseren van video-opnamen van de test van de sociale organisatie.
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 |
References
- Colin, C., Desor, D. Differenciations comportementales dans des groupes de rats soumis a une difficulte d'acces a la nourriture. Behavioural Processes. 13 (1-2), 85-100 (1986).
- 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).
- Hirschfeld, R. M., et al. Social functioning in depression: a review. Journal of Clinical Psychiatry. 61 (4), 268-275 (2000).
- Grasmuck, V., Desor, D. Behavioural differentiation of rats confronted to a complex diving-for-food situation. Behavioural Processes. 58 (1-2), 67-77 (2002).
- Grasmuck, V., Desor, D. Behavioural differentiation of rats confronted to a complex diving-for-food situation. Behavioural Processes. 58 (1-2), 67-77 (2002).
- Thullier, F., Desor, D., Mos, J., Krafft, B. Effect of group size on social organization in rats with restricted access to food. Physiology & Nehavior. 52 (1), 17-20 (1992).
- Schroeder, H., Toniolo, A., Nehlig, A., Desor, D. Long-term effects of early diazepam exposure on social differentiation in adult male rats subjected to the diving-for-food situation. Behavioral Neuroscience. 112 (5), 1209 (1998).
- Helder, R., Desor, D., Toniolo, A. -M. Potential stock differences in the social behavior of rats in a situation of restricted access to food. Behavior Genetics. 25 (5), 483-487 (1995).
- Thullier, F., Desor, D., Mos, J., Krafft, B. Effect of group size on social organization in rats with restricted access to food. Physiology & Behavior. 52 (1), 17-20 (1992).
- Krafft, B., Colin, C., Peignot, P. Diving-for-food: a new model to assess social roles in a group of laboratory rats. Ethology. 96 (1), 11-23 (1994).
- Lee, Y. -p, Craig, J., Dayton, A. The social rank index as a measure of social status and its association with egg production in White Leghorn pullets. Applied Animal Ethology. 8 (4), 377-390 (1982).
- Timmer, M., Sandi, C. A role for glucocorticoids in the long-term establishment of a social hierarchy. Psychoneuroendocrinology. 35 (10), 1543-1552 (2010).
- Ujita, W., Kohyama-Koganeya, A., Endo, N., Saito, T., Oyama, H. Mice lacking a functional NMDA receptor exhibit social subordination in a group-housed environment. The FEBS journal. 285 (1), 188-196 (2018).
- Merlot, E., Moze, E., Bartolomucci, A., Dantzer, R., Neveu, P. J. The rank assessed in a food competition test influences subsequent reactivity to immune and social challenges in mice. Brain, Behavior, and Immunity. 18 (5), 468-475 (2004).
- Cordero, M. I., Sandi, C. Stress amplifies memory for social hierarchy. Frontiers in Neuroscience. 1, 13 (2007).
- Hessing, M., Tielen, M. The effect of climatic environment and relocating and mixing on health status and productivity of pigs. Animal Science. 59 (1), 131-139 (1994).
- Fan, Z., et al. Using the tube test to measure social hierarchy in mice. Nature Protocols. 14 (3), 819-831 (2019).
- Lucion, A., Vogel, W. H. Effects of stress on defensive aggression and dominance in a water competition test. Integrative Physiological and Behavioral Science. 29 (4), 415-422 (1994).
- Zhu, H., Hu, H. Brain's neural switch for social dominance in animals. Science China Life Sciences. 61, 113-114 (2018).
- Zhou, T., et al. History of winning remodels thalamo-PFC circuit to reinforce social dominance. Science. 357 (6347), 162-168 (2017).
- Bech, P. Social functioning: should it become an endpoint in trials of antidepressants. CNS Drugs. 19 (4), 313-324 (2005).
- Saxena, K., et al. Experiential contributions to social dominance in a rat model of fragile-X syndrome. Proceedings of the Royal Society B. 285 (1880), 20180294 (2018).
- Zeldetz, V., et al. A New Method for Inducing a Depression-Like Behavior in Rats. Journal of Visualized Experiments. (132), e57137 (2018).
- Boyko, M., et al. Establishment of an animal model of depression contagion. Behavioural Brain Research. 281, 358-363 (2015).
- 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).
- Castagné, V., Moser, P., Roux, S., Porsolt, R. D. Rodent models of depression: forced swim and tail suspension behavioral despair tests in rats and mice. Current Protocols in Neuroscience. 55 (1), 11-14 (2011).
- Elgarf, A. -S. A., et al. Lipopolysaccharide repeated challenge followed by chronic mild stress protocol introduces a combined model of depression in rats: reversibility by imipramine and pentoxifylline. Pharmacology Biochemistry and Behavior. 126, 152-162 (2014).
- Ismail, B., et al. Behavioural, metabolic, and endothelial effects of the TNF-α suppressor thalidomide on rats subjected to chronic mild stress and fed an atherogenic diet. Canadian Journal of Physiology and Pharmacology. 92 (5), 375-385 (2014).
- Helder, R., Desor, D., Toniolo, A. M. Potential stock differences in the social behavior of rats in a situation of restricted access to food. Behavior Genetics. 25 (5), 483-487 (1995).
- Deviterne, D., Peignot, P., Krafft, B. Behavioral profiles of adult rats in a difficult food supply social situation, related to certain early behavioral features. Developmental Psychobiology. 27 (4), 215-225 (1994).
- Kuts, R., et al. A Middle Cerebral Artery Occlusion Technique for Inducing Post-stroke Depression in Rats. Journal of Visualized Experiments. (147), e58875 (2019).
- Boyko, M., et al. The influence of aging on poststroke depression using a rat model via middle cerebral artery occlusion. Cognitive, Affective, & Behavioral Neuroscience. 13 (4), 847-859 (2013).
- Boyko, M., et al. The neuro-behavioral profile in rats after subarachnoid hemorrhage. Brain Research. 1491, 109-116 (2013).
- Boyko, M., et al. Establishment of an animal model of depression contagion. Behavioural Brain Research. 281, 358-363 (2015).
- Malatynska, E., Pinhasov, A., Crooke, J. J., Smith-Swintosky, V. L., Brenneman, D. E. Reduction of dominant or submissive behaviors as models for antimanic or antidepressant drug testing: technical considerations. Journal of Neuroscience Methods. 165 (2), 175-182 (2007).
- 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).
- Cordero, M. I., Sandi, C. Stress amplifies memory for social hierarchy. Frontiers in Neuroscience. 1 (1), 175-184 (2007).
- Lewon, M., Houmanfar, R. A., Hayes, L. J. The Will to Fight: Aversion-Induced Aggression and the Role of Motivation in Intergroup Conflicts. Perspectives on Behavior Science. 42 (4), 889-910 (2019).
- Ingram, K. M., Espelage, D. L., Davis, J. P., Merrin, G. J. Family Violence, Sibling, and Peer Aggression During Adolescence: Associations With Behavioral Health Outcomes. Frontiers in Psychiatry. 11, 26 (2020).
- Semenyna, S. W., Vasey, P. L. Bullying, Physical Aggression, Gender-Atypicality, and Sexual Orientation in Samoan Males. Archives of Sexual Behavior. 46 (5), 1375-1381 (2017).
- Gauthier, C., Griffin, G. Choosing an appropriate endpoint in experiments using animals for research, teaching and testing. Alternatives to Laboratory Animals. 27, 374 (1999).
- Organisation for Economic Co-operation and Development. ENV/JM/MONO, 2000. Organisation for Economic Co-operation and Development. , (2000).
- Stokes, W. S. Humane endpoints for laboratory animals used in regulatory testing. ILAR Journal. 43, Suppl_1 31-38 (2002).
- Savvas, I., Anagnostou, T., Kazakos, G. Choosing an appropriate endpoint in experiments using animals. Archives of Hellenic Medicine. 26 (6), 778-786 (2009).
- Vives, A., et al. Employment precariousness in Spain: prevalence, social distribution, and population-attributable risk percent of poor mental health. International Journal of Health Services. 41 (4), 625-646 (2011).
- Bossarte, R. M., Blosnich, J. R., Piegari, R. I., Hill, L. L., Kane, V. Housing instability and mental distress among US veterans. American Journal of Public Health. 103, 213-216 (2013).
