Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
Click here for the English version

Behavior

Eine komplexe Tauch-für-Lebensmittel-Aufgabe zur Untersuchung der sozialen Organisation und Interaktionen bei Ratten

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

Summary

Dieses Protokoll beschreibt eine Methode zur Untersuchung der sozialen Hierarchie in einem Rattenmodell. Ratten führen eine komplexe Tauch-für-Lebensmittel-Aufgabe durch, bei der sie eine eigene Hierarchie bilden, je nach ihrer Bereitschaft, unter Wasser zu tauchen und zu schwimmen, um ein Futterpellet zu erhalten. Diese Methode wird verwendet, um Entscheidungsfindung und soziale Beziehungen zwischen sehr sozialen Tieren in kleinen Gruppen zu verstehen.

Abstract

Für viele Arten, bei denen status ein wichtiger Motivator ist, der die Gesundheit beeinflussen kann, beeinflussen soziale Hierarchien das Verhalten. Soziale Hierarchien, die dominante beziehungen beinhalten, sind sowohl in tierischen als auch in menschlichen Gesellschaften weit verbreitet. Diese Beziehungen können durch Interaktionen mit anderen und mit ihrer Umgebung beeinflusst werden, was sie schwierig macht, in einer kontrollierten Studie zu analysieren. Anstelle einer einfachen Dominanzhierarchie hat diese Formation eine komplizierte Darstellung, die es Ratten ermöglicht, Aggressionen zu vermeiden. Status kann stagnierend oder veränderbar sein und zu komplexen gesellschaftlichen Schichtungen führen. Hier beschreiben wir eine komplexe Tauch-für-Lebensmittel-Aufgabe, um die soziale Hierarchie und Verhaltensinteraktionen von Nagetieren zu untersuchen. Dieses Tiermodell kann es uns ermöglichen, den Zusammenhang zwischen einer breiten Palette von psychischen Erkrankungen und sozialer Organisation zu bewerten, sowie die Wirksamkeit der Therapie auf soziale Dysfunktion zu untersuchen.

Introduction

Ratten sind sehr soziale Tiere, was sie zu einem idealen Modell für das Verständnis von sozialem Verhalten und dessen Beziehung zur Entscheidungsfindung macht. Ratten teilen sich in hierarchische Gruppen auf der Grundlage dominanter und unterwürfiger Beziehungen auf. Ratten können für Aufgaben geschult werden, die Zusammenarbeit, Risikomanagement, betrügerisches Verhalten und Verhaltensweisen ausdrücken, die sich je nach den Entscheidungen anderer Ratten ändern1,2. Studien mit Rattenmodellen, die diese Verhaltensweisen zum Ausdruck bringen, erweisen sich als hilfreich beim Verständnis der sozialen Struktur und ihrer Beziehung zur Entscheidungsfindung mit Relevanz für die menschliche Psychologie.

Als notwendige Ressource ist der Zugang zu Nahrungsmitteln ein wichtiger Grund für die soziale Organisation unter Ratten3. Naive Ratten wurden beobachtet, die sich in sozialen Interaktionen und Differenzierungen in Situationen engagierten, in denen der Zugang zu Lebensmitteln begrenzt war1,2,4,5,6,7,8. In einer Studie mussten erwachsene Ratten einen Tunnel unter Wasser überqueren, um zugang zu den Lebensmitteln zu erhalten und das Essen dann durch den Tunnel zurück in den Käfig9zu bringen. Einzelne Ratten innerhalb jeder Gruppe konnten nach ihrer Methode der Nahrungsaufnahme kategorisiert werden. Zwei Verhaltensprofile sind entstanden: Die ersten sind die "Träger", die abtauchen und unter Wasser zum Feeder schwimmen, ein Pellet erhalten und das Pellet im Mund halten, während sie zurück zum Käfig schwimmen. Die zweite Gruppe sind die "Nicht-Träger", die nicht tauchen und Nahrung nur durch Diebstahl von den Trägern zu erhalten. In Gruppen von sechs Ratten waren etwa die Hälfte Träger und die andere Hälfte nicht9. Alle Ratten wurden als Träger beobachtet, wenn sie individuell im Tauchapparat10ausgebildet wurden.

Ähnliche tierische Verhaltensaufgaben beinhalten Wettbewerb um Nahrung oder Raum und wurden mit Hühnern11,Nagetieren12,13,14,15undSchweinen 16eingesetzt. Im Rohrtest werden zwei Mäuse durch ein schmales Rohr von entgegengesetzten Enden geschickt, wobei eine Maus notwendigerweise vor der anderen abtritt. Dieser Test hilft bei der Messung der sozialen Dominanz17,18,19. Ein Verhaltenstest, der als warmer Punkttest bezeichnet wird, lässt Mäuse um eine Position an einem kleinen warmen Fleck in einem ansonsten kalten Käfig konkurrieren19,20.

Eine nachfolgende Tauch-für-Lebensmittel-Aufgabe, die komplexer ist, ermöglicht Trägerratten den Zugang zu einem zweiten Käfig, weg von Nicht-Trägern, wo sie ihre Nahrung separat konsumieren könnten4. In diesem Protokoll stellen wir eine Tauch-für-Lebensmittel-Aufgabe als alternatives Modell für soziale Hierarchie und Verhalten bei Ratten vor. Diese Tauch-für-Lebensmittel-Aufgabe bietet eine Methode für Ratten, um die sozialen Gruppen des Hauptkäfigs zu vermeiden und damit Aggressionen und den sozialen Interaktionen anderer Ratten zu entgehen. Diese Aufgabe führt die Möglichkeit des vermeidenden Sozialverhaltens bei Ratten ein, das unser Verständnis von sozialer Aggression aufklären kann.

Soziale Funktionsweise, die die Fähigkeit beschreibt, normale soziale Rollen zu übernehmen, kann durch Erkrankungen wie Depressionenthinbeeinflusst werden 3 . Depressive Menschen haben oft mit Arbeitslosigkeit zu kämpfen, haben nur wenige soziale Kontakte und nehmen kaum an Freizeitaktivitäten teil3. Die wirksame Behandlung von Depressionen wird oft durch Verbesserung der sozialen und zwischenmenschlichen Funktion gemessen21. Antidepressiva-Behandlungen, jedoch, variieren in ihrer Wirksamkeit bei der Behandlung von Beeinträchtigungen in der sozialen Funktion im Zusammenhang mitDepressionen 3.

In dieser Methode induzierten wir einen depressiven Zustand bei Ratten durch den Chronic Stress Test und bewerteten den Rattengehalt an Anhedonia, eines der Merkmale eines depressionsähnlichen Zustands, mit einem Saccharose-Präferenztest. Anhedonische Ratten sowie anhedonische Ratten, denen Antidepressiva verabreicht wurden, wurden im Vergleich zu einer Kontrollgruppe durch die Tauch-für-Nahrungs-Aufgabe überwacht.

Die bereits erwähnten Tauch-für-Lebensmittel-Aufgaben ähneln Lebensmittelwettbewerbtests, bei denen oft nur ein Paar Tiere oder eine Dichotomie als Vergleichspunkt verwendet wird, wie z. B. Träger und Nicht-Träger und eine einzige Analyse, die die Einreichung mit der Dominanz15,17,22vergleicht. Unsere Methode definiert komplexere Wechselwirkungen zwischen Ratten durch Unterteilungen in verschiedene Arten von Verhalten, einschließlich: Träger und Nicht-Träger, diejenigen, die für Nahrung kämpfen und diejenigen, die nicht kämpfen, und Ratten, die Nahrung teilen oder in getrennte Käfige gehen. Wir glauben, dass dieses Protokoll der einzige Typ ist, der eine Hierarchie verwendet, um eine komplexe Struktur der sozialen Interaktion in einer Gruppe von Tieren und nicht in Paaren zu bewerten. Es wird hilfreich sein für Studien, die Dominanz auf der Grundlage von Lebensmittelpräferenz testen, sowie Studien, die darauf abzielen, mehr hierarchische Beziehungen zu klären, die nicht auf ein dominant-unterwürfiges Modell beschränkt sind.

In diesem Protokoll beschreiben wir detailliert die komplexe Tauch-für-Lebensmittel-Aufgabe, soziale Organisation und Interaktionen bei Ratten mit Veränderungen im individuellen Verhalten, insbesondere nach der Entwicklung von Anhedonia, zu untersuchen. Dieses Tiermodell kann auch verwendet werden, um andere psychiatrische Bedingungen im Zusammenhang mit Veränderungen im sozialen Verhalten und Hierarchie zu studieren.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

Die Versuche wurden in Übereinstimmung mit den Empfehlungen der Erklärungen von Helsinki und Tokio und der Leitlinien für die Verwendung von Versuchstieren der Europäischen Gemeinschaft durchgeführt. Die Experimente wurden vom Animal Care Committee der Ben-Gurion University of the Negev genehmigt. Der Autorisierungscode für dieses Experiment war IL-55-8-12.

1. Rattenvorbereitung

  1. Zulassung für Experimente vom Institutional Animal Care and Use Committee (IACUC).
  2. Wählen Sie erwachsene Sprague Dawley Ratten. Tiere ausschließen, die anormale körperliche Merkmale aufweisen, wie Krampfanfälle oder andere motorische Defizite.
    HINWEIS: Für dieses Protokoll verwendeten wir erwachsene männliche Ratten mit einem Gewicht von 300 bis 350 g im Alter von 4-8 Monaten. Weibliche Ratten können auch verwendet werden.
  3. Halten Sie Ratten bei Raumtemperatur (22 °C ± 1 °C), mit 12 h Licht und 12 h dunklen Zyklen. Geben Sie Ratte Chow und Wasser ad libitum. Haus 3 Ratten pro Käfig.
    HINWEIS: Alle Ratten, die im selben Käfig untergebracht sind, müssen sich in derselben Versuchsgruppe befinden.
  4. Platzieren Sie 120 Ratten zufällig in einer von drei Versuchsgruppen. Verwenden Sie Gruppe 1 (n=60) w als Steuerungsgruppe. Induzieren Sie die Versuchsgruppe, Gruppe 2 (n=30), mit Stressoren, wie unten beschrieben. Induzieren Sie Gruppe 3, die experimentelle Gruppe mit Behandlung (n=30), mit Anhedonia und verabreichen Sie anschließend eine Antidepressivumbehandlung. Den Zeitplan für das Experimentelle Protokoll finden Sie in Abbildung 1.
  5. Markieren Sie Ratten mit farbigen Stiften zu Beginn des Experiments, um eine individuelle Identifizierung zu ermöglichen.
  6. Führen Sie alle Experimente zwischen 6:00 .m. und 12:00 p.m durch.
  7. Wiegen Sie Ratten täglich während des gesamten Verfahrens für mögliche Gewichtsabnahme. Gewichtsverlust über 20% schließt Ratten von der Studie aus. Siehe Abschnitt 3.1.3.

2. Induktion von Anhedonia bei Ratten

  1. Chronisches unvorhersehbares Stressmodell
    1. Induzieren Sie Ratten aus der experimentellen Gruppe und der experimentellen Gruppe mit Behandlung mit Merkmalen eines depressiven Zustands durch das Chronic Unpredictable Stress Modell, wie zuvor detailliert23.
  2. Chronisches unvorhersehbares Stressmodell
    1. Induzieren Sie Ratten aus den beiden experimentellen Gruppen mit depressiven Verhaltensweisen durch das Chronic Unpredictable Stress Modell, wie zuvor detailliert23.
      HINWEIS: Ratten werden 2 der 7 Stressoren täglich in zufälliger Reihenfolge ausgesetzt; eine tagsüber und die zweite in der Nacht für 5 Wochen24,25.
    2. Führen Sie die folgenden Stressoren in zufälliger Reihenfolge ein:
      1. Hausratten mit 6 Tieren pro Käfig statt 3 für 18 h.
      2. Neigungskäfigplatzierung 45° entlang der vertikalen Achse für 3 h.
      3. Entberauben Sie den Tieren Nahrung für 18 h.
      4. Entberauben Sie den Tieren 18 h Wasser und führen Sie dann eine leere Wasserflasche ein.
      5. Pflegen Sie einen verschmutzten Käfig für 8 h mit 300 ml Wasser, das in der Bettwäsche verschüttet wird.
      6. Halten Sie kontinuierliche Beleuchtung und kehren Sie den Hellen/Dunkel-Zyklus für 48 h pro Woche um.
      7. Die Umgebung 5 min auf 40 °C erhitzen.
    3. Bestätigen Sie die Entwicklung von Anhedonia, einem der Merkmale eines depressionsähnlichen Zustands, indem Sie einen Saccharose-Präferenztest durchführen. Siehe Abschnitt 4.
  3. Anti-Depressions-Therapie
    1. 20 mg/kg Imipraminhydrochlorid (trizyklisches Antidepressivum) einmal täglich einmal täglich für 3 Wochen an Ratten aus der Versuchsgruppe26,27,28verabreichen.
      HINWEIS: Eine Untergruppe (n=3 in jedem Rattensatz) der versuchsweisen Gruppe wird 0,9% saline (Placebo) intraperitoneal einmal pro Tag für die 3-Wochen-Dauer verabreicht, mit dem gleichen Volumen wie die Antidepressiva-Behandlungsgruppe.

3. Der Social Organization Test (komplexe Tauch-für-Lebensmittel-Aufgabe)

HINWEIS: Das Versuchsgerät wurde in früheren Studien9,29,30 mit geringfügigen Modifikationen beschrieben. Alle Teile des Geräts sollten aus transparentem Plexiglas bestehen.

  1. Bereiten Sie Apparate vor und akklimatisieren Sie Ratten.
    1. Verbinden Sie zwei Käfige (50 cm x 50 cm x 50 cm) über Tunnel (45 cm x 15 cm x 15 cm) mit einem Aquarium (130 cm x 35 cm x 50 cm)(Abbildung 2). Stellen Sie sicher, dass kein Zugang von einem Käfig zum anderen besteht, ohne in das Aquarium25einzutauchen. Halten Sie die Wassertemperatur bei 25 °C.
    2. Legen Sie Rohre mit Futterpellets (ein Futterpellet in jeder Röhre) an einem Ende des Aquariums.
      ANMERKUNG: Eine Verringerung der Zugänglichkeit von Futterpellets im Käfig der Abreise sollte die Ratte, die sonst eine Gewohnheit des Stehlens entwickeln würde, dazu ermutigen, zu tauchen, um das Essen zu erreichen.
    3. Führen Sie am ersten Tag des Experiments jede Gruppe von 6 Ratten für 3-stündige Sitzungen in Versuchsgeräte ohne Wasser ein. Zurück Ratten in Standardkäfig nach Sitzung.
      1. Beschränken Sie den Zugang zu Rattenfutter zu den 3-stunden-Sitzungen, ohne dass während des restlichen Tages kein anderer Zugang zu Lebensmitteln besteht.
      2. Entfernen Sie Ratten, die mehr als 20% ihres Ausgangsgewichts aus dem Experiment zusammen mit ihrer sozialen Gruppe verloren haben, und geben Sie ad libitum Nahrung und Wasser.
      3. Handtuch trockene Ratten oder bieten Zugang zu einer Wärmequelle bis zum Trocknen und bevor sie wieder in ihr normales Gehäuse, um Unterkühlung zu vermeiden.
      4. Wiederholen Sie diese Sitzungen für die Tage 2-3.
        HINWEIS: Video-Aufzeichnung Ratten im Gerät kontinuierlich für 3-Stunden-Sitzungen. Stellen Sie sicher, dass die Kamera auf High Definition (720p) eingestellt ist und der Autofokus ausgeschaltet ist.
  2. Tauch-für-Lebensmittel-Aufgabe
    1. An den Tagen 4-17 Wasser schrittweise hinzufügen, bis der maximale Wasserstand erreicht ist, wie zuvorbeschrieben 4. Halten Sie an den Tagen 17-21 den maximalen Wasserstand aufrecht.
    2. Beobachten Sie Ratten, die für den Zugang zu Pellets tauchen.
    3. Zeichnen Sie die folgenden Parameter für jede Ratte auf:
      1. Bewerten Sie die Häufigkeit des Eindringens in den Tunnel.
      2. Zählen Sie jeden Versuch, nach Nahrung zu tauchen.
        HINWEIS: Der Weg von Käfig zu Aquarium zurück zu einem Käfig sollte 5-6 Sekunden nicht überschreiten, wodurch sichergestellt wird, dass das Pellet essbar bleibt.
      3. Bewerten Sie, wie oft Lebensmittel durch Angriff zwischen Ratten, die für Nahrung schwimmen, und Ratten, die nicht schwimmen, erhalten werden.
      4. Notieren Sie, wie oft Das Essen von einer Ratte getragen wird, die schwimmt.
      5. Zeichnen Sie die Zeit auf, die Ratten in separaten Käfigen verbrachten, im Vergleich zu der Zeit, die sie im ursprünglichen Käfig verbrachten.
        HINWEIS: Alle Daten wurden durch kontinuierliche visuelle Beobachtung gewonnen.

4. Beurteilung der Anhedonia: Der Saccharosepräferenztest

  1. Bewerten Sie Anhedonia durch den Saccharosepräferenztest mit geringfügiger Modifikation, wie zuvor beschrieben23,25,31,32,33. Führen Sie diesen Test an den Tagen -6, 0, 35, 41, 62 und 68 des Verfahrens durch (siehe Abbildung 1 für Protokollzeitleiste).
    1. Erlauben Sie Ratten, Saccharoselösung für 24 h durch freien Zugang zu den beiden Flaschen in jedem Käfig zu konsumieren, die 100 ml Saccharoselösung (1%, w/v) enthalten.
    2. Nach 24 h eine der Flaschen durch Wasser für weitere 24 h ersetzen.
    3. Berauben Sie Ratten wasserfür 12 Stunden34.
    4. Geben Sie Ratten beide Flaschen (eine mit Wasser und eine mit Saccharose). Nach 4 h, notieren Sie das Volumen der verbrauchten Saccharoselösung und Wasser.
    5. Berechnen Sie die Saccharosepräferenz als Saccharosepräferenz (%) = Saccharoseverbrauch (mL)/(Saccharoseverbrauch (ml) + Wasserverbrauch (ml)) × 100%.
      HINWEIS: Bei der Verwendung des Modells chronischer Unvorhersehbarer Stress in Verbindung mit einem Test einer sozialen Organisation empfehlen wir nicht nur die Erfassung des mittleren Saccharose- und Wasserverbrauchs, sondern auch Verhaltensänderungen jeder einzelnen Ratte. Dies ermöglicht ein spezifischeres Verständnis von Verhaltensänderungen innerhalb des Individuums und nicht innerhalb der Gruppe, wenn es mit einem hierarchischen Modell wie der Tauch-für-Lebensmittel-Aufgabe konfrontiert wird.

5. Statistische Analyse

  1. Bestimmen Sie Vergleiche zwischen Gruppen mit dem Kruskal-Wallis, gefolgt von Mann-Whitney für nichtparametrische Daten oder einer einseitigen Varianzanalyse (ANOVA), gefolgt von Bonferronis Post-hoc-Test oder dem T-Test des Studenten für parametrische Daten.
    HINWEIS: Ergebnisse werden als statistisch signifikant betrachtet, wenn p < 0,05, und sehr signifikant, wenn p < 0.01.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Änderungen des Körpergewichts
Eine einwegige ANOVA zeigte keine Unterschiede in den Veränderungen des Körpergewichts zwischen den versuchsreichen Gruppen für die 21 Tage der Tauch-für-Lebensmittel-Aufgabe. Von den Tagen 2 bis 21 gab es Veränderungen im Körpergewicht für alle 3 Gruppen (p<0.01, Tabelle 1).

Saccharose-Präferenztest
Zu Beginn des Experiments (Tag 0) gab es keinen Unterschied in Prozent der Saccharosepräferenz zwischen der experimentellen Gruppe von Ratten, die mit Anhedonia induziert wurden (85,6% ± 18,6), der mit Antidepressiva behandelten Experimentellen Gruppe (85,1% ± 18,8) und der Kontrollgruppe (85,7% ± 9,9). Am 35. Tag gab es im Vergleich zur Kontrollgruppe (84,13% ± 12,3) eine deutlich geringere Konzissepräferenz in der Versuchsgruppe (62,69% ± 17,7, p<0,01) und in der Experimentellen Gruppe mit Behandlung (68,48% ± 13,9, p<0.01, Abbildung 3A). Es gab noch keine Unterschiede zwischen der Versuchsgruppe und der Versuchsgruppe mit der Behandlung. Am 62. Tag hatten die versuchsweise Ratten eine niedrigere Prozentuale Saccharosepräferenz (68% ± 15) als die Kontrollgruppe (78,5% ± 16) und die experimentelle Gruppe mit Behandlung (77% ± 16, p<0.05, Abbildung 3B). Es gab zu diesem Zeitpunkt keine Unterschiede zwischen der Behandlungsgruppe und der Kontrollgruppe. Die Daten werden als prozentuale Saccharosepräferenz ± Standardabweichung dargestellt.

Tauch-für-Lebensmittel-Aufgabe
Abbildung 4zeigt die soziale Tätigkeit von Ratten in einer Situation mit eingeschränktem Zugang zu Nahrungsmitteln. Ratten in der Versuchsgruppe zeigten eine Zunahme der Häufigkeit der Einfahrten in den Tunnel (113% ± 3.7, p<0.01, Abbildung 4A), Tauchen für Lebensmittel (141% ± 7, p<0.01, Abbildung 4B), Lebensmittel, die durch Tragen gewonnen werden (168% ± 12, p<0.01, Abbildung 4C), Zeit, die in getrennten Käfigen verbracht wird (123% ± 7,9, p<0.01, Abbildung 4D), und Durch Angriff gewonnene Lebensmittel (232% ± 26, p<0.01, Abbildung 4E) im Vergleich zur Versuchsgruppe mit Behandlung (44% ± 7, 53% ± 6, 54% ± 5, 55% ± 4,7, 67% ± 3,4). Die Unterschiede zwischen der experimentellen Gruppe von Ratten und den mit Antidepressiva behandelten Versuchsratten waren statistisch größer als der Unterschied zwischen der Versuchsgruppe und der Kontrollgruppe in allen 5 Parametern des Tauch-für-Lebensmittel-Tests (p<0.05). Die Daten werden als durchschnittlicher Prozentsatz im Vergleich zu Steuerelementen ± Standardfehler des Mittelwerts dargestellt.

Figure 1
Abbildung 1. Eine Zeitleiste des experimentellen Protokolls. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.

Figure 2
Abbildung 2. Abbildung des Tauchgerätes. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.

Figure 3
Abbildung 3. Der Saccharosepräferenztest (A) nach 35 Tagen und (B) nach 62 Tagen. Zu Beginn des Experiments gab es keinen Unterschied beim Saccharosekonsum. (A) Am 35. Tag des Experiments hatten die anhedonische Gruppe (p<0.01) und die mit Antidepressiva behandelte anhedonische Gruppe (p<0,01) eine deutlich niedrigere Prozentuale Saccharosepräferenz als die Kontrollgruppe. (B) Am 62. Tag hatten die mit Anhedonia induzierten Ratten eine niedrigere prozentuale Saccharosepräferenz im Vergleich zur Kontrolle und der anhedonischen Gruppe, die mit Antidepressiva behandelt wurde (p<0,05). Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.

Figure 4
Abbildung 4. Soziale Tätigkeit von Ratten in einer Situation mit eingeschränktem Zugang zu Nahrungsmitteln. (A) Häufigkeit der Eingänge in den Tunnel. (B) Tauchen für Lebensmittel. (C) Durch Tragen gewonnenes Lebensmittel. (D) Zeit, die in getrennten Käfigen verbracht wird. (E) Durch Angriff gewonnene Lebensmittel. Die Daten werden als durchschnittlicher Prozentsatz im Vergleich zu den mittleren Kontrollwerten + Standardfehler des Mittelwerts dargestellt. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.

Veränderung des Körpergewichts von Ratten
Tage 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21
Kontrollgruppe
Aver. 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
Experimentelle Gruppe mit Behandlung
Aver. 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
Experimentelle Gruppe
Aver. 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

Tabelle 1. Veränderungen des Körpergewichts (in Prozent) während der Tauch-für-Lebensmittel-Aufgabe. Es gab keine Unterschiede zwischen den 3 experimentellen Gruppen für Veränderungen des Körpergewichts während der 21 Tage der Aufgabe. Von den Tagen 2 bis 21 gab es einen Gesamteffekt zwischen den Tagen, ausgedrückt als Veränderung des Körpergewichts (p<0.01).

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Soziale Hierarchien bestimmen das Verhalten vieler Arten, einschließlich des Menschen, und werden oft durch Beziehungen definiert, die auf Aggression und Unterwerfung basieren. Diese Beziehungen hängen oft von Umweltfaktoren zusätzlich zu den sozialen Strukturenab 35. Soziale Formationen, die auf Dominanz und Unterwerfung basieren, sind facettenreich36,37. Unter Menschen wird Aggression als bestehend aus Verhaltensweisen beschrieben, die von nicht-physischem Mobbing bis hin zu Krieg und Gewaltreichen 38,39,40. Diese Formationen können durch Depressionen und andere beeinträchtigte Bedingungen beeinflusst werden3,21.

In der komplexen Tauch-für-Lebensmittel-Aufgabe haben Ratten die Möglichkeit, Aggressionen zu vermeiden und ohne andere Ratten aus ihrer kleinen sozialen Gruppe in einen Käfig zurückzukehren. Das Design des Geräts verpflichtet Ratten zum Tauchen und Schwimmen unter Wasser für etwa 1 Meter. Die Platzierung des Futtermittels erfordert, dass die Ratten in einen Käfig zurückkehren, um ihre Nahrung zu essen. Der Zugang zum alternativen Käfig ist möglicherweise nur durch Schwimmen im Aquarium möglich. Daher entscheiden die Trägerratten, ob sie ihre Nahrung im Heimischen Käfig oder im alternativen Käfig verzehren.

Das Experiment ermöglicht die Akklimatisierung der Ratte. An den ersten drei Tagen lernen die Tiere die räumlichen Merkmale des Aquariums und die Lage der Nahrung ohne Wasser im Inneren. Ab den Tagen 4-17 wird nach und nach Wasser zugegeben. Nach dem 17. Tag ist der Wasserstand so hoch, dass die Tiere tauchen müssen, um ihre Nahrung vom Futterzubringer zu erhalten. Sie tauchen für Nahrung von Dentagen 17-21. Wir beobachteten, dass die Verhaltensgruppen der Ratten erst am 11. Tag des Experiments auftauchten, was darauf hindeutet, dass die Ergebnisse ab diesem Tag am bedeutsamsten sind. Am 21. Tag verlieren die Ratten kritisch an Gewicht, und dies scheint der letzte Tag zu sein, um Machbare Daten zu sammeln. Ratten begannen an den Tagen 9 oder 10, in allen Gruppen nach Nahrung zu greifen.

Es gibt mehrere kritische Schritte dieses Protokolls. Der Ausschluss von Gewichtsverlust ist wichtig, um sicherzustellen, dass die Methode die besten Daten gibt. Typischerweise ist ein Gewichtsverlust von 20% beträchtlich genug, um die Ratten aus dem Experiment41,42,43,44zu entfernen. Ratten sollten mindestens einmal täglich gewogen werden. Ebenso sollte es genügend Pelletröhren geben, damit Ratten leicht ein Pellet erwerben können. Es besteht eine hohe Wahrscheinlichkeit, dass eine Ratte auf dem Weg ein Pellet verliert, und dies stellt sicher, dass sie es schnell wieder versuchen kann. Der Wasserstand muss hoch genug sein, damit die Ratten beim Überqueren des Tunnels den Boden nicht berühren können. Wir betonen auch, dass eine Videoaufzeichnung notwendig ist, auch wenn die Forscher das Verhalten der Ratten in Echtzeit beobachten, um eine zusätzliche Datenerfassung zu ermöglichen.

In Gruppen von sechs Ratten zeigte ein häufiges Muster Verhaltensgruppen von 5 Trägerratten und 1 Nicht-Trägerratte25. Andere Tauch-für-Lebensmittel-Aufgaben verwendeten unterschiedliche Rattenzahlen in jeder Gruppe mit ähnlichen Anteilen an Trägern wie Nicht-Träger. Bei der hier vorgestellten Aufgabe blieben 1 oder 2 der Trägerratten im alternativen Käfig und nutzten ihn als neue Basis, um in und aus zu schwimmen, um Zugang zu Nahrung zu erhalten, um andere Ratten zu vermeiden. Von den Trägerratten, die mit ihren Pellets in den Hauptkäfig zurückkehrten, waren 1-2 weniger aktiv, als sie versuchten, ihre Nahrung im gemeinsamen Käfig zu schützen.

In einer anderen Studie bestand die Gruppe von sechs Ratten nur aus Nicht-Trägern, die aus einem früheren Experiment1ermittelt wurden. Die Aufteilung der Verhaltensrollen behielt die Proportionen einer typischen Gruppe bei: Eine Ratte schwimmte nicht, und fünf Ratten waren Träger. Dies deutet darauf hin, dass Ratten ihre Verhaltensrollen ändern, abhängig von der Situation und den Ratten um sie herum. Dies wird beim Menschen widergespiegelt, in dem das Verhalten durch die eine Situation und durch soziale Instabilität verändert wird45,46.

Die Ergebnisse dieses Protokolls deuten darauf hin, dass Ratten mit Anhedonia, einem der Merkmale eines depressionsähnlichen Zustands, und ohne Behandlung aggressiver und anfälliger sind, selbst Nahrung zu erhalten, sei es durch Angriff, Tauchen oder Tragen, und eher in getrennten Käfigen bleiben. Es scheint, dass die anhedonischen Ratten eher bereit sind, ihre sozialen Beziehungen zu ändern und sich an Aktivitäten zu beteiligen, die Ratten als gefährlich erachten würden, wie schwimmen. Es ist möglich, dass eine Beziehung zwischen der Unfähigkeit besteht, Risikoverhalten zu regulieren und erwartete soziale Rollen zu erfüllen.

Um den Aufwand bei der Analyse der Videoaufzeichnungen des Rattenverhaltens zu reduzieren, haben wir versucht, Videosoftware (z.B. Ethnovision) zu verwenden. Die Software war jedoch nicht für diese Verhaltensaufgabe geeignet und konnte keine einzelnen Ratten aus einer Gruppe identifizieren. Wir glauben, dass es möglich wäre, spezielle Software zu verwenden, um das Video zu analysieren, oder jede Ratte visuell zu markieren oder eine Kapsel unter die Haut der Ratte zu legen, damit das Computerprogramm zwischen einzelnen Ratten unterscheiden kann. Eine weitere mögliche Einschränkung des Protokolls betrifft die lange Dauer der Ausbildung und des Verfahrens.

Es gibt andere Optionen, die die Technik verbessern können, einschließlich einer alternativen Methode, die eine oder zwei Zellen im Gerät1,25umfasst. Wir haben ein unvorhersehbares Stressmodell als eine Methode identifiziert, um unterschiedliches Verhalten in hierarchischen Beziehungen zu induzieren, obwohl andere Modelle möglicherweise auch funktionieren.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass diese Tauch-für-Lebensmittel-Aufgabe die Untersuchung der sozialen Hierarchie und der Verhaltensinteraktionen von Nagetieren ermöglicht. Unser Protokoll testet signifikant eine Gruppe von Ratten und nicht nur ein Rattenpaar und ermöglicht eine Analyse mehrschichtigerer hierarchischer Beziehungen. Wir sehen zwei Hauptverwendungen für die hier beschriebene Technik. Es kann angewendet werden, um die Pathophysiologie psychischer Erkrankungen in Rattenmodellen zu untersuchen, sowie Tests für neue Behandlungen für Krankheiten im Zusammenhang mit Angst-depressiven Erkrankungen. Dieses Tiermodell kann es uns auch ermöglichen, den Zusammenhang zwischen einer breiten Palette von psychischen Erkrankungen und sozialer Organisation zu bewerten, sowie die Wirksamkeit der Therapie auf soziale Dysfunktion zu untersuchen.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Die Autoren haben nichts zu verraten.

Acknowledgments

Wir danken Professor Olena Severynovska, Anastasia Halinska und Maryna Kuscheriava von der Abteilung für Physiologie, Fakultät für Biologie, Ökologie und Medizin sowie Oles Honchar von der Dnipro Universität, Dnipro, Ukraine, für ihre Hilfe bei der Analyse von Videoaufzeichnungen des Sozialorganisationstests.

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

  1. 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).
  2. 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).
  3. Hirschfeld, R. M., et al. Social functioning in depression: a review. Journal of Clinical Psychiatry. 61 (4), 268-275 (2000).
  4. Grasmuck, V., Desor, D. Behavioural differentiation of rats confronted to a complex diving-for-food situation. Behavioural Processes. 58 (1-2), 67-77 (2002).
  5. Grasmuck, V., Desor, D. Behavioural differentiation of rats confronted to a complex diving-for-food situation. Behavioural Processes. 58 (1-2), 67-77 (2002).
  6. 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).
  7. 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).
  8. 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).
  9. 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).
  10. 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).
  11. 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).
  12. Timmer, M., Sandi, C. A role for glucocorticoids in the long-term establishment of a social hierarchy. Psychoneuroendocrinology. 35 (10), 1543-1552 (2010).
  13. 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).
  14. 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).
  15. Cordero, M. I., Sandi, C. Stress amplifies memory for social hierarchy. Frontiers in Neuroscience. 1, 13 (2007).
  16. 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).
  17. Fan, Z., et al. Using the tube test to measure social hierarchy in mice. Nature Protocols. 14 (3), 819-831 (2019).
  18. 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).
  19. Zhu, H., Hu, H. Brain's neural switch for social dominance in animals. Science China Life Sciences. 61, 113-114 (2018).
  20. Zhou, T., et al. History of winning remodels thalamo-PFC circuit to reinforce social dominance. Science. 357 (6347), 162-168 (2017).
  21. Bech, P. Social functioning: should it become an endpoint in trials of antidepressants. CNS Drugs. 19 (4), 313-324 (2005).
  22. 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).
  23. Zeldetz, V., et al. A New Method for Inducing a Depression-Like Behavior in Rats. Journal of Visualized Experiments. (132), e57137 (2018).
  24. Boyko, M., et al. Establishment of an animal model of depression contagion. Behavioural Brain Research. 281, 358-363 (2015).
  25. 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).
  26. 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).
  27. 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).
  28. 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).
  29. 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).
  30. 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).
  31. Kuts, R., et al. A Middle Cerebral Artery Occlusion Technique for Inducing Post-stroke Depression in Rats. Journal of Visualized Experiments. (147), e58875 (2019).
  32. 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).
  33. Boyko, M., et al. The neuro-behavioral profile in rats after subarachnoid hemorrhage. Brain Research. 1491, 109-116 (2013).
  34. Boyko, M., et al. Establishment of an animal model of depression contagion. Behavioural Brain Research. 281, 358-363 (2015).
  35. 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).
  36. 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).
  37. Cordero, M. I., Sandi, C. Stress amplifies memory for social hierarchy. Frontiers in Neuroscience. 1 (1), 175-184 (2007).
  38. 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).
  39. 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).
  40. 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).
  41. Gauthier, C., Griffin, G. Choosing an appropriate endpoint in experiments using animals for research, teaching and testing. Alternatives to Laboratory Animals. 27, 374 (1999).
  42. Organisation for Economic Co-operation and Development. ENV/JM/MONO, 2000. Organisation for Economic Co-operation and Development. , (2000).
  43. Stokes, W. S. Humane endpoints for laboratory animals used in regulatory testing. ILAR Journal. 43, Suppl_1 31-38 (2002).
  44. Savvas, I., Anagnostou, T., Kazakos, G. Choosing an appropriate endpoint in experiments using animals. Archives of Hellenic Medicine. 26 (6), 778-786 (2009).
  45. 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).
  46. 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).

Tags

Verhalten Ausgabe 171 Tiermodell Verhalten Tauchen-für-Lebensmittel Hierarchie Nagetier Soziale Dynamik
Eine komplexe Tauch-für-Lebensmittel-Aufgabe zur Untersuchung der sozialen Organisation und Interaktionen bei Ratten
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Gruenbaum, B. F., Frank, D., Savir,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).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter