Une tâche complexe de plongée contre nourriture pour étudier l’organisation sociale et les interactions chez les rats

Résumé

Ce protocole décrit une méthode d’examen de la hiérarchie sociale dans un modèle de rat. Les rats effectuent une tâche complexe de plongée contre nourriture dans laquelle ils forment une hiérarchie distincte en fonction de leur volonté de plonger sous l’eau et nager pour obtenir une pastille alimentaire. Cette méthode est utilisée pour comprendre la prise de décision et les relations sociales entre les animaux hautement sociaux en petits groupes.

Résumé

Pour de nombreuses espèces, où le statut est un facteur de motivation vital qui peut affecter la santé, les hiérarchies sociales influencent le comportement. Les hiérarchies sociales qui incluent des relations dominantes-soumise sont courantes dans les sociétés animales et humaines. Ces relations peuvent être affectées par les interactions avec les autres et avec leur environnement, ce qui les rend difficiles à analyser dans une étude contrôlée. Plutôt qu’une simple hiérarchie de dominance, cette formation a une présentation compliquée qui permet aux rats d’éviter l’agression. Le statut peut être stagnant ou mutable, et entraîne des stratifications sociétales complexes. Ici, nous décrivons une tâche complexe de plongée pour la nourriture pour étudier la hiérarchie sociale des rongeurs et les interactions comportementales. Ce modèle animal peut nous permettre d’évaluer la relation entre un large éventail de maladies mentales et d’organisation sociale, ainsi que d’étudier l’efficacité de la thérapie sur le dysfonctionnement social.

Introduction

Les rats sont des animaux très sociaux, ce qui en fait un modèle idéal pour comprendre le comportement social et comment il se rapporte à la prise de décision. Les rats se divisent en groupes hiérarchiques basés sur des relations dominantes et soumettre. Les rats peuvent être formés pour des tâches qui expriment la coopération, la gestion des risques, les comportements trompeurs et les comportements qui changent selon les décisions des autres rats^1,2. Les études avec des modèles de rats exprimant ces comportements s’avèrent utiles pour comprendre la structure sociale et sa relation à la prise de décision avec pertinence pour la psychologie humaine.

En tant que ressource nécessaire, l’accès à la nourriture est une raison majeure de l’organisation sociale chez les rats³. Des rats naïfs ont été observés s’engageant dans l’interaction sociale et la différenciation dans des situations où l’accès à la nourriture était^{limité 1,2,4,5},^6,7,8. Dans une étude, les rats adultes ont dû traverser un tunnel sous l’eau pour accéder à la nourriture, puis ramener la nourriture à travers le tunnel à la cage⁹. Les rats individuels de chaque groupe ont pu être classés selon leur méthode d’obtention de nourriture. Deux profils comportementaux ont émergé : les premiers sont les « porteurs », qui plongent et nagent sous l’eau jusqu’à la mangeoire, obtiennent une pastille et tiennent la pastille dans sa bouche alors qu’ils ressignent à la cage. Le deuxième groupe sont les « non-transporteurs », qui ne plongent pas et n’obtiennent de la nourriture qu’en volant aux transporteurs. Dans les groupes de six rats, environ la moitié étaient porteurs et l’autre moitié n’étaient pas⁹. Tous les rats ont été observés pour être porteurs quand ils ont été formés individuellement dans l’appareil de^{plongée 10}.

Les tâches comportementales animales similaires impliquent la concurrence pour la nourriture ou l’espace et ont été^{employées avec des poulets 11,}des rongeurs^12,13,14,15,et des porcs^16. Dans l’essai de tube, deux souris sont envoyées par un tube étroit des extrémités opposées, avec une souris cédant nécessairement le droit de passage à l’autre. Ce test aide à mesurer la domination sociale^17,18,19. Un test comportemental appelé le test de tache chaude a des souris en compétition pour une position dans un petit endroit chaud dans une cage autrement froide^19,20.

Une tâche ultérieure de plongée contre nourriture qui est plus complexe permet aux rats porteurs d’avoir accès à une deuxième cage, loin des non-porteurs, où ils pourraient consommer leur nourriture séparément⁴. Dans ce protocole, nous présentons une tâche de plongée pour la nourriture comme un modèle alternatif pour la hiérarchie sociale et le comportement chez les rats. Cette tâche de plongée contre nourriture fournit une méthode pour les rats pour éviter les groupes sociaux de la cage principale et donc échapper à l’agression et les interactions sociales d’autres rats. Cette tâche introduit l’option d’éviter le comportement social chez les rats qui peuvent élucider notre compréhension de l’agression sociale.

Le fonctionnement social, qui décrit la capacité de s’engager dans des rôles sociaux normaux, peut être affecté par des conditions telles que la dépression³. Les personnes déprimées sont souvent aux prises avec le chômage, ont peu de contacts sociaux et s’engagent à peine dans des activités^{de loisirs 3}. Le traitement efficace de la dépression est souvent mesuré par l’amélioration de la fonction sociale et^{interpersonnelle 21.} Les traitements antidépresseurs, cependant, varient dans leur efficacité dans le traitement des affaiblissements dans le fonctionnement social liés à la dépression^3.

Dans cette méthodologie, nous avons induit une condition dépressive-comme chez les rats par le test de stress chronique et évalué le niveau des rats de l’anhédonie, l’une des caractéristiques d’un état de dépression-comme, avec un test de préférence de saccharose. Les rats anhédoniques, ainsi que les rats anhédoniques qui ont été administrés antidépresseurs, ont été surveillés par la tâche de plongée contre nourriture par rapport à un groupe témoin.

Les tâches de plongée contre nourriture mentionnées précédemment ressemblent à des tests de compétition alimentaire qui n’utilisent souvent qu’une seule paire d’animaux ou une dichotomie comme point de comparaison, comme les porteurs et les non-porteurs, et une seule analyse qui compare la soumission à^{la domination 15,17,22}. Notre méthode définit des interactions plus complexes entre les rats à travers les divisions en plusieurs types de comportement, y compris: les porteurs et les non-porteurs, ceux qui se battent pour la nourriture et ceux qui ne le font pas, et les rats qui partagent de la nourriture ou vont dans des cages séparées. Nous croyons que ce protocole est le seul type qui utilise une hiérarchie pour évaluer une structure complexe d’interaction sociale chez un groupe d’animaux, plutôt que par paires. Il sera utile pour les études qui testent la dominance basée sur la préférence alimentaire, ainsi que pour les études visant à clarifier des relations plus hiérarchiques qui ne se limitent pas à un modèle dominant soumis.

Dans ce protocole, nous décrivons en détail la tâche complexe de plongée contre nourriture pour étudier l’organisation sociale et les interactions chez les rats avec des changements dans le comportement individuel, en particulier après le développement de l’anhédonie. Ce modèle animal peut également être utilisé pour étudier d’autres conditions psychiatriques associées à des changements dans le comportement social et la hiérarchie.

Protocole

Les expériences ont été menées conformément aux recommandations des Déclarations d’Helsinki et de Tokyo et aux Lignes directrices pour l’utilisation des animaux expérimentaux de la Communauté européenne. Les expériences ont été approuvées par le Comité de soins aux animaux de l’Université Ben Gourion du Néguev. Le code d’autorisation de cette expérience était IL-55-8-12.

1. Préparation des rats

1. Obtenir l’approbation du Comité institutionnel de soins et d’utilisation des animaux (IACUC).
2. Sélectionnez les rats Sprague Dawley adultes. Exclure les animaux qui présentent des traits physiques anormaux, comme des convulsions ou d’autres déficits moteurs.
   REMARQUE : Pour ce protocole, nous avons utilisé des rats mâles adultes, pesant 300−350 g, âgés de 4 à 8 mois. Les rats femelles peuvent également être utilisés.
3. Maintenir les rats à température ambiante (22 °C ± 1 °C), avec une lumière de 12 h et des cycles sombres de 12 h. Fournir chow rat et ad libitum d’eau. Maison 3 rats par cage.
   REMARQUE : Tous les rats logés dans la même cage doivent faire partie du même groupe expérimental.
4. Placez aléatoirement 120 rats dans l’un des trois groupes expérimentaux. Utilisez le groupe 1 (n=60) w comme groupe témoin. Induire le groupe expérimental, Groupe 2 (n =30), avec des facteurs de stress comme décrit ci-dessous. Induire le groupe 3, le groupe expérimental avec traitement (n=30), avec l’anhédonie et administrer par la suite un traitement antidépresseur. La chronologie du protocole expérimental se trouve à la figure 1.
5. Marquer les rats avec des stylos colorés au début de l’expérience pour permettre l’identification individuelle.
6. Effectuez toutes les expériences entre 6 h .m et 12 h.m.
7. Pesez les rats tous les jours tout au long de la procédure pour une perte de poids possible. La perte de poids supérieure à 20% exclura les rats de l’étude. Voir la section 3.1.3.

2. Induction de l’anhédonie chez les rats

1. Modèle de stress imprévisible chronique
   1. Induire les rats du groupe expérimental et le groupe expérimental avec un traitement avec des caractéristiques d’un état dépressif par le modèle de stress imprévisible chronique, comme précédemment^{détaillé 23}.
2. Modèle de stress imprévisible chronique
   1. Induire les rats des deux groupes expérimentaux avec des comportements dépressifs par le modèle de stress imprévisible chronique, comme précédemment détaillé²³.
      REMARQUE : Les rats sont exposés à 2 des 7 facteurs de stress par jour dans un ordre aléatoire; un dans la journée et le second la nuit pendant 5 semaines^24,25.
   2. Introduisez les facteurs de stress suivants dans l’ordre aléatoire :
      1. Maison rats avec 6 animaux par cage au lieu de 3 pour 18 h.
      2. Inclinez le placement de la cage à 45° le long de l’axe vertical pendant 3 h.
      3. Priver les animaux de nourriture pendant 18 h.
      4. Priver les animaux d’eau pendant 18 h, puis introduire une bouteille d’eau vide.
      5. Maintenir une cage souillée pendant 8 h avec 300 mL d’eau déversée dans la literie.
      6. Gardez l’éclairage continu et inverser le cycle lumière/obscurité pendant 48 h par semaine.
      7. Chauffer l’environnement à 40 °C pendant 5 min.
   3. Confirmez le développement de l’anhédonie, l’une des caractéristiques d’un état de dépression, en effectuant un test de préférence de saccharose. Voir la section 4.
3. Thérapie anti-dépression
   1. Administrer 20 mg/kg d’hydrochlorure d’imipramine (antidépresseur tricyclique) intrapétoneally une fois par jour pendant 3 semaines aux rats du groupe expérimental^26,27,28.
      REMARQUE : Un sous-groupe (n=3 chez chaque groupe de rats) du groupe expérimental est administré 0,9 % salin (placebo) intrapétoneally une fois par jour pendant la durée de 3 semaines, au même volume que le groupe de traitement antidépresseur.

3. Le test d’organisation sociale (tâche complexe de plongée pour la nourriture)

REMARQUE : L’appareil expérimental a été décrit dans les études^{précédentes 9,29,30 avec} des modifications mineures. Toutes les parties de l’appareil doivent être composées de plexiglas transparent.

1. Préparer l’appareil et acclimater les rats.
   1. Connectez deux cages (50 cm x 50 cm x 50 cm) à un aquarium (130 cm x 35 cm x 50 cm) par des tunnels (45 cm x 15 cm x 15 cm)(figure 2). Assurez-vous qu’il n’y a pas d’accès d’une cage à l’autre sans plonger dans^{l’aquarium 25}. Maintenir la température de l’eau à 25 °C.
   2. Placer les tubes avec des granulés alimentaires (une pastille alimentaire dans chaque tube) à une extrémité de l’aquarium.
      REMARQUE : Une réduction de l’accessibilité des granulés alimentaires dans la cage de départ devrait progressivement encourager le rat, qui autrement développerait une habitude de voler, à plonger pour atteindre la nourriture.
   3. Le premier jour de l’expérience, introduire chaque groupe de 6 rats à un appareil expérimental sans eau pendant 3 heures. Retourner les rats dans la cage standard après la session.
      1. Restreindre l’accès à la nourriture pour rats aux séances de 3 heures, sans autre accès à la nourriture pendant le reste de la journée.
      2. Retirez les rats qui ont perdu plus de 20% de leur poids de base de l’expérience avec leur groupe social, et donnez de la nourriture et de l’eau ad libitum.
      3. Essuyez manuellement les rats secs ou fournissez l’accès à une source de chaleur jusqu’à ce qu’ils soient secs et avant de les remettre dans leur logement régulier pour éviter l’hypothermie.
      4. Répétez ces séances pendant les jours 2-3.
         REMARQUE : Enregistrez continuellement les rats dans l’appareil pendant 3 heures. Assurez-vous que la caméra est réglée en haute définition (720p) et que la mise au point automatique est désactivée.
2. Effectuer la plongée pour la nourriture tâche
   1. Les jours 4-17, ajouter progressivement l’eau jusqu’à ce que le niveau maximal d’eau soit atteint, comme décrit^{précédemment 4}. Les jours 17-21, maintenir le niveau maximal d’eau.
   2. Observez les rats plonger pour l’accès aux granulés.
   3. Enregistrez les paramètres suivants pour chaque rat :
      1. Évaluer la fréquence d’entrée dans le tunnel.
      2. Comptez chaque tentative de plongée pour la nourriture.
         REMARQUE : Le voyage de la cage à l’aquarium jusqu’à une cage ne doit pas dépasser 5 à 6 secondes, ce qui permettra de s’assurer que la pastille reste comestible.
      3. Évaluer le nombre de fois que la nourriture est obtenue par attaque entre les rats qui ne nagent pour la nourriture et les rats qui ne le font pas.
      4. Enregistrez le nombre de fois où la nourriture est transportée par un rat qui nage.
      5. Enregistrez le temps que les rats ont passé dans des cages séparées par rapport au temps passé dans la cage d’origine.
         REMARQUE : Toutes les données ont été obtenues par observation visuelle continue.

4. Évaluation de l’anhédonie : Le test de préférence du saccharose

1. Évaluer l’anhédonie par le test de préférence saccharose avec modification mineure, comme^{décrit précédemment 23,25,31,32,33}. Effectuez ce test les jours 6, 0, 35, 41, 62 et 68 de la procédure (voir la figure 1 pour le calendrier du protocole).
   1. Permettre aux rats de consommer la solution de saccharose pendant 24 h en accédant gratuitement aux deux bouteilles de chaque cage, contenant 100 mL de solution saccharose (1%, w/v).
   2. Après 24 h, remplacer l’une des bouteilles par de l’eau pendant 24 h supplémentaires.
   3. Priver les rats d’eau pendant 12^{heures 34}.
   4. Donnez aux rats les deux bouteilles (une avec de l’eau et une avec du saccharose). Après 4 h, enregistrez le volume de la solution de saccharose consommée et de l’eau.
   5. Calculer la préférence du saccharose comme préférence pour le saccharose (%) = consommation de saccharose (mL)/(consommation de saccharose (mL) + consommation d’eau (mL)) × 100%.
      REMARQUE : Lorsque nous utilisons le modèle de stress imprévisible chronique en conjonction avec un test d’organisation sociale, nous vous recommandons non seulement d’enregistrer la consommation moyenne de saccharose et d’eau, mais aussi de noter les changements de comportement de chaque rat. Cela permettra une compréhension plus spécifique des changements comportementaux au sein de l’individu plutôt qu’au sein du groupe lorsqu’il est confronté à un modèle hiérarchique tel que la tâche de plongée contre nourriture.

5. Analyse statistique

1. Déterminer les comparaisons entre les groupes utilisant le Kruskal-Wallis suivis de Mann-Whitney pour les données non paramétriques ou une analyse uni sensée de la variance (ANOVA) suivie du test post-hoc de Bonferroni ou du t-test de l’étudiant pour les données paramétriques.
   REMARQUE : Les résultats sont considérés comme statistiquement significatifs lorsque p < 0,05, et très significatifs lorsque p < 0,01.

Résultats

Changements de poids corporel
Un ANOVA uni-sens n’a montré aucune différence dans les changements dans le poids corporel entre les groupes expérimentaux pour les 21 jours de la tâche de plongée pour la nourriture. Des jours 2 à 21, il y a eu des changements dans le poids corporel pour tous les 3 groupes (p<0.01, tableau 1).

Test de préférence saccharose
Au début de l’expérience (jour 0), il n’y avait aucune différence da...

Discussion

Les hiérarchies sociales déterminent le comportement de nombreuses espèces, y compris les humains, et sont souvent définies par des relations basées sur l’agression et la soumission. Ces relations dépendent souvent de facteurs environnementaux en plus des structures sociales³⁵. Les formations sociales basées sur la domination et la soumission sont à multiples^{facettes 36,37}. Chez l’homme, l’agression est décrite comme consist...

matériels

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