Особенности родительского и исследовательского поведения мышей линии CD-1 при пребывании в условиях обогащенной среды

© ЧЕРЕПАНОВ С.М., КОМЛЕВА Ю.К., МОРГУН А.В., ЧЕРЕПАНОВА А.В., САЛМИНА А.Б.

УДК 599.323.4:591.56:591.556.1 ОСОБЕННОСТИ РОДИТЕЛЬСКОГО И ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКОГО ПОВЕДЕНИЯ МЫШЕЙ ЛИНИИ СБ-1 ПРИ ПРЕБЫВАНИИ В УСЛОВИЯХ ОБОГАЩЕННОЙ СРЕДЫ

С.М. Черепанов, Ю.К. Комлева, А.В. Моргун, А.В. Черепанова, А.Б. Салмина

ГБОУ ВПО «Красноярский государственный медицинский университет имени профессора В.Ф. Войно-Ясенецкого» Министерства здравоохранения РФ, ректор - д.м.н. проф. И.П. Артюхов; афедра биохимии с курсами медицинской, фармацевтической и токсикологической химии, НИИ молекулярной медицины и патобиохимии, зав. кафедрой и руководитель НИИ - д.м.н. проф. А.Б. Салмина.

Резюме. В работе исследовали когнитивные, социальные показатели, показатели тревожности и родительского поведения у мышей линии СВ-1, помещенных в обогащенную среду, в сравнении с животными, находящимися в обычных условиях содержания. Выявлено увеличение агрессивности, снижение продолжительности социальных контактов, снижение поисковой активности и увеличение тревожности у самцов из обогащенной среды при отсутствии каких-либо изменений в поведении самок. Обсуждаются механизмы полового поведенческого диморфизма при экспозиции обогащенной среды.

Ключевые слова: обогащенная среда, мыши линии СБ-1, социальное поведение.

Важнейшим инструментом в исследовании развития головного мозга, нейропластичности, нейрогенеза и поведенческих последствий обучения является обогащенная среда (ОС). Обогащенная среда представляет собой «комбинацию комплекса неодушевленных и социальных стимулов» [8] и вызывает значительные нейрохимические, нейроанатомические и

поведенческие изменения у животных [6,10]. Многочисленные исследования показали, что ОС может являться благоприятным фактором для физиологического и психологического развития животного. Животные в обогащенной среде демонстрируют более высокие когнитивные способности, в том числе на фоне имеющейся патологии нейродегенеративного характера

[5,11]

Другие исследователи полагают, что сочетание социальных и физических факторов ОС приводит к уменьшению стресса и тревожност. Так, было продемонстрировано, что животные в ОС проявляют меньшую тревожность при выполнении тестов, направленных на выявление такого поведения («открытое поле», приподнятый крестообразный лабиринт (ПКЛ)) [1,2]. В противоположность этому имеется ряд работ, указывающих на повышение тревожности у животных, находящихся в ОС [7], увеличение агрессивности самцов, пребывающих в ОС [4]. Причинами, определяющими различные изменения тревожности, агрессии и уровня стресса в разных экспериментах, по всей видимости, являются: время нахождения в ОС, наличие только социальных или только физических факторов обогащения, либо их комбинация.

Малоизученной на сегодняшний день является роль половых различий при воздействии факторов ОС. С учетом того, что реализация эффектов ОС определяется действием большого числа нейротрансмиттеров, гормонов, нейропептидов [4]

Представляется вероятным, что изменение уровня тревожности, агрессии, родительского поведения может быть по-разному выражено у особей мужского и женского пола.

Цель исследования.

Оценить особенности влияния обогащенной среды на родительское, социальное поведение и тревожность у экспериментальных животных (мышей) разного пола.

Материалы и методы

Эксперименты были проведены на мышах линии CD-1 (n=20) с исходной массой тела 20-25г, с соблюдением принципов гуманности, изложенных в Директиве Европейского сообщества (86/609/ЕС). Возраст животных составил 2 месяца. Все животные на момент начала исследования не имели полового опыта. Были сформированы следующие группы животных: первая группа - опытная, n=10 (5 самок и 5 самцов), вторая группа, контрольная, n=10 (5 самок и 5 самцов). Животных содержали в клетках со свободным доступом к воде и корму при постоянной температуре 21±1°С и регулярном световом цикле 12 ч день/12 ч ночь. Время проведения экспериментов по тестированию поведения животных - с 9.00 до 12.00.

Условия содержания: все животные, независимо от группы,

содержались моногамными парами. Первые 15 дней все животные содержались в обычной среде, далее для опытной группы производилось обогащение клетки физическими стимулами. Для создания обогащенной среды был использован стандартный протокол [13], подразумевающий содержание животных в условиях многостимульной среды. Обогащенная среда представляла собой клетку размерами 40х25х15см, клетка была заполнена пластиковыми туннелями, домиками, коробками, упражняющими «беличьими» колесами. Дизайн исследования представлен на рис. 1.

Методы тестирования поведения животных.

Открытое поле (ОП) имело размеры 40х30см, высоту стенок - 25см, пол арены был расчерчен на ряды секторов одинаковой площади для

удобства видеорегистрации горизонтальной двигательной активности животных. В полу арены имелись отверстия диаметром 0,5см для регистрации норкового рефлекса животных. Над полем находилась видеокамера, фиксирующая поведение животных. При тестировании животное помещалось в периферическую часть арены, наблюдение проводили в течение 15 мин. Производилась регистрация числа пересеченных секторов (горизонтальная активность), число подъемов на задние лапы (вертикальная активность), число коротких и длительных грумингов, число обнюхиваний отверстий в полу и заглядываний в эти отверстия.

Оценка родительского поведения. Оценивалась способность возвращать в гнездо, разбросанных по клетке детенышей по оригинальному протоколу, любезно предоставленным профессором Х. Хигашида (Япония) (рис. 2).

Т-образный лабиринт с меткой гнезда представлял с собой лабиринт с высотой стенок 50см, в одном из периферических рукавов располагалась метка гнезда (элементы подстилки на которой до этого располагались детеныши тестируемых животных). Оценивалось время нахождения в периферическом рукаве с меткой и без метки гнезда, а также в центральном рукаве.

Тест социального распознавания осуществлялся согласно стандартному протоколу [12] представленному на рисунке 3. Данный тест является разновидностью тестов на социальные межсамцовые взаимодействия, проводился в 5 сессий (4 сессии с последовательным подсаживанием одного и того же - самца, 5-я сессия - с подсаживанием нового объекта). Оценивались следующие параметры взаимодействий (в секундах): следование за объектом, действия связанные с социальным интересом: принюхивание, аногенитальное обследование, периоральное обследование, наличие агрессии.

Статистическая обработка результатов была проведена с помощью пакета прикладных программ БТАИЗИСЛ V. 6.0 («81а18ой»), программой БЮБТАТ. Описательные статистики представлены средней арифметической (М), среднеквадратическим отклонением (±5), ДИ(95%). Для оценки статистической значимости двух независимых выборок использовались критерий Манна-Уитни (оценка Т-лабиринта, открытого поля, межсамцовых взаимодействий) а также угловое преобразование Фишера (оценка родительского поведения).

Результаты и обсуждение

Тест на родительское поведение проводился на 10-й день после помещения опытной группы в ОС. При оценке семейного поведения значимых отличий между опытной и контрольной группой выявлено не было. В опытной группе отмечалась тенденция к смене местоположения гнезда при возвращении детей.

Тест Т-лабиринт с меткой гнезда, позволяет оценить интерес животного к запахам собственного гнезда и детей в зависимости от времени проведенного в рукаве с гнездом или без гнезда. Время, проведенное в изначальном центральном рукаве так же может свидетельствовать о высоком исследовательском интересе при низком уровне данного показателя, либо о высокой тревожности при высоком. Тест проводился на 13-й день после помещения животных из опытной группы в обогащенную среду. Исследования выявили достоверно меньшее время, проведенное самцами из опытной группы (190±12,26) (р<0,05), по сравнению с самцами из контрольной группы (173±6,22). При этом не отмечалось достоверной разницы в нахождении в периферическом рукаве без метки гнезда, однако таковая имелась во времени проведенном в среднем рукаве. Самцы из ОС достоверно больше 260±12,82 (р<0,05), чем самцы из группы контроля 219±9,99, проводили время в среднем рукаве. Полученные результаты могут свидетельствовать как о сниженном интересе к гнезду в группе самцов после

пребывания в ОС, так и о повышенной тревожности среди самцов из группы ОС. При сравнении времени нахождения самок в различных рукавах Т-лабиринта достоверных отличий не выявлено.

Тест «открытое поле» используется как для оценки когнитивных параметров, так для оценки тревожности и уровня общей поведенческой активности. Данный тест проводился нами на 14-й день после помещения животных опытной группы в ОС (табл. 1). Полученные данные могут свидетельствовать о стрессовой реакции самцов на помещение в ОС. Это соответствует данным некоторых авторов о том, что ОС повышает тревожность и, по своей сути, является хроническим стрессом новизны [3]. Стоит отметить, что среди самок достоверных отличий ни по одному из параметров не выявлено.

Тест на социальное распознавание позволяет установить продолжительность времени социального интереса, агрессивного поведения, выявить, когда наступает потеря социального интереса[12]. Тест проводился на 15-й день помещения животных опытной группы в ОС (при условии удаления из клеток самок перед началом тестирования). Обнаружили, что интерес к новому социальному объекту у животных, находившихся в условиях ОС, достоверно снижается (рис. 4).

При оценке агрессивного поведения (рис. 5) наблюдали достоверное усиления агрессии в группе самцов, находившихся в условиях ОС.

В целом, при оценке социального интереса и агрессивного поведения можно сделать выводы о том, что самцы, находившиеся в условиях ОС, демонстрируют более выраженную агрессию и меньший социальный интерес. Мы полагаем, что это можно объяснить состоянием «хронического стресса новизны» при пребывании животных в условиях ОС на фоне перестроек, индуцированных формированием родительского (отцовского) поведения.

Интересно отметить полное отсутствие каких-либо поведенческих различий между самками, находившимися в условиях ОС или обычной

среды. Это может быть связано, с одной стороны, с формированием паттерна поведения, базирующегося на приоритете рождения и сохранения жизнеспособного потомства. С другой стороны, во время проведения тестов все самки находились в состоянии, ассоциированном с глубокими гормональными изменениями, в частности, увеличением уровня окситоцина, способного подавлять реакции стресса и агрессии [9].

Таким образом, нахождение мышей линии CD-1 в условиях обогащенной среды при формировании пары и на раннем этапе ухода за новорожденным потомством вызывает увеличение тревожности и агрессии у самцов на фоне снижения интереса к новым социальным контактам, что, вероятно, объясняется запуском нейроэндокринных механизмов, обусловливающих формирование специфического для пола паттерна социального поведения.

Работа выполнена при поддержке гранта в рамках ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» (соглашение № 8061, 2012-2013).

THE FEATURES OF PARENT AND RESEARCH BEHAVIOR OF MICE CD-1 IN THE ENRICHED ENVIRONMENT

Krasnoyarsk State Medical University named after prof. V.F. Voino-Yasenetsky

S.M. Cherepanov, Yu.K.Komleva, A.V.Morgun, A.V. Cherepanova, A.B. Salmina

Abstract. There were investigated the cognitive, social indicators, indicators of anxiety and parental behavior in mice CD-1, placed in the enriched environment, in comparison with the animals in the normal conditions of care. Was revealed the increasing of aggressiveness, reducing the duration of social contacts, reducing of search activity and increasing of anxiety in males from the enriched environment and the absence of any changes in the behavior of females. The mechanisms of sexual behavioral dimorphism in exposure of enriched environment are discussed.

Key words: enriched environment, mice CD-1, social behavior.

PDF created with pdfFactory Pro trial version www. pdffactory. com

Литература

1. Chapillon P., Manneche C., Belzung C. et al. Rearing, environment-tal enrichment in two inhred strains of mice. Effects on emotional reactivity// Behav. Genet. - 1999. - Vol. 29. - P. 41-46.

2. Fernandez-Teruel A., Gimenez-Llort L., Escorihuela R.M. et al. Early-life handling stimulation and environmental enrichment are some of their effects mediated by similar neural mechanisms // Pharmacol. Biochem. Beha. - 2002. -Vol. 73. - P. 233-245.

3. Dawley and Long Evans Rats Anne TM Konkle, Amanda C Kentner, Stephanie L Baker, Angela Stewart, and Catherine Bielajew // J. Am. Assoc. Lab., Environmental-Enrichment-Related Variations in Behavioral, Biochemical, and Physiologic Responses of Sprague // Anim. Sci. - 2010. - Vol. 49, № 4. - P. 427-436.

4. McQuaid R.J., Audet M.C., Anisman H. Environmental enrichment in male CD-1 mice promotes aggressive behaviors and elevated corticosterone and brain norepinephrine activity in response to a mild stressor // Stress. - 2012. - Vol. 15, №3. - P. 354-360.

5. Mohammed A.K., Jonsson G., Archer T. Selective lesioning of forebrain noradrenaline neurons at birth abolishes the improved maze learning performance induced by rearing in complex environment // Brain Res. - 1986. - Vol. 398. - P. 6-10.

6. Mohammed A.H., Zhu S.W., Darmopil S. et al. Environmental enrichment and the brain // Prog. Brain Res. - 2002. - Vol. 138. - P. 109-133.

7. Phyllis E., Mann Kristen J. Gervais. Environmental Enrichment Delays Pup-Induced Maternal Behavior in Rats// Developmental Psychobiology. - 2011. -№ 53(4). - P. 371-382.

8. Rosenzweig M.R., Bennett E.L., Hebert M. et al. Social grouping cannot account for cerebral effects of enriched environ -ments // Brain Res. - 1978. - Vol. 153. - P. 563-576.

9. Smith A.S., Wang Z. Salubrious effects oxytocin on social stress-induced deficitis// Hormonal behavior. - 2012. - Vol. 61, № 3. - P. 320-330.

10. Van Praag H., Kempermann G., Gage F.H. Neural consequences of environmental enrichment // Nat. Rev. Neurosci. - 2000. - Vol. . - P. 191-198.

11. Whishaw I.Q., Zaborowski J.A., Kolb B. Postsurgical enrichment aids adult hemidecorticate rats on a spatial navigation task // Behav. Neural. Biol. -1984. - Vol. 42. - P. 183-190.

12. Winslow J.T. Mouse Social Recognition and Preference // Current Protocols in Neuroscience. - 2003. - Vol. 8, №16. - P. 76-79.

13. Yehezkel Sztainberg & Alon Chen , An environmental enrichment model for mice // Published online 12 August 2010; doi:10.1038/nprot.2010.114

Рис. 1 Дизайн эксперимента.

Примечание: ОП- открытое поле.

Рис. 2. Тестирование родительского поведения.

Примечание: a- тестирование с отсаживанием детей в новую клетку;

Ь- тестирование с отсаживанием родителей в новую клетку; F- самка; М-самец; Р- дети; Я - возвращение в гнездо.

Рис. 3. Быстрый тест на социальное распознавание.

Примечание: на рисунке изображены четыре повторяющиеся 1-минутных встречи между одними и теми же мышами с 10-минутными интервалами между каждой встречей. На 5-й встрече испытуемый самец сталкивается с новым животным.

Рис. 4. Социальный интерес.

Примечание: * -р<0,05; **-р<0,01.

Рис. 5. Агрессивное поведение

Примечание: * -р<0,05.

Рис. 1

День 1 2-14 15 17-18 19-21 22-23 24 25- 26 27 28 29

Процеду- Ра Посадка в клетки моногамным и парами Все животные в обычной среде Обогаще ние среды опытной группе Роды Тестирова- ние Родитель- ского поведения Т- лабиринт с меткой гнезда ОП Меж- самцо- вые взаимод ействия

Рис. 2.

1 2 3 4 5

KoMiiKr - I

MHHVTl

3lHrei>Ba.T 10 J If! H^T

Время

Результаты теста «открытое поле»

Пересеченные сектора Самцы ОС Самцы Обычная среда Самки ОС Самки Обычная среда

М 5 М 5 М 5 М 5

Climbing 82 14,25 82 9,79 б3 4,3 72 1б,19

Rearing 51 13,78 55 4,1 43 10,17 35 10,73

Короткие груминги 14 3,01 15 3,97 12 2,71 10 2,54

Длительные груминги 7* 0,37* 9* 0,97* 7 1,91 4 1,14

Норковый рефлекс, «обнюхивание» 77** 5,23** 113** б,0б** 72 4,97 7б 7,05

Норковый рефлекс «по глаза» 58 12,9 бб 7,б9 39 5,81 3б 3,14

Число пересеченных секторов 301 47,78 34б 11,48 272 21,78 224 71,4

Примечание: * -р<0,05; ** - p<0,01.

Сведения об авторах.

Черепанов Станислав Михайлович - научный сотрудник, НИИ молекулярной медицины и патобиохимии КрасГМУ; e-mail: Stas4476@mail.ru.

Комлева Юлия Константиновна - аспирант кафедры биологической химии с курсом медицинской, фармацевтической и токсикологической химии КрасГМУ; e-mail: yuliakomleva@mail.ru.

Моргун Андрей Васильевич - к.м.н. ассистент кафедры педиатрии ИПО КрасГМУ; e-mail: 441682@mail.ru.

Черепанова Арина Владимировна, студент, факультет психологии, СИБУП (Сибирский институт бизнеса, управления, психологии); e-mail: dav607@rambler.ru.

Салмина Алла Борисовна - д.м.н., проф., зав. каф. биологической химии с курсом медицинской, фармацевтической и токсикологической химии, руководитель НИИ Молекулярной медицины и патобиохимии; e-mail: allasalmina@mail.ru.