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使用實驗鼠研究社會階級與社交壓力之間的關係

APR 09 ,2021

我們之中的許多人每天都在高度社交的環境下生活與工作,這樣的環境對有些人來說可能是一種無形的壓力,然而你知道使用囓齒實驗動物也可以進行社會階級與社交壓力的實驗模式嗎? 而且保證比研究動物園的猴子更經濟實惠!這次,來自荷蘭格羅寧根大學 (University of Groningen) 的 Deepika Patel 將會向我們介紹她的研究成果!

社會結構 

動物群體飼養在資源有限的空間內,其中一個特色,就是會因為競爭資源自然而然的發展出資源支配的現象,地位較高的個體將會掌控較多的資源,競爭的過程亦會伴隨著更頻繁且激烈的社交壓力,這類型的衝突很有可能會成為誘發精神疾病的原因之一。

對於人類來說,社交結構比一般的動物還要來得復雜許多,不過就目前的動物實驗研究結果已經可見一斑:就算不用上學上班外加背30年的房貸,社交壓力會顯著增加動物們得到心血管疾病、肥胖以及其他精神科常見疾病的風險。

使用動物模式研究社交支配行為

由於人類的後天影響過大,要直接將人們的社交支配造成的壓力量化非常困難且不切實際,因此使用實驗動物來進行社交支配的相關研究就非常的重要。我們使用野生型的格羅寧根大鼠(Wild-Type Groningen, WTG rat)來進行群居實驗,將動物們放置在一個大型的飼養環境中,並且觀察每一隻動物的生理參數、行為等,來作為評估動物受到社交壓力的多寡

two white rats in cage on bedding

使用 "過街老鼠"

大部份的鼠類為天生的群居動物,即使是在野外也很容易自然形成帶有階級的大型聚落。因此我們已經有許多的工具與方式來評估動物們的社交支配情形,例如觀察動物爭奪支配權時產生的激動情緒甚至是肢體衝突。

在我們的例子中,我們使用的WTG大鼠他們的前幾代祖先來自實驗室外 (大鼠8週就可以輪一代,好幾代也只消半年左右的時間),可以直接視為與野生動物無異。與純種的實驗動物相比,這些動物表現出了更多、更豐富的行為,在面對壓力時也會使用更不同的方式來應對。

 

使公鼠建立社交階級

為了讓我們的WTG大鼠自然產生階級,我們將所有的動物 (不論公母) 皆飼養在一個稱作為 "可見洞穴系統" (Visible burrow system, VBS) 的大型中,這個設施包含了充足的飲水與飼料、一個開闊且涵蓋日夜週期的公共空間、以及數間洞穴型的暗房 (無日照週期,包含了獨立的飲食飲水,可作為庇護所用) ,這樣的系統包含了動物在外生活所會到的各種環境,模擬了一個完整的聚落生活圈。

監控與記錄

為了能夠長期不間斷的監控VBS設施,我們使用數隻單色網路攝影機來記錄設施各區域的影像,公共區域、暗房與連通道皆可觀察,我們另外使用了Noldus Information Technology (以下簡稱Noldus) 開發的 MediaRecorder  來管理並控制攝影機陣列,此外我們也使用了Noldus的 The Observer XT 動物行為觀察軟體,使研究人員在進行特定行為的觀察與記錄更加方便。

WTG公鼠們在VBS居住的期間內所有的社交支配行為將會被我們的技術人員們記錄下來,其中包含了高階公鼠挑釁並驅趕其他公鼠的行為,以及低階公鼠刻意遠離甚至逃離其他公鼠的社交迴避行為。

visible burrow system mice open area

可見洞穴系統 (VBS) 示意圖

動物居住在VBS群養後的結果

我們在結果中首先看到了群養造成的社交壓力會影響動物們的各項行為,使得動物們更加的躁進或是看似焦慮。因此,我們將那些產生社交迴避的動物取出,讓牠們各別進行一些常見的焦慮相關實驗,例如Open field開闊場實驗以及Elevated plus maze高架十字迷宮,這類型的迷宮實驗可以很有效的判定出動物病態焦慮的程度 。

拜科技進步所賜,我們可以使用動物軌跡追蹤分析軟體來快速獲得並分析任何迷宮實驗的相關數據,我們使用了Noldus EthoVision XT 軌跡追蹤分析軟體來進行數據的擷取與分析,然而我們在這些實驗中並沒有發現產生社交迴避的動物們與其他的動物們有著顯著的差異。雖然如此,有個現象在社交迴避的動物上有著顯著的差異,與其他階級的動物相比,社交迴避的動物們在群養階段幾乎所有時間都待在暗房。

生理與神經相關的變化

社交壓力在群養動物身上亦有實質的影響,經過VBS群養過後,無論是高階動物還是低階動物皆發生了體重與體脂大幅下降的狀況,這些動物的腎上腺體積也明顯的變大。此外,在蛋白質的相關研究中,我們發現某些特定腦區的 Cofilin (細胞骨架形成相關的一種蛋白) 有被大量磷酸化的現象,在受到社交壓力影響的動物上,他們前額葉皮質 (prefrontal cortex) 與杏仁核 (amygdala) 的Cofilin皆有大量磷酸化的現象,這兩個腦區剛好都牽涉到了害怕記憶的形成以及如何應對,於此實驗的例子中,這兩個腦區調節了低階動物如何調節/緩解恐懼所造成的不適以及高階動物害怕接二連三的階級鬥爭而產生了害怕反應驅使的激進/暴力行為。

使用VBS群養作為慢性社交壓力的動物模式

雖然群養動物們乍看之下壓力較大,但此類的慢性壓力並未造成動物們焦慮或憂鬱,這些動物們反而獲得了一套調適社交壓力的方法與彈性,雖然他們都明顯的瘦了點就是......。我們認為群養對動物造成的影響與機制仍然有許多空白處,針對VBS這個動物模式仍然有許多值得我們進一步探討以及鑽研的地方。

Cartoon mice ground hole

Image taken from PhD thesis- Deepika Patel

將動物實驗成果用來檢視人類案例

目前人們已經成功使用實驗動物重現部分種類的慢性社交壓力,例如霸凌、家暴以及主從關係。這些動物模式都是我們在研究相關生理或心理影響的利器。此次介紹的VBS群養可以在接近自然情形的狀況下產出大量的社交壓力模式動物,且這個模式可以做許多額外的修改來增加變因 (例如加入飲食飲水、性別比例、配偶爭奪等因素) 這套系統會是我們用來研究人類不同情況產生的社交階級壓力的重要方式!

 

參考文獻

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