I.P. Pavlov Journal of Higher Nervous ActivityI.P. Pavlov Journal of Higher Nervous ActivityЖурнал высшей нервной деятельности им. И.П. Павлова0044-46773034-5316The Russian Academy of Sciences65206610.31857/S0044467724060076ФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ МЕХАНИЗМЫ ПОВЕДЕНИЯ ЖИВОТНЫХ: ВОСПРИЯТИЕ ВНЕШНИХ СТИМУЛОВ, ДВИГАТЕЛЬНАЯ АКТИВНОСТЬ, ОБУЧЕНИЕ И ПАМЯТЬФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ МЕХАНИЗМЫ ПОВЕДЕНИЯ ЖИВОТНЫХ: ВОСПРИЯТИЕ ВНЕШНИХ СТИМУЛОВ, ДВИГАТЕЛЬНАЯ АКТИВНОСТЬ, ОБУЧЕНИЕ И ПАМЯТЬResearch ArticleLong-term social isolation impairs learning in a two-way active avoidance task in female ratsДлительная социальная изоляция ухудшает обучение в задаче двустороннего активного избегания у самок крысKrupinaN. A.КрупинаН. А.
Russian Federation
krupina-na@yandex.ruKhlebnikovaN. N.ХлебниковаН. Н.
Russian Federation
krupina-na@yandex.ruInstitute of General Pathology and PathophysiologyФедеральное государственное бюджетное научное учреждение «Научно-исследовательский институт общей патологии и патофизиологии»1112202474672774102022025Copyright ©; 2024, Russian Academy of SciencesCopyright ©; 2024, Российская академия наук2024Russian Academy of SciencesРоссийская академия наукhttps://innoscience.ru/0044-4677/article/view/652066

In socially living species, including humans, social contacts’ deficit provokes chronic stress development, leading to disorders in the psychoemotional sphere, cognitive impairment, etc. Previously, we showed that spatial memory and passive avoidance impairments in rats exposed to months-long social isolation (SI) from an early age are more pronounced in females compared to males. There is lack research on females. This study aimed to evaluate learning in the two-way avoidance paradigm using the conditioned active avoidance reflex (CAAR) test and to assess skill retention in female rats exposed to SI, which started after the pups were taken from their dams and lasted for up to ten months. After 6.5 months of SI, rats were trained in the CAAR test when their anxiety level and grooming expression were lower than in rats housed in groups. Rats exposed to SI performed fewer avoidance but more escape responses and were less likely to achieve the learning criterion. In isolated rats compared to control rats, the escape latency was heightened, and the maximum number of avoidance reactions in a row was less after 24 hours after training. After 2 months after training, no differences in CAAR retention were revealed between rats kept in different housing conditions. After 10 months of SI, rat blood serum corticosterone levels were lower than in rats in the control group. The findings show worse learning and skill retention one day following training in the CAAR test in rats under the influence of long-term SI.

Дефицит социальных контактов у социально живущих видов, включая людей, провоцирует развитие хронического стресса, приводящего к расстройствам в психоэмоциональной сфере, развитию нарушений когнитивных функций и др. Ранее мы показали, что нарушения пространственной памяти и пассивного избегания у крыс, подвергнутых многомесячной социальной изоляции (СИ) с раннего возраста, более выражены у самок по сравнению с самцами. Исследований на самках недостаточно. Целью настоящей работы были оценка обучения в тесте условного рефлекса активного избегания (УРАИ) в парадигме двустороннего избегания и проверка сохранности навыка у самок крыс, подвергнутых СИ, начинавшейся после отсаживания крысят от матери и продолжавшейся до 10 мес. Обучение крыс в тесте УРАИ начинали после 6.5 мес СИ, когда уровень тревожности и выраженность груминга у них были ниже, чем у крыс, которых содержали в группах. Крысы, подвергнутые СИ, совершали меньше реакций избегания, но больше реакций избавления, а также реже достигали критерия научения. Через 24 ч после обучения латентный период реакций избавления у изолированных крыс был повышен, а максимальное число реакций избегания подряд – снижено. Через 2 мес после обучения не выявлено различий в сохранности УРАИ между крысами, проживавшими в разных условиях содержания. После 10 мес СИ уровень кортикостерона в сыворотке крови крыс был ниже, чем у крыс контрольной группы. Полученные результаты свидетельствуют о худшем обучении и сохранении навыка через сутки после обучения в тесте УРАИ у крыс под влиянием длительной СИ.

long-term social isolationfemale ratstwo-way conditioned active avoidance reflexanxietygroominglocomotor and exploratory activitypain sensitivity in the “Hot Plate” testcorticosteroneдлительная социальная изоляциясамки крысдвусторонний условный рефлекс активного избеганиятревожностьгрумингдвигательная и исследовательская активностьболевая чувствительность в тесте «Hot Plate»кортикостеронМинистерство науки и высшего образования Российской ФедерацииMinistry of Science and Higher Education of the Russian Federation122022200349-9Крупина Н.А., Ширенова С.Д. Нарушения когнитивных функций при длительной социальной изоляции: результаты исследований на людях и экспериментов на животных. Успехи физиол. наук. 2023. 54 (4): 18–35.Левшина И.П., Пасикова Н.В., Шуйкин Н.Н. Выработка условных реакций избегания и морфометрические характеристики сенсомоторной коры крыс, социально депривированных в раннем онтогенезе. Журн. высш. нерв. деят. им. И.П. Павлова. 2005. 55 (4): 558–566.Хлебникова Н.Н., Медведева Ю.С., Крупина Н.А. Ранняя социальная изоляция, вызывающая эмоционально-мотивационные нарушения у крыс, сопровождается дефицитом кратковременного привыкания, но не влияет на пространственную память. Журн. высш. нервн. деят. 2018. 68 (5): 647–662.Ширенова С.Д., Хлебникова Н.Н., Крупина Н.А. Длительная социальная изоляция приводит к снижению экспрессии предшественника BDNF и пролилэндопептидазы в структурах мозга крыс. Биохимия. 2021. 86(6): 857 – 870.Ширенова С.Д., Хлебникова Н.Н., Крупина Н.А. Изменения социальности и предпочтения социальной новизны у самок крыс в условиях пролонгированной социальной изоляции. Журн. высш. нервн. деят. им. И.П. Павлова. 2022а. 72 (4): 520–542.Ширенова С.Д., Хлебникова Н.Н., Крупина Н.А. Экспрессия рецепторов глюкокортикоидов и интерлейкинов IL-1β и IL-6 в структурах мозга крыс, подвергнутых длительной социальной изоляции: половые различия. Патогенез. 2022б. 3: 147–148.Ari C., D’Agostino D.P., Diamond D.M., Kindy M., Park C., Kovács Z. Elevated Plus Maze test combined with video tracking software to investigate the anxiolytic effect of exogenous ketogenic supplements. J. Vis. Exp. 2019. 143: e58396.Bernardi M., Genedani S., Bertolini A. Behavioral activity and active avoidance learning and retention in rats neonatally exposed to painful stimuli. Physiol Behav. 1986. 36 (3): 553–555.Bianchi M., Fone K.F.C., Azmi N., Heidbreder C.A., Hagan J.J., Marsden C.A. Isolation rearing induces recognition memory deficits accompanied by cytoskeletal alterations in rat hippocampus. Eur. J. Neurosci. 2006. 24(10): 2894–2902.Broadfoot C.K., Lenell C., Kelm-Nelson C.A., Ciucci M.R. Effects of social isolation on 50-kHz ultrasonic vocalizations, affective state, cognition, and neurotransmitter concentrations in the ventral tegmental and locus coeruleus of adult rats. Behav. Brain Res. 2023. 437: 1141–1157.da Silva R.P.B., Pinheiro I.L., da Silva R.K.B., Moretti E.C., de Oliveira Neto O.B., Ferraz-Pereira K., Galindo L.C.M. Social isolation and post-weaning environmental enrichment effects on rat emotional behavior and serotonergic system. Int. J. Dev. Neurosci. 2024. 84 (4): 265–280.Dayananda K.K., Ahmed S., Wang D., Polis B., Islam R., Kaffman A. Early life stress impairs synaptic pruning in the developing hippocampus. Brain Behav. Immun. 2023. 107: 16–31.de Oliveira C.C., Gouveia F.V., de Castro M.C., Kuroki M.A., Dos Santos L.C., Fonoff E.T., Teixeira M.J., Otoch J.P., Martinez R.C. A window on the study of aversive instrumental learning: Strains, performance, neuroendocrine, and immunologic systems. Front. Behav. Neurosci. 2016. 10: 162.Deak T., Quinn M., Cidlowski J.A., Victoria N.C., Murphy A.Z., Sheridan J.F. Neuroimmune mechanisms of stress: sex differences, developmental plasticity, and implications for pharmacotherapy of stress related disease. Stress. 2015. 18: 367–380.Del Arco A., Zhu S.W., Terasmaa A., Mohammed A.H., Fuxe K. Hyperactivity to novelty induced by social isolation is not correlated with changes in D2 receptor function and binding in striatum // Psychopharmacol. 2004. 171: 148.Dimonte S., Sikora V., Bove M., Morgese M.G., Tucci P., Schiavone S., Trabace L. Social isolation from early life induces anxiety-like behaviors in adult rats: Relation to neuroendocrine and neurochemical dysfunctions. Biomed. Pharmacother. 2023. 158: 114181.Domjan M., Fanselow M.S. Pavlovian or associative sensitization and its biological significance. Neurosci. Biobehav. Rev. 2024. 1: 105790.Escorihuela R.M., Fernández-Teruel A., Gil L., Aguilar R., Tobeña A. Driscoll P. Inbred Roman high- and low-avoidance rats: differences in anxiety, novelty-seeking, and shuttlebox behaviors. Physiol. Behav. 1999. 167 (1): 19–26.Estanislau C., Ramos A.C., Ferraresi P.D., Costa N.F., de Carvalho H.M.C.P., Batistela S. Individual differences in the elevated plus-maze and the forced swim test. Behav. Processes. 2011. 86: 46–51.Fernández-Teruel A., Tobeña A. Revisiting the role of anxiety in the initial acquisition of two-way active avoidance: pharmacological, behavioural and neuroanatomical convergence. Neurosci. Biobehav. Rev. 2020. 118: 739–758.Ferré P., Fernández-Teruel A., Escorihuela R.M., Driscoll P., Corda M.G., Giorgi O., Tobeña A. Behavior of the Roman/Verh high- and low-avoidance rat lines in anxiety tests: relationship with defecation and self-grooming. Physiol. Behav. 1995. 58: 1209–1213.Green M.R., McCormick C.M. Effects of stressors in adolescence on learning and memory in rodent models. Horm. Behav. 2013. 64 (2): 364–379.Guo B., Xi K., Mao H., Ren K., Xiao H., Hartley N.D., Zhang Y., Kang J., Liu Y., Xie Y., Zhou Y., Zhu Y., Zhang X., Fu Z., Chen J.F., Hu H., Wang W., Wu S. CB1R dysfunction of inhibitory synapses in the ACC drives chronic social isolation stress-induced social impairments in male mice. Neuron. 2024. 112(3):441–457.Hadad-Ophir O., Ardi Z., Brande-Eilat N., Kehat O., Anunu R., Richter-Levin G. Exposure to prolonged controllable or uncontrollable stress affects GABAergic function in sub-regions of the hippocampus and the amygdala. Neurobiol. Learn. Mem. 2017. 138: 271–280.Hellemans K.G., Benge L.C., Olmstead M.C. Adolescent enrichment partially reverses the social isolation syndrome. Brain Res. Dev. Brain Res. 2004. 150 (2): 103–115.Hofford R.S. Isolation drives reward-seeking in rats. Lab. Animal. 2021. 50(5), 125–126.Holuka C., Grova N., Charalambous E. G., Le Cleac`H.J., Turner J.D., Mposhi A. Transgenerational impacts of early life adversity: from health determinants, implications to epigenetic consequences. Neurosci. Biobehav. Rev. 2024. 164: 105785.Krupina N.A., Shirenova S.D., Khlebnikova N.N. Prolonged social isolation, started early in life, impairs cognitive abilities in rats depending on sex. Brain Sci. 2020. 10: 799.Lapiz M.D.S., Fulford A., Muchimapura S., Mason R., Parker T., Marsden C. A. Influence of postweaning social isolation in the rat on brain development, conditioned behavior, and neurotransmission. Neurosci. Behav. Physiol. 2003. 33: 13–29.Luedke A.C., Boucher P.O., Niel L., Holmes M.M. Altered anxiety and defensive behaviors in Bax knockout mice. Behav. Brain Res. 2013. 239: 115–120.Lukkes J.L., Watt M.J., Lowry C.A., Forster G.L. Consequences of post-weaning social isolation on anxiety behavior and related neural circuits in rodents. Front. Behav. Neurosci. 2009. 3: 18.Mauvais-Jarvis F., Arnold A.P., Reue K. A Guide for the design of pre-clinical studies on sex differences in metabolism. Cell. Metab. 2017. 25(6): 1216–1230.McCormick C.M., Mathews I.Z. Adolescent development, hypothalamic-pituitary-adrenal function, and programming of adult learning and memory. Prog. Neuro-Psychopharmacol. Biol. Psychiatry. 2010. 34(5): 756–765.McLean S., Grayson B., Harris M., Protheroe C., Woolley, M., Neill J. Isolation rearing impairs novel object recognition and attentional set shifting performance in female rats. J. Psychopharmacol. 2008. 24 (1): 57.Miskolczi C., Halász J., Mikics É. Changes in neuroplasticity following early-life social adversities: the possible role of brain-derived neurotrophic factor. Pediatr. Res. 2019. 85(2): 225–233.Moragrega I., Carmen Carrasco M., Redolat R. Effects of housing and nicotine on shuttle-box avoidance in male NMRI mice. Behav. Brain. Res. 2005. 164 (2): 178–187.Moyaho A., Valencia J. Grooming and yawning trace adjustment to unfamiliar environments in laboratory Sprague-Dawley rats (Rattus norvegicus). J. Comp. Psychology. 2002. 116: 263–269.Mu M.D., Geng H.Y., Rong K.L., Peng R.C., Wang S.T., Geng L.T., Qian Z.M., Yung W.H., Ke Y. A limbic circuitry involved in emotional stress-induced grooming. Nat. Commun. 2020.11(1): 2261.Mumtaz F., Khan M.I., Zubair M., Dehpour A.R. Neurobiology and consequences of social isolation stress in animal model – A comprehensive review. Biomed. Pharmacother. 2018. 105: 1205.Myslivecek J. Social Isolation: How can the effects on the cholinergic system be isolated? Front. Pharmacol. 2021. 12: 716460.Nikolaienko O., Klymenko M., Isaeva E. Consequences of adolescent social isolation on behavior and synaptic plasticity in the dorsal and ventral hippocampus in male Wistar rats. Neurol. Res. 2023. 45(12): 1152–1160.Ohta R., Shirota M., Adachi T., Tohei A., Taya K. Plasma ACTH levels during early, two-way avoidance acquisition in high- and low-avoidance rats (Hatano strains). Behav. Genet. 1999. 29 (2): 137–144.Pisu M.G., Dore R., Mostallino M.C., Mameli R., Cadeddu R., Secci P.P., Serra M. Down-regulation of hippocampal BDNF and Arc associated with improvement in aversive spatial memory performance in socially isolated rats. Behav. Brain. Res. 2011. 222(1): 73–80.Saad N., Raviv D., Mizrachi Zer-Aviv T., Akirav I. Cannabidiol modulates emotional function and brain-derived neurotrophic factor expression in middle-aged female rats exposed to social isolation. Int. J. Mol. Sci. 2023. 24 (20): 15492.Sailer L.L., Patel P.P., Park A.H., Moon J., Hanadari-Levy A., Ophir A.G. Synergistic consequences of early-life social isolation and chronic stress impact coping and neural mechanisms underlying male prairie vole susceptibility and resilience. Front. Behav. Neurosci. 2022. 16: 931549.Sánchez-González A., Oliveras I., Río-Álamos C., Piludu M.A., Gerbolés C., Tapias-Espinosa C., Tobeña A., Aznar S., Fernández-Teruel A. Dissociation between schizophrenia-relevant behavioral profiles and volumetric brain measures after long-lasting social isolation in Roman rats. Neurosci. Res. 2020. 155: 43–55.Santini Z.I., Jose P.E., Cornwell E.Y., Koyanagi A., Nielsen L., Hinrichsen C., Meilstrup C., Madsen K.R. Social disconnectedness, perceived isolation, and symptoms of depression and anxiety among older Americans (NSHAP): a longitudinal mediation analysis. Lancet Public Health. 2020. 5: 62–70.Shirenova S.D., Khlebnikova N.N., Narkevich V.B., Kudrin V.S., Krupina N.A. Nine-month-long social isolation changes the levels of monoamines in the brain structures of rats: a comparative study of neurochemistry and behavior. Neurochem. Res. 2023. 48(6): 1755–1774.Tanaka K., Osako Y., Takahashi K., Hidaka C., Tomita K., Yuri K. Effects of post-weaning social isolation on social behaviors and oxytocinergic activity in male and female rats. Heliyon. 2019. 5(5): e01646.Vazquez-Sanroman D.B., Arlington Wilson G., Bardo M.T. Effects of social isolation on perineuronal nets in the amygdala following a reward omission task in female rats. Mol. Neurobiol. 2021. 58 (1):348–361.Viveros M.P., Hernandez R., Gallego A. Effects of social isolation and crowding upon active-avoidance performance in the rat. Animal Learn. Behav. 1990. 18(1): 90.Walker D.M., Cunningham A.M., Gregory J.K., Nestler E.J. Long-term behavioral effects of post-weaning social isolation in males and females. Front. Behav. Neurosci. 2019. 13: 66.Weiss I.C., Pryce C.R., Jongen-Rêlo A.L., Nanz-Bahr N.I., Feldon J. Effect of social isolation on stress-related behavioural and neuroendocrine state in the rat. Behav. Brain Res. 2004. 152(2): 279–295.Zelikowsky M., Hui M., Karigo T., Choe A., Yang B., Blanco M.R., Beadle K., Gradinaru V., Deverman B.E., Anderson D.J. The neuropeptide Tac2 controls a distributed brain state induced by chronic social isolation stress. Cell. 2018. 173(5): 1265–1279.e19.Zhang C., Kalueff A.V., Song C. Minocycline ameliorates anxiety-related self-grooming behaviors and alters hippocampal neuroinflammation, GABA and serum cholesterol levels in female Sprague-Dawley rats subjected to chronic unpredictable mild stress. Behav. Brain Res. 2019. 363: 109–117.