Optogenetic modulation of corticoestriatal activity for the regulation of social dominance

Abstract

Social hierarchies can be understood as a form of dominance, essential for animal species that live under communal systems, allowing the allocation of resources and assignment of responsibilities according to skill set, while also increasing social motivation and maximizing the group’s survival odds. Studying social hierarchies in a laboratory setting normally resorts to rodents, which naturally possess a distinct set of dominance behaviors. Laboratory mice, grown and cohabiting within the constraints of their home-cages, establish a social hierarchy according to a dominance rank. The tube test paradigm, where mice are paired in a round-robin manner to induce non-aggressive disputes of social dominance, is particularly accurate in reflecting dominance rank and strongly correlates with other social dominance behaviors. As we gain more knowledge on the neural mechanisms behind the regulation social hierarchy behaviors, the pre-frontal cortex (PFC) is proposed as a major player in the processing of most relevant information and exerting top-down control over behavior. Another brain region of interest is the ventral striatum, which has also been described as being involved in social hierarchy processing and in the motivational and effort-based aspects of behavior. Importantly, cortical projections between the mPFC (medial pre-frontal cortex) and Nucleus Accumbens (NAcc; belonging to the ventral striatum) have been widely described to guide murine behavior during non-social and, more recently, during social contexts as well. Optogenetics may enable the modulation of this neural circuit and help elucidate the function of the cortical projections between the mPFC and NAcc.

A formação de uma hierarquia social pode ser vista como uma manifestação de dominância e é essencial para o correcto funcionamento de espécies animais que vivem em comunidade. Permitem alocar recursos e distribuir responsabilidades entre os elementos constituintes de forma eficaz, aumentar os indices de motivação e maximizar a probabilidade de sobrevivência. O estudo deste fenómeno é feito, por norma, usando espécies roedoras, que manifestam um distinto leque de comportamentos de dominância social na Natureza. Ratinhos de laboratório são mantidos em gaiolas, onde crescem e cohabitam em espaço partilhado, formando uma hierarquia social estável desde cedo. O designado “Tube Test”, que consiste em colocar dois indivíduos em cada uma das pontas de um tubo apertado, de modo a induzir disputas não agressivas, revela-se bastante eficaz no evidenciar de relações de dominância entre um determinado grupo de ratinhos de laboratório.Estudos sobre os mecanismos neuronais por detrás das hierarquias sociais implicaram o cortéx pré-frontal medial (mPFC) como principal centro cerebral responsável pelo processamento de informação e manisfestação comportamental. Outra região, o estriado ventral, está também descrito como reunindo funções no processamento de hierarquias sociais, assim como em aspetos comportamentais ligados à motivação e esforço. Estas duas regiões connectam via projeções neuronais que ligam o mPFC ao nucleus accumbens (NAcc), que se encontra na região mais ventral do estriado. Também já se encontra descrito que estas projeções determinam o comportamento de ratinhos, tanto em contextos não-sociais como sociais. A optogenética é uma técnica que possibilita a modelação da actividade de circuitos neuronais, podendo ajudar a elucidar o papel das projeções corticais que ligam o mPFC ao Nacc.