新冠疫情期間社交隔離導致的孤獨感達到了嚴重水平，研究表明，近70%的人經歷了嚴重的痛苦。盡管孤獨感常常被低估，但社交聯系對人類非常重要。事實上，社交隔離會嚴重擾亂神經通路，改變大腦功能，影響壓力反應、學習和記憶能力。這些干擾也會對身心健康產生深遠的影響，增加患癡呆、中風、抑郁、焦慮、心血管疾病甚至過早死亡的風險。
新的研究表明，這些變化的潛在機制包括前額葉皮層和杏仁核之間的連接性降低，以及皮質醇周期失調。然而，隔離的影響因人而異，許多人表現出非凡的適應力。本研究旨在探討社會隔離對中年Sprague-Dawley (SD)和Wistar (WIS)大鼠記憶、學習和行為變化的影響，并檢測大腦微量元素水平，以探究這些因素與觀察到的社會隔離行為反應之間的潛在相關性。
在本研究中，Zilkha等人使用動物運動軌跡跟蹤系統(EthoVision XT)比較了 Sprague-Dawley (SD) 大鼠和 Wistar 大鼠在 Morris 水迷宮和強迫游泳測試中對社交隔離的行為反應。他們的研究結果揭示了遺傳因素、大腦微量元素譜與壓力適應力之間的相關性，并為理解適應力背后的神經生物學機制提供了重要見解。
將14月齡雄性大鼠分為四組：CONT-SD組、ISO-SD組、CONT-WIS組、ISO-WIS組（對照組分別命名 CONT-WIS和 CONT-SD，隔離組分別命名ISO-WIS和 ISO-SD）。不同品系大鼠特性不同：
SD大鼠：以認知敏捷性著稱，但對壓力高度敏感
Wistar大鼠：通常更焦慮，但可能更能適應隔離依賴性壓力
SD大鼠和Wistar大鼠在行為、壓力反應以及對神經和生理疾病的易感性方面表現出差異。這些基因差異對于幫助研究人員了解生物學差異如何影響個體應對壓力的能力非常重要。
所有大鼠均飼養在受控且豐富的環境中。隔離組大鼠單獨飼養，對照組大鼠則以3至4只為一組飼養。隔離期結束后，研究人員進行了包括Morris水迷宮和Porsolt強迫游泳測試在內的行為測試，使用EthoVision XT追蹤大鼠軌跡和行為。并通過ICP-MS分析了皮質組織，以評估微量元素的變化。
Morris水迷宮
研究數據顯示，所有大鼠均表現出完整的學習和記憶能力，無論是否處于隔離或應激狀態。在ISO-WIS和ISO-SD之間，以及在 CONT-SD 和 ISO-SD 之間，游動距離和速度存在統計學差異（圖1）。與隔離的Wistar大鼠和對照組（非隔離的 SD 大鼠）相比，隔離的SD大鼠游得更遠，速度也更快。研究者認為，游泳速度和距離的增加可能反映了焦慮引起的多動癥或與壓力增加相關的混亂的搜索策略。雖然處于隔離狀態，Wistar大鼠在Morris水迷宮中的表現沒有差異。
Porsolt強迫游泳測試
在1、2、3、4和5分鐘時，各組動物的靜止時間存在顯著差異。與對照組SD大鼠相比，隔離SD大鼠在5分鐘內靜止不動的時間也有顯著差異（圖2），明顯更長，這是抑郁癥的指標。Wistar大鼠在基線時表現出的靜止不動時間明顯多于SD大鼠，表明其先天性焦慮水平更高。然而，隔離對Wistar大鼠的行為幾乎沒有影響，表明其對與社交隔離相關的壓力具有較強的適應力。這些結果凸顯了EthoVision XT自動追蹤技術能夠檢測不同品系大鼠在應對社交隔離和壓力時的特定差異。通過避免人為偏差并捕捉行為的細微差異，EthoVision XT使研究人員能夠觀察到不同遺傳背景下不同的行為表型。
本研究主要探究了微量元素水平、品系大鼠對社會隔離的反應以及隨后對抑郁行為和記憶功能影響之間的潛在關聯。研究結果揭示了兩種接受社會隔離的大鼠品系之間以及腦中微量元素水平的差異。
在學習與記憶方面，兩種品系大鼠均未因隔離而出現學習和記憶受損。
在行為應激反應方面，與未隔離的對照組SD大鼠和兩組Wistar大鼠相比，隔離的SD大鼠執行導航任務的效率較低。社交隔離的Wistar大鼠未表現出顯著變化。
在抑郁與焦慮方面，隔離后，SD大鼠在游泳任務中表現出更多的靜止不動，這與抑郁癥的表現一致。而Wistar大鼠與SD大鼠相比表現出更高的靜止不動性，這是先天性焦慮的表現。
在腦中微量元素方面，隔離的SD大鼠皮質鈷和銅含量升高，銫含量降低，這突顯了應激反應增強可能存在的生化基礎。在Wistar大鼠中，較低的鋅水平與較高的基線焦慮水平相關。
這些發現表明，對社交隔離的適應力不僅取決于遺傳和環境的相互作用，而且實際上具有可測量的生物學成分。
本研究結果表明，該研究強調了不同品系對隔離的特異性反應，深入探討了微量元素的神經行為效應，并為理解社會隔離大鼠的行為后果提供了寶貴的信息。在隔離適應性強的Wistar品系和應激易感的SD品系中觀察到的微量元素譜差異表明，遺傳和環境因素可能相互作用，影響我們的生物化學和對壓力的反應。
通過結合行為分析和神經化學分析，研究人員不僅可以客觀地測量壓力反應，還可以揭示改善心理健康的新策略。從識別相應微量元素生物標志物，到開發有針對性的飲食和治療干預措施，這些結果為未來的研究提供了更多可能。
Yavuz, M. et al. (2024).Relationships between trace elements and cognitive and depressive behaviors in sprague dawley and wistar albino rats. Front. Pharmacol. 15, 1367469 .
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