Summary The canonical framework for testing pain and mechanical sensitivity in rodents is manual delivery of stimuli to the paw. However, this approach can produce variability in results, requires significant training, and is ergonomically unfavorable to the experimenter. To circumvent limitations in manual delivery of stimuli, we have created a device called the ARM ( A utomated R eproducible M echano-stimulator). Built using a series of linear stages, cameras, and stimulus holders, the ARM is more accurate at hitting the desired target, delivers stimuli faster, and decreases variability in delivery of von Frey hair filaments. We demonstrate that the ARM can be combined with traditional measurements of pain behavior and automated machine-learning based pipelines. Importantly, the ARM enables remote testing of mice with experimenters outside the testing room. Using remote testing, we found that mice appeared to habituate more quickly when an experimenter was not present and experimenter presence leads to significant sex-dependent differences in withdrawal behavior. Lastly, to demonstrate the utility of the ARM for neural circuit dissection of pain mechanisms, we combined the ARM with cellular-resolved microendoscopy in the amygdala, linking stimulus, behavior, and brain activity of amygdalar neurons that encode negative pain states. Taken together, the ARM improves speed, accuracy, and robustness of mechanical pain assays and can be combined with automated pain detection systems and brain recordings to map pain sensation and affect.

A growing body of preclinical studies report that preconceptional experiences can have a profound and long-lasting impact on adult offspring behavior and physiology. However, less is known about paternal drug exposure and its effects on reward sensitivity in the next generation.Adult male rats self-administered morphine for 65 days; controls received saline. Sires were bred to drug-naïve dams to produce first-generation (F1) offspring. Morphine, cocaine, and nicotine self-administration were measured in adult F1 progeny. Molecular correlates of addiction-like behaviors were measured in reward-related brain regions of drug naïve F1 offspring.Male, but not female offspring produced by morphine-exposed sires exhibited dose-dependent increased morphine self-administration and increased motivation to earn morphine infusions under a progressive ratio schedule of reinforcement. This phenotype was drug-specific as self-administration of cocaine, nicotine, and sucrose were not altered by paternal morphine history. The male offspring of morphine-exposed sires also had increased expression of mu-opioid receptors in the ventral tegmental area but not in the nucleus accumbens.Paternal morphine exposure increased morphine addiction-like behavioral vulnerability in male but not female progeny. This phenotype is likely driven by long-lasting neural adaptations within the reward neural brain pathways.

Summary The East African naked mole-rat ( Heterocephalus glaber ) lives in large and extremely cooperative subterranean colonies. However, both the biology that drives their social interactions and the behaviors that define their social hierarchy are poorly understood. Here, we study the spontaneous solitary and social behaviors of naked mole-rats using automated animal tracking coupled with unbiased behavior discovery and experimenter-determined behavior quantification. With this approach, we find that reproductive and non-reproductive castes engage in distinct spontaneous behaviors. Further, the relative usage frequencies of a specific animal’s spontaneous behavior can be used to estimate its rank in the colony’s dominance hierarchy. Strikingly, we discovered that face touch is a prominent form of social interaction—naked mole-rats actively engage in face-to-face contact hundreds of times in a single 10-minute social pairing. We speculate that face-to-face contact might be related to social recognition, as we observe it performed during interactions in which naked mole-rats need to identify each other. Lastly, to demonstrate the specific importance of face-to-face contact, we show that social housing conditions lead to widespread activation of the mechanosensory ion channel Piezo2 in neurons that innervate the face, but not the rest of the body. Together, these findings support the importance of both caste and rank for the organization of spontaneous behavior in naked mole-rats, and they show that face-to-face contact is a prominent social behavior in these animals.

Abstract Parental exposure to drugs of abuse such as opioids can have profound and long-lasting effects on reward processing and drug sensitivity across generations. However, little is known about the impact of long-term paternal exposure to morphine on offspring sensitivity to morphine-derived antinociception during painful experiences. To address this question, we constructed a rat pain scale at millisecond timescales to measure mechanical nociception in a multigenerational morphine exposure paradigm. Surprisingly, while developing the pain scale, we found that von Frey hair filaments (VFHs), the most common stimuli used in pain research, are not painful to rats and morphine did not change the touch-like responses elicited by VFHs. We next deployed this novel pain scale to determine whether chronic morphine exposure in sires impacted pain sensitivity in the next generation. Offspring produced from a cross of morphine-treated sires and drug-naïve dams, did not show any baseline changes in sensitivity to mechanical nociception. However, morphine-sired male progeny displayed a higher sensitivity to the antinociceptive properties of morphine, as measured by our pain scale. These findings demonstrate that long-term paternal exposure to morphine increases sensitivity to morphine-derived analgesia in the subsequent generation.