قياس الدافع الاجتماعي في الفئران عن طريق تكييف هواء فعال
Summary
This article describes a new protocol for the quantitative measurement of social motivation in mice using operant conditioning for a social reward. The protocol is useful for the measurement of social motivation in mouse models of autism and other disorders of social behavior.
Abstract
في هذا البروتوكول، ويتم قياس الدافع الاجتماعي في الفئران عن طريق زوج من النماذج تكييف هواء فعال. لإجراء التجارب، وتم تجهيز صناديق المكوك غرف اثنين مع اثنين من العتلات استثابي (اليسار واليمين) وعاء الطعام في غرفة واحدة، والتي كان مقسما من الغرفة الثانية عن طريق الباب المقصلة الآلي عن شبكة الأسلاك المغطاة. الفئران التحفيز المختلفة، استدارة عبر أيام الاختبار، بمثابة التحفيز الاجتماعي وراء أسلاك الشبكة، وكانت واضحة إلا بعد فتح الباب المقصلة. تم تدريب الفئران اختبار للضغط رافعة من أجل فتح الباب والوصول إلى شريك التحفيز لمدة 15 ثانية. عدد المطابع رافعة المطلوبة للحصول على المكافأة الاجتماعية زيادة تدريجية على جدول زمني محدد 3. جلسات اختبار انتهى بعد توقف الفئران اختبار رافعة الضغط لمدة 5 دقائق متتالية. نسبة عززت الأخيرة أو توقف يمكن استخدامها في قياس كمي لالدافع الاجتماعي. للنموذج الثاني، رتم تدريب الفئران مؤسسة للتمييز بين المطابع رافعة اليسار واليمين من أجل الحصول على أي مكافأة طعام أو المكافأة الاجتماعية. تمت مكافأة الفئران لكل 3 المطابع كل ذراع منها. ويمكن مقارنة عدد من المواد الغذائية والاجتماعية المكافآت كمقياس للقيمة الملقاة على عاتق كل مكافأة. ويمكن أيضا أن نسبة كل نوع المكافأة أن تقارن بين سلالات الفئران ويمكن رصد التغير في هذه النسبة خلال جلسات الاختبار لقياس شبع مع نوع مكافأة معينة. كل من هذه النماذج تكييف هواء فعال هي مفيدة للغاية لتقدير حجم الدافع الاجتماعي في نماذج الفئران من مرض التوحد واضطرابات أخرى من السلوك الاجتماعي.
Introduction
في السنوات الأخيرة، أدى الربط بين العوامل الوراثية والبيئية إلى اضطرابات في السلوك الاجتماعي بما في ذلك اضطراب طيف التوحد، إلى تطوير نماذج الماوس تهدف إلى استكشاف دور هذه العوامل في السلوك الاجتماعي. وقد خلق هذا الطلب على تقنيات جديدة لتوصيف السلوك الاجتماعي في الفئران بما في ذلك قياس كمي لالدافع الاجتماعي 1.
هناك العديد من النماذج الراسخة التي يمكن استخدامها لإثبات الدافع الاجتماعي في الفئران، ولكن؛ أنهم جميعا لديهم قيود شديدة على قدرتها على قياس قوة سلوك دوافع. على سبيل المثال، وشملت بعض من أقرب التقديرات السلوكية ملاحظات بسيطة من التفاعلات الاجتماعية بين اثنين من القوارض التي لم يلتقيا ابدا. وغالبا ما تقاس عدة السلوكيات بما يقترب بعد، استنشاق، والاستمالة، ويمكن أن يوفر مؤشر الدافع الاجتماعي. وأجريت هذه الدراسات في البدايةفي الفئران 2-5، ومن ثم تكييفها لاحقا لاستخدامها في الفئران 6،7. التعود / إزالة التعود نماذج الاعتراف الاجتماعي الذي يتعرض حيوانات التجارب مرارا وتكرارا لنفس التحفيز الحيواني (التعود) ثم تتعرض لحيوان رواية (إزالة التعود) أيضا توفير قياس الدافع الاجتماعي 8. كما تشير التسميات، والحيوانات نموذجية عرض استجابة سلوكية تعود على وجود المتكررة من الحيوانات التحفيز نفسها ولكن سوف تظهر إزالة التعود، أو العودة إلى خط الأساس، عند تعرضها للحيوان الرواية. رد التعود يوضح المرجح انخفاض في الدافع لاختبار الفأرة للتفاعل مع الماوس التحفيز. كما تم استخدام نماذج الاختيار الاجتماعية مما يسمح للماوس اختبار لاختيار بين غرفة فارغة والماوس التحفيز يقتصر على غرفة مختلفة لتقييم الدافع الاجتماعي. يبدأ محاكمة عادة عن طريق وضع اختبار الماوس في غرفة محايدة، مركز. بعض الإصدارات من هذه المهمة تنطوي رethering الماوس حافزا لواحد غرفة 9. A تعديل هذه المهمة توظيف استخدام الضميمة الأسلاك على الفئران التحفيز تجنب الربط الحيوانات التحفيز 10. وفي الآونة الأخيرة، تم تطوير مشروطة مهمة تفضيل مكان الاجتماعية التي تم تكييف الفئران لربط غرف متميزة بصريا مع أي وجود أو عدم وجود شريك الاجتماعي، ثم سمح لاستكشاف غرف فارغة التالية تكييف 11. يعتبر مزيد من الوقت في الغرفة حيث وقعت عمليات التزاوج الاجتماعية سابقا أن يكون مؤشر الدافع الاجتماعي.
كل النماذج المذكورة أعلاه توفر بيانات قيمة تتعلق phenotyping الاجتماعي من الفئران. ومع ذلك، في حين يمكن للمرء أن يلاحظ ما إذا كان الفأر يدل على "رغبة" للحصول على التفاعل الاجتماعي في النماذج المذكورة أعلاه، وقوة هذه "الرغبة"، أي، الدافع الاجتماعي، من الصعب قياس. قوة السلوك دوافع لديهاجرت العادة على قياس في القوارض من خلال خلق السيناريو الذي لديهم للعمل من أجل الوصول إلى مصدر دوافعهم. ينطوي هذا عادة القوارض التدريب في النموذج الإجرائي تشمل المواد الغذائية باعتبارها عاملا محفزا. ومع ذلك، فقد استخدمت هذه الطريقة سابقا للتحقيق الدافع الاجتماعي في الفئران، ولكن إما تنطوي على الوصول إلى الشريك الجنسي للذكور الفئران، أو للإناث، والوصول إلى صغارها الخاصة (إعادة النظر في ماتيوس وآخرون، 2005) 12،13.
قبل تطوير نماذج الدافع الاجتماعي هو موضح أدناه، كان هناك واحد فقط دراسة أخرى أن التحقيق الدافع الاجتماعي خارج الدافع الجنسي باستخدام نموذج هواء فعال مع الفئران 12. في هذه السلسلة من التجارب، تم تدريب الأباعد الفئران وبستر السويسرية الضغط على رافعة من أجل الوصول إلى مناوع من نفس الجنس. في تجربة واحدة، وهو انخفاض كبير الكمون لبدء الاستجابة للوصول إلى الهدف مذكرات تفاهموقد تجلى الإلكترونية في الفئران الموجودة بشكل فردي بالمقارنة مع الفئران يضم مجموعة مما يشير إلى زيادة الحافز إلى السعي للوصول الاجتماعي في هذه الفئران المعزولة اجتماعيا. في تجربة أخرى من تلك الدراسة نفسها، تم إجراء مقارنة بين المياه المالحة وخصم الأوكسيتوسين (atosiban) الفئران التي غرست. ومن المثير للاهتمام، أظهرت الفئران التي غرست المخدرات زيادة كبيرة كمون لبدء الاستجابة للوصول إلى الماوس الهدف مما يشير إلى انخفاض الدافعية للمكافأة الاجتماعية في هذه الفئران.
بينما تمثل هذه التجارب محاولة النبيلة لتحديد الدافع الاجتماعي في الفئران باستخدام تكييف هواء فعال، وكانوا أيضا محدودة للغاية، وتحسنت كثيرا على استخدام الأساليب المذكورة أدناه. على سبيل المثال، عيب أساسي واضح في التجربة الأولى المذكورة أعلاه (تجربة 2 من الدراسة الفعلية) واستخدام الباحثين فقط 2 الفئران الهدف تناوبت عبر أيام الاختبار. وقد أظهرت الأبحاث السابقة أن الاعتراف الاجتماعي في مجموعة تسكينهميمكن أن الفئران تستمر لمدة 7 أيام على الأقل مما أدى إلى انخفاض التحقيق الاجتماعي مع التعرض المتكرر لنفس الهدف 14. ومع ذلك، الاعتراف الاجتماعي في الفئران يضم بشكل فردي والفئران تبدد ضمن 1-2 ساعة بحيث تبقى فترات التحقيق الاجتماعي عند مستويات خط الأساس إذا كان التعرض المتكرر لنفس الهدف هو على الأقل 2 ساعة بعد التعرض الأولي 15-17. الكمون تقليل من الفئران الموجودة بشكل فردي لبدء الاستجابة للوصول الاجتماعي ورد في ماتيوس وآخرون التجربة قد يكون نتيجة لعدم الاعتراف الاجتماعي من الفئران الهدف عبر أيام الاختبار 12. يتم التحكم في هذا الخلط المحتمل لفي الطرق التالية باستخدام الماوس الهدف رواية في كل يوم الاختبار. أيضا، في كلا التجربتين من الدراسة ماتيوس وآخرون المذكورة أعلاه، لم ترد تقارير عن الاختلافات في عدد من المطابع رافعة قدم بين المجموعات. فمن الممكن أن تحدث فرقا في مجموع المطابع رافعة يمكن أن يكونالكشف عن EN إذا استخدمت الباحثون نسبة متزايدة من الردود على مكافأة المستخدمة في تصميم أبحاثنا هو مبين أدناه. بالإضافة إلى ذلك، تمت السيطرة الوصول إلى الهدف الماوس يدويا من قبل المجرب، من خلال رفع فوق المربع الذي غطى الهدف. استخدام باب المقصلة التي تسيطر عليها تلقائيا، من أجل الوصول إلى الهدف الماوس يلغي إمكانية قطعة أثرية يرجع ذلك إلى وجود المجرب. في الواقع، من أجل أتمتة كاملة الدافع الاجتماعي نماذج استثابي، تم تخصيص المعدات البحثية كما هو موضح أدناه.
Protocol
Representative Results
Discussion
النماذج الدافع الاجتماعي استثابي الموضحة في هذه المقالة هي أدوات قوية لتوصيف السلوك الاجتماعي في نماذج الفئران من الأمراض التي تصيب البشر. بدلا من السماح ماوس اختبار لاختيار سلبية لقاء اجتماعي، هذه النماذج تتطلب جهدا من اختبار الماوس من أجل الحصول على المكافأة الاجتماعية. مقدار الجهد الذي ماوس الاختبار هو على استعداد لإنتاج الحصول على مكافأة الاجتماعية يوفر مقياس كمي الدافع الاجتماعي. وعلاوة على ذلك، من خلال نموذج المقارنة التكافؤ، ويمكن مقارنة سلوك دوافع عبر أنواع مختلفة مكافأة. كل من هذه النماذج استثابي يمكن استخدامها لتقييم الدوافع الجنسية والوالدين وكذلك من خلال تقديم الحوافز المناسبة على الجانب الآخر من الباب المقصلة.
تطوير هذه النماذج الدافع الاجتماعية تشارك في استكشاف الأخطاء وإصلاحها العديد من المتغيرات الرئيسية. على سبيل المثال، من خلال الدراسات الرائدة في مقدار الوقت الذي المكافأة ط الاجتماعيق قدم وخفضت من 30 ثانية إلى 15 ثانية. في حين أن هذا الوقت هو كاف لالتفاعلات الاجتماعية بين الاختبار والتحفيز الفئران، والبحث في المستقبل قد تحسين مقدار الوقت للحصول على المكافأة الاجتماعية. وبالمثل، تم تخفيض نسبة متزايدة من المطابع رافعة لالمكافآت الاجتماعية من سعر الصرف الثابت من 5-3 استنادا إلى البحوث التجريبية.
عدد الأيام اللازمة للوصول إلى رافعة مقارب الضغط السلوك قيمت في البداية من خلال 30 أيام من جلسات اختبار اليومية. تقرر أن معظم الفئران تصل إلى الخط المقارب في 7 أيام حتى تم تخفيض عدد جلسات الاختبار إلى 20. الأداء اليومي لا تتقلب ولكن، حتى بلغ متوسطها البيانات عبر الأيام ال 10 الماضية يضمن أداء مقارب مع توفير أفضل مؤشر للأداء متوسط صحيح من أيام الاختبار أقل. يجب على الباحثين مراقبة البيانات لضمان أن يتم التوصل إلى أداء مقارب في غضون 10 أيام الاختبار أو تعديل بروتوكول الضرورة.
هيئة تنظيم الاتصالاتخفضت جلسات ining أيضا من 1 ساعة إلى 30 دقيقة. عدد من الدورات التدريبية المطلوبة لا تعتمد على سلالة من الماوس وبعض الفئران قد يعين بشكل تعسفي كما nonlearners بعد عدد محدد من الدورات التدريبية (18). يوفر عدد الأيام التدريبية اللازمة للوصول إلى معيار للتقدم لاختبار نموذج مؤشر آخر من الدافع الاجتماعي وبالتالي فهو يستحق التتبع. قد يرغب الباحثون أيضا إلى تجربة مع مختلف الخيارات مكافأة الغذاء للنموذج مقارنة التكافؤ. ومع ذلك، فمن المهم أن الفئران اختبار يتم تدريب في البداية باستخدام المكافأة الاجتماعية بحتة ومن ثم اختبارها في الدافع النموذج الاجتماعي قبل البدء في نموذج المقارنة التكافؤ.
هذه النماذج الدافع الاجتماعي استثابي يمكن تعديلها وتحسينها من خلال قياس متغيرات إضافية من تلك المشار إليها في البروتوكول أعلاه. على سبيل المثال، يمكن تتبع موقع كل الماوس في مخدعه منها باستخدام مكعبالبرمجيات التجارية المتاحة rrently. بالإضافة إلى ذلك، سلوكيات معينة بما في ذلك الأنف إلى الأنف أو الاتصال الالفاظ بالموجات فوق الصوتية يمكن أن سجل خلال التفاعلات الاجتماعية. الباحثون قد يعزز التجربة مع إجراء تعديلات على النسب المستخدمة في الدافع النموذج الاجتماعي أو مع التجارب التي تنطوي على عدم وجود شريك الاجتماعي أو حتى المقارنات التي تنطوي على المنبهات الأخرى وراء الباب المقصلة مثل شريط فيديو لمناوع أو حتى دمية. لنموذج مقارنة التكافؤ وتحليل ديناميات الاختيار عبر المحاكمات يمكن أن توفر مزيد من المعلومات حول التحولات في الدافع بسبب شبع لنوع معين مكافأة 18.
بينما توفر هذه النماذج الدافع الاجتماعية استثابي أداة تشتد الحاجة إليها لقياس الدافع الاجتماعي في الفئران، لديهم بعض القيود. أولا، هذه النماذج تتطلب الفئران لديها القدرة المعرفية لجعل الجمعيات تعلمت بين رافعة الملحة والمكافأة الاجتماعية. نماذج الماوس معينة قدلديها عجز في القدرات المعرفية والاجتماعية على حد سواء مما يجعل من الصعب تقييم الدافع الاجتماعي باستخدام هذه النماذج. ثانيا، طبيعة اللقاء الاجتماعي محدودة كما يسمح للفئران فقط للتفاعل عبر شبكة الأسلاك. ومع ذلك، الفئران لا تزال قادرة على الانخراط بنجاح في العديد من السلوكيات الاجتماعية التقليدية، وعلى الأخص، الأنف إلى الأنف التحقيقات. واحد الحد النهائي من هذه الأساليب هو أن تكون كثيفة العمالة وتحتاج إلى الكثير من الوقت على الانتهاء. يتطلب التدريب والاختبار من خلال كل النماذج ما لا يقل عن شهرين من الجلسات اليومية. بعض الفئران قد يستغرق وقتا أطول لتعلم الجمعية الملحة ذراع تمتد على العدد المطلوب من الدورات. في حين أن النماذج بالتأكيد لا تصنف ضمن تقنيات عالية الإنتاجية، والبيانات التي تولد قيمة للغاية ويستحق الاستثمار العمالة اللازمة. ومع ذلك، من أجل توفير توصيف أكمل السلوك الاجتماعي للنموذج الفأر معين، فمن المستحسن أن هذه النماذج تكون لناإد بالتزامن مع الطرق الأخرى المتبعة في قياس السلوك الاجتماعي في الفئران.
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
نشكر مجلس أبحاث الكلية في جامعة أزوسا المحيط الهادئ لدعم المنح. كما نشكر اشلي شنايدر، مايكل جريج، وهانا عينة للحصول على الدعم التقني.
Materials
| Modular Shuttle Box | Med Associates Inc. | ENV-010MC | |
| Auto-Guillotine Door | Med Associates Inc. | ENV-010B | |
| Mouse Levers | Med Associates Inc. | ENV-3010M | |
| Liquid Dipper with Food Receptacle | Med Associates Inc. | ENV-202M-S | |
| Eight-Channel I/R Controller | Med Associates Inc. | ENV-253C | |
| Melamine Sound-Attenuating Cubicle | Med Associates Inc. | ENV-016MD | |
| MED-PC IV Software Program | Med Associates Inc. | MED-PC IV | |
| Microsoft Lifecam Camera | Microsoft | ||
| Wire Grid | Wire grids can be purchases from a hardward store. We cut wire grids from stainless steel mouse cage tops. | ||
| 70% Ethyl Alcohol | Used to clean shuttle boxes between mice. Specific brand is unnecessary. | ||
| Evaportated Milk | Carnation | 0.02 mL combined with 0.2% sucrose. We always purchase the same brand for better consistency. | |
| Sucrose | Any brand of pure granular sugar will due as it is dissolved in the evaporated milk. |
References
- Silverman, J. L., Yang, M., Lord, C., Crawley, J. N. Behavioural phenotyping assays for mouse models of autism. Nat Rev Neurosci. 11, 490-502 (2010).
- File, S. E. The use of social interaction as a method for detecting anxiolytic activity of chlordiazepoxide-like drugs. J Neurosci Methods. 2, 219-238 (1980).
- File, S. E. Animal models for predicting clinical efficacy of anxiolytic drugs: social behaviour. Neuropsychobiology. 13, 55-62 (1985).
- File, S. E. Anxiolytic action of a neurokinin1 receptor antagonist in the social interaction test. Pharmacol Biochem Behav. 58, 747-752 (1997).
- File, S. E., Hyde, J. R. Can social interaction be used to measure anxiety. Br J Pharmacol. 62, 19-24 (1978).
- Winslow, J. T. Mouse social recognition and preference. Curr Protoc Neurosci. 8, Unit 8 16 (2003).
- Angelis, L., File, S. E. Acute and chronic effects of three benzodiazepines in the social interaction anxiety test in mice. Psychopharmacology (Berl). 64, 127-129 (1979).
- Gheusi, G., Bluthe, R. M., Goodall, G., Dantzer, R. Ethological study of the effects of tetrahydroaminoacridine (THA) on social recognition in rats. Psychopharmacology (Berl). 114, 644-650 (1994).
- Carter, C. S., DeVries, A. C., Getz, L. L. Physiological substrates of mammalian monogamy: the prairie vole model). Neurosci Biobehav Rev. 19, 303-314 (1995).
- Moy, S. S., et al. Sociability and preference for social novelty in five inbred strains: an approach to assess autistic-like behavior in mice. Genes Brain Behav. 3, 287-302 (2004).
- Pearson, B. L., et al. Absence of social conditioned place preference in BTBR T+tf/J mice: relevance for social motivation testing in rodent models of autism. Behav Brain Res. 233, 99-104 (2012).
- Matthews, T. J., Abdelbaky, P., Pfaff, D. W. Social and sexual motivation in the mouse. Behav Neurosci. 119, 1628-1639 (2005).
- Lee, A., Clancy, S., Fleming, A. S. Mother rats bar-press for pups: effects of lesions of the mpoa and limbic sites on maternal behavior and operant responding for pup-reinforcement. Behav Brain Res. 108, 215-231 (2000).
- Kogan, J. H., Frankland, P. W., Silva, A. J. Long-term memory underlying hippocampus-dependent social recognition in mice. Hippocampus. 10, 47-56 (2000).
- Sekiguchi, R., Wolterink, G., van Ree, J. M. Short duration of retroactive facilitation of social recognition in rats. Physiol Behav. 50, 1253-1256 (1991).
- Bluthe, R. M., Gheusi, G., Dantzer, R. Gonadal steroids influence the involvement of arginine vasopressin in social recognition in mice. Psychoneuroendocrinology. 18, 323-335 (1993).
- Thor, D. H., Holloway, W. R. Anosmia and play fighting behavior in prepubescent male and female rats. Physiol Behav. 29, 281-285 (1982).
- Martin, L., Sample, H., Gregg, M., Wood, C. Validation of operant social motivation paradigms using BTBR T+tf/J and C57BL/6J inbred mouse strains. Brain Behav. 4, 754-764 (2014).
