Quantifizierung Social Motivation in Mäuse mit Operante Konditionierung
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
In diesem Protokoll wird soziale Motivation bei Mäusen durch ein Paar von operante Konditionierung Paradigmen gemessen. Die Versuche durchzuführen, wurden zwei Kammern Schützenkästen mit zwei operant Hebel (links und rechts) und ein Lebensmittelbehälter in einer Kammer, die dann aus der zweiten Kammer durch ein automatisiertes Falltür von einem Drahtgitter abgedeckt geteilt war ausgestattet. Verschiedene Konjunktur Mäusen, gedreht über Testtage, diente als soziale Reiz hinter dem Drahtgitter, und waren nur sichtbar nach dem Öffnen der Falltür. Test-Mäuse wurden, um den Hebel drücken, um die Tür zu öffnen und Zugriff auf den Reiz Partner für 15 sec ausgebildet. Die Anzahl der erforderlichen, die soziale Belohnung zu erhalten Hebelpressen schrittweise nach einem festen Zeitplan der 3. Prüfung Sitzungen erhöht endete nach Testmäuse gestoppt Hebel drücken an 5 aufeinander folgenden Minuten. Die letzte verstärkt Verhältnis oder Haltepunkt kann als quantitatives Maß der sozialen Motivation verwendet werden. Bereits zum zweiten Paradigma, test-Mäuse wurden trainiert, zwischen linken und rechten Hebel drückt, um entweder ein Lebensmittel Belohnung oder die soziale Belohnung zu erhalten diskriminieren. Die Mäuse wurden alle 3 Pressen jedes jeweiligen Hebel belohnt. Die Zahl der Lebensmittel und soziale Belohnungen können als Maß für den Wert bei jeder Lohn gebracht verglichen werden. Das Verhältnis jeder Belohnung Typ kann auch zwischen Mausstämme verglichen werden, und die Änderung in diesem Verhältnis kann in Testsitzungen überwacht werden, um Übersättigung mit einem gegebenen Belohnung Typ zu messen. Beide operante Konditionierung Paradigmen sind sehr nützlich für die Quantifizierung von sozialen Motivation in Mausmodellen von Autismus und andere Störungen des Sozialverhaltens.
Introduction
In den letzten Jahren hat sich die Verknüpfung von genetischen und Umweltfaktoren, um Störungen des Sozialverhaltens, einschließlich Asperger-Syndrom, zur Entwicklung der Mausmodelle entwickelt, um die Rolle dieser Faktoren im Sozialverhalten zu erforschen geführt. Dies hat eine Nachfrage nach neuen Techniken für die Charakterisierung des sozialen Verhaltens bei Mäusen, die eine quantitative Messung der sozialen Motivation 1 erstellt.
Es gibt mehrere etablierte Paradigmen, die verwendet werden können, um soziale Motivation bei Mäusen zeigen jedoch, sie haben alle schwerwiegende Einschränkungen auf ihrer Fähigkeit, die Festigkeit der motivierten Verhalten quantifizieren. Zum Beispiel einige der frühesten Verhaltens Bewertungen einbezogen einfache Beobachtungen der sozialen Interaktionen zwischen zwei Nagetiere, die noch nie getroffen haben. Mehrere Verhaltensweisen einschließlich nähert, folgende, Schnupfen und Pflege sind oft gemessen und kann einen Index der sozialen Motivation. Diese Untersuchungen wurden ursprünglich durchgeführt,bei Ratten 2-5, und dann später für den Einsatz bei Mäusen 6,7 angepasst. Habituation / Dishabituation gesellschaftliche Anerkennung Paradigmen, in dem das Versuchstier wird immer wieder auf den gleichen Reiz Tier (Gewöhnung) und dann ein neues Tier (Entwöhnung) ausgesetzt auch eine Messung der sozialen Motivation 8. Da die Etiketten vorschlagen werden typische Tiere gewöhnt Verhaltens eine Reaktion auf die wiederholten Vorhandensein der gleichen Reiz Tiere zeigen aber Entwöhnung oder eine Rückkehr zur Grundlinie zu demonstrieren, wenn sie auf die neuen Tier ausgesetzt. Die Gewöhnung Reaktion zeigt wahrscheinlich einen Rückgang der Motivation des Test Maus, um mit dem Reiz der Maus zu interagieren. Social Wahl Paradigmen so ein Test Maus, um zwischen einer leeren Kammer und einen Reiz der Maus an eine andere Kammer beschränkt zu wählen sind auch verwendet worden, um soziale Motivation zu bewerten. Ein Versuch beginnt typischerweise, indem Sie den Test Maus in einer neutralen, Mittelkammer. Einige Versionen von dieser Aufgabe beteiligen tethering den Reiz der Maus, um eine Kammer 9. Eine Modifikation dieser Aufgabe beschäftigt die Verwendung einer Drahtgehäuse über die Konjunktur Mäusen Vermeidung Anbindehaltung von Tieren Stimulus 10. In jüngerer Zeit wurde ein Sozial konditionierten Platzpräferenz Aufgabe entwickelt, in denen Mäuse wurden konditioniert, visuell unterschiedlich Kammern entweder mit der Anwesenheit oder Abwesenheit der Sozialpartner, und dann ließ man die leeren Kammern zu erkunden folgenden Anlage 11 zu verknüpfen. Mehr Zeit in die Kammer verbracht, wo soziale Paarungen zuvor aufgetreten ist, als ein Index der sozialen Motivation.
Alle der oben Paradigmen wertvolle Daten zur sozialen Phänotypisierung von Mäusen verwandt. , Während man beobachtet, ob eine Maus zeigt eine "Wunsch", um die soziale Interaktion in den obigen Paradigmen suchen, ist die Stärke dieser "Wunsch", dh., Soziale Motivation, schwer zu messen. Die Stärke motiviertes Verhalten hattraditionell in Nagetieren durch Erzeugen eines Szenarios, in dem sie um den Zugang zu der Quelle ihre Motivation gewinnen arbeiten gemessen. Dies beinhaltet gewöhnlich Ausbildung Nagetiere in einer operante Paradigma mit Lebensmitteln als Motivationsfaktor. Allerdings hat diese Methode bereits eingesetzt worden, um soziale Motivation bei Ratten, aber so oder mit Zugang zu einem Sex-Partner für männliche Ratten oder, für Frauen, Zugang zu ihren eigenen Welpen 12,13 (in Matthews et al., 2005 überprüft) zu untersuchen.
Vor der Entwicklung der nachfolgend beschriebenen sozialen Motivation Paradigmen, gab es nur eine andere Studie, dass soziale Motivation außerhalb der sexuellen Motivation untersucht unter Verwendung eines operant Paradigma mit Mäusen 12. In dieser Reihe von Experimenten wurden outbred Swiss Webster Mäuse trainiert, einen Hebel, um den Zugang zu einer gleichgeschlechtlichen conspecific gewinnen drücken. In einem Experiment wurde eine deutlich reduzierte Latenz reagiert zum Zugriff auf das Ziel mous zu beginnene wurde in individuell untergebracht Mäusen im Vergleich zu Gruppenhaltung Mäuse darauf hindeutet, erhöhte Motivation, soziale Zugang in diesen sozial isoliert Mäuse suchen demonstriert. In einem weiteren Versuch des gleichen Studie wurde ein Vergleich zwischen Kochsalzlösung und Oxytocin-Antagonisten (Atosiban) infundierten Mäusen vorgenommen. Interessanterweise zeigte der Wirkstoff-infundierten Mäusen eine deutlich erhöhte Latenz reagiert zum Zugriff auf den Ziel-Maus vermutlich reduziert Motivation für eine soziale Belohnung in diesen Mäusen zu beginnen.
Während diese Experimente stellen einen edlen Versuch, soziale Motivation bei Mäusen zu quantifizieren Verwendung operante Konditionierung, sie waren auch sehr begrenzt und werden stark von unter Verwendung der unten beschriebenen Verfahren verbessert. Zum Beispiel, wie oben beschrieben eine scheinbare fundamentalen Fehler in dem ersten Experiment (Experiment 2 der Ist-Studie) wurde die Verwendung von nur 2 Ziel Mäusen über Testtage wechselten die Forscher. Zurück Forschung hat gezeigt, dass die gesellschaftliche Anerkennung in GruppenhaltungMäuse können für mindestens 7 Tage, was zu reduzierten sozialen Untersuchung wiederholte Exposition an die gleiche Ziel 14 dauern. , Soziale Anerkennung in individuell untergebracht Ratten und Mäusen leitet jedoch in 1 – 2 h, so dass soziale Untersuchungsdauer bleiben die Ausgangswerte, wenn eine wiederholte Exposition gegenüber dem gleichen Ziel ist mindestens 2 Stunden nach der ersten Exposition 15-17. Die reduzierte Latenz von individuell untergebracht Mäusen zu beginnen reagiert sozialen Zugang im Matthews berichtet, et al. Experiment war vielleicht eine Folge der Mangel an sozialer Anerkennung der Ziel Mäusen über 12 Testtage haben. Dieses Potenzial verwechseln wird in den folgenden Methoden durch die Verwendung eines neuartigen Ziel Maus auf jedem Testtag gesteuert. Auch in beiden Experimenten vom Matthews et al. Studie oben beschrieben, gab es keine Berichte über Unterschiede in der Gesamtzahl der Hebelpressen zwischen Gruppen. Es ist möglich, dass eine Differenz der Gesamthebelpressen Verfügung zu habenen erkannt, wenn die Forscher verwendeten eine progressiv zunehmende Verhältnis der Antworten zu belohnen, wie in unserem Forschungsdesign unten beschrieben verwendet. Darüber hinaus Zugriff auf das Ziel Maus wurde manuell durch den Experimentator durch Anheben einer Schachtel, die den Ziel abgedeckt gesteuert. Die Verwendung eines automatisch gesteuerten Falltür für den Zugang zum Ziel Maus beseitigt die Möglichkeit von Artefakten aufgrund der Anwesenheit des Experimentators. In der Tat, um vollständig zu automatisieren, die soziale Motivation operante Paradigma wurde die Forschungsausrüstung angepasst wie unten beschrieben.
Protocol
Representative Results
Discussion
Die in diesem Artikel beschriebenen operante soziale Motivation Paradigmen sind leistungsfähige Werkzeuge für die Charakterisierung des Sozialverhaltens in Mausmodellen menschlicher Erkrankungen. Anstatt ermöglichen eine Prüfung der Maus passiv wählen Sie eine soziale Begegnung, diese Paradigmen erfordern Aufwand aus dem Test der Maus, um eine soziale Belohnung zu erhalten. Der Aufwand, der ein Test-Maus ist bereit, zu produzieren, um die soziale Belohnung zu erhalten, bietet ein quantitatives Maß der sozialen Motivation. Darüber hinaus wird durch die Wertigkeit Vergleich Paradigma, motiviert Verhalten kann auf verschiedene Arten Belohnung verglichen werden. Beide operant Paradigmen können zur sexuellen und Eltern Motivationen sowie indem die geeigneten Stimulus auf der gegenüberliegenden Seite des Falltür zu beurteilen.
Die Entwicklung dieser sozialen Motivation Paradigmen ging es um die Problemlösungen von mehreren Schlüsselvariablen. Zum Beispiel durch Pilotstudien der Höhe der Zeit, dass die soziale Belohnung is vorgelegt wurde von 30 sec bis 15 sec abgesenkt. Während dieser Zeit ist ausreichend für soziale Interaktionen zwischen Test- und Stimulus Mäusen kann die zukünftige Forschung die Zeitdauer für die soziale Belohnung zu optimieren. In ähnlicher Weise wurde der progressiv zunehmenden Verhältnis von Hebelpressen, soziale Belohnungen von einer festen Rate von 5-3 basierend auf Pilotforschungs gesenkt.
Die Anzahl der benötigten Tage, um asymptotisch Hebel Pressverhalten wurde zunächst durch 30 Tagen täglich Testsitzungen bewertet erreichen. Es wurde festgestellt, dass die meisten Mäuse erreichen Asymptote in 7 Tagen, so dass die Anzahl der Testsitzungen wurde auf 20 Tagesleistung abgesenkt wird schwanken jedoch so Mittelung der Daten über den letzten 10 Tagen gewährleistet asymptotische Leistung bei und dient der besseren Index der wahre mittlere Leistung als wenige Testtage. Forscher sollten ihre Daten überwachen, um sicherzustellen, dass asymptotische Leistung innerhalb von 10 Testtage erreicht oder ändern das Protokoll nach Bedarf.
Training Sitzungen wurden auch von 1 h auf 30 min gesenkt. Die Anzahl von Trainingseinheiten erforderlich ist auf der Mausstamm abhängen und einige Mäuse können willkürlich als nonlearners nach einer festen Anzahl von Trainingseinheiten 18 bezeichnet werden. Die Anzahl der Trainingstage notwendig, die Kriterien für den Aufstieg auf die Prüfung Paradigma erreichen bietet eine weitere Index der sozialen Motivation und somit würdig Verfolgung. Die Forscher können auch mit verschiedenen Futterbelohnung Optionen für die Wertigkeit Vergleich Paradigma zu experimentieren. Es ist jedoch wichtig, dass die Test-Mäuse werden zunächst mit einem rein sozialen Belohnung ausgebildet und dann in der sozialen Motivation Paradigma vor Beginn der Wertigkeit Vergleich Paradigma getestet.
Diese operant soziale Motivation Paradigmen können modifiziert und nach durch Messen zusätzliche Variablen als die in dem obigen Protokoll angegeben verbessert werden. Beispielsweise kann der Ort jeder Maus in seiner jeweiligen Kammer mit cu verfolgt werdenrrently erhältliche kommerzielle Software. Darüber hinaus können bestimmte Verhaltensweisen einschließlich Nase-zu-Nase-Kontakt oder Ultraschall-Laute bei sozialen Interaktionen erzielt werden. Forscher können experimentieren mit Anpassungen an die Verhältnisse in der sozialen Motivation Paradigma oder mit Studien an das Fehlen einer Sozialpartner oder auch Vergleiche mit anderen Stimuli hinter der Falltür, wie einem Video von einem Artgenossen oder sogar eine Marionette zu fördern. Für die Wertigkeit Vergleich Paradigma, Analysen der Wahl Dynamik über Studien können weitere Informationen über Verschiebungen in Motivation aufgrund von Sättigung für einen bestimmten Lohn Typ 18 liefern.
Während diese operante soziale Motivation Paradigmen stellen eine dringend benötigte Werkzeug zur Quantifizierung der sozialen Motivation bei Mäusen, haben sie einige Einschränkungen. Erstens, diese Paradigmen erfordern Mäusen, um die kognitiven Fähigkeiten erlernt Assoziationen zwischen Hebelpressen und der sozialen Belohnung zu machen. Bestimmte Mausmodellen könnenhaben Defizite in der sowohl kognitive und soziale Fähigkeiten macht es schwierig, soziale Motivation beurteilen mit diesen Paradigmen. Zweitens ist die Natur des sozialen stoßen können, wie die Mäuse, dürfen nur in einem Drahtgitter in Wechselwirkung treten. Allerdings sind Mäuse immer noch erfolgreich in vielen typischen sozialen Verhaltensweisen Nase-an-Nase Ermittlungen zu engagieren, vor allem,. Eine letzte Einschränkung dieser Verfahren ist, dass sie arbeitsintensiv und erfordern viel Zeit abgeschlossen werden. Die Ausbildung und Prüfung durch beide Paradigmen erfordert ein Minimum von zwei Monaten nach der täglichen Sitzungen. Einige Mäuse kann sehr viel länger dauern, um den Hebel Pressverband Reck die erforderliche Anzahl von Sitzungen zu lernen. Während die Paradigmen sicherlich nicht als Hochdurchsatztechniken zu qualifizieren, ist die Daten, die sie erzeugen, sehr wertvoll und die erforderliche Arbeits Investition wert. Um jedoch einen volleren Charakterisierung des Sozialverhaltens eines bestimmten Mausmodell zu schaffen, empfiehlt es sich, diese Paradigmen unsin Verbindung mit anderen etablierten Methoden zur Messung des Sozialverhaltens bei Mäusen ed.
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Wir danken der Fakultät Research Council in Azusa Pacific University für Zuschüsse. Wir danken auch Ashley Schneider, Michael Gregg, und Hannah Beispiel für den technischen Support.
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. |
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