Het kwantificeren van Sociale Motivatie in Muizen met behulp van operante conditionering
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 dit protocol wordt sociale motivatie gemeten in muizen door een paar van operante conditionering paradigma. Voor de experimenten werden twee-chambered shuttle boxes voorzien van twee operant hendels (links en rechts) en een voedingsmiddel houder in een kamer, waarna deze werd gescheiden van de tweede kamer door een geautomatiseerd guillotinedeur onder een draadrooster. Verschillende stimulus muizen, gedraaid over testdagen, diende als een sociale stimulans achter de draad rooster, en waren alleen zichtbaar na het openen van de guillotine deur. Test muizen werden getraind om de hendel druk om de deur te openen en de toegang tot de stimulus partner krijgen voor 15 sec. Het aantal hefboompersen die nodig is om de sociale beloning krijgen geleidelijk verhoogd op een vast schema van 3. testsessies eindigde na test muizen gestopt hendel te drukken gedurende 5 opeenvolgende minuten. De laatste versterkte ratio of breekpunt kan worden gebruikt als kwantitatieve maat sociale motivatie. Voor het tweede paradigma, test muizen werden getraind om onderscheid te maken tussen links en rechts hefboom persen om ofwel een voedsel beloning of de sociale beloning te verkrijgen. Muizen werden beloond voor elke 3 persen van elke respectieve hefboom. Het aantal levensmiddelen en sociale voordelen kunnen worden vergeleken als een meting van de waarde die bij elke beloning. De verhouding van elk type beloning kan worden vergeleken tussen muizen en de verandering in deze verhouding kan worden gevolgd binnen testsessies om verzadiging met een bepaald type beloning te meten. Beide operante conditionering paradigma zijn zeer nuttig voor het kwantificeren van maatschappelijke motivering in muismodellen van autisme en andere stoornissen van sociaal gedrag.
Introduction
De afgelopen jaren is de koppeling van genetische en omgevingsfactoren stoornissen van sociaal gedrag zoals autismespectrumstoornis, leidde tot de ontwikkeling van muismodellen ontworpen om de rol van deze factoren in sociaal gedrag staand. Dit heeft een vraag naar nieuwe technieken voor het karakteriseren van sociaal gedrag bij muizen met een kwantitatieve maat maatschappelijke motivering 1 gemaakt.
Er zijn verschillende gevestigde paradigma's die kunnen worden gebruikt om maatschappelijke motivering tonen in muizen echter; ze hebben allemaal ernstige beperkingen op hun vermogen om de sterkte van het gemotiveerd gedrag kwantificeren. Bijvoorbeeld, een van de eerste gedrags- assessments opgenomen eenvoudige observaties van sociale interacties tussen twee knaagdieren die nooit hebben ontmoet. Verschillende gedragingen waaronder naderen, na, snuiven en verzorging worden vaak gemeten en kan een index van sociale motivatie. Deze studies werden initieelin ratten 2-5 en later aangepast voor gebruik in muizen 6,7. Habituation / dishabituation sociale herkenning paradigma waarbij het proefdier wordt herhaaldelijk blootgesteld aan dezelfde stimulus dier (gewenning) en vervolgens blootgesteld aan een nieuw dier (dishabituation) ook een meting van maatschappelijke motivering 8. Aangezien de etiketten suggereren, zal een typische dieren gewend gedrag ten aanzien herhaalde aanwezigheid van dezelfde stimulus dieren tonen maar demonstreren dishabituation, of een terugkeer naar de basislijn, bij blootstelling aan de nieuwe dier. De gewenning respons waarschijnlijk toont een daling van de motivatie van de test muis om te interageren met de stimulus muis. Sociale keuze paradigma waarmee een testmuis te kiezen tussen een lege kamer en een stimulans muis beperkt tot een andere kamer zijn ook gebruikt om maatschappelijke motivering beoordelen. Een proef begint meestal door het plaatsen van de test muis in een neutrale, middelste kamer. Sommige versies van deze taak te betrekken tethering de stimulus muis op één kamer 9. Een modificatie van deze taak gebruikt het gebruik van een draad omhulling via stimulus muizen voorkomen aanbinden van stimulus 10 dieren. Meer recent werd een sociaal geconditioneerde plaatsvoorkeur taak ontwikkeld waarbij muizen werden geconditioneerd visueel verschillende kamers te koppelen aan ofwel de aanwezigheid of afwezigheid van sociale partner, en vervolgens liet men de lege kamers volgende conditioning 11 staand. Meer tijd doorgebracht in de kamer waar voorheen sociale paringen plaatsgevonden wordt beschouwd als een index van sociale motivatie.
Al het bovenstaande paradigma waardevolle gegevens met betrekking tot de sociale fenotypering van muizen. Hoewel men kan zien of een muis toont een "wens" sociale interactie in bovenstaande paradigma streven, de kracht van het "begeerte", dwz., Sociale motivatie is moeilijk te meten. De kracht van gemotiveerde gedragtraditioneel bij knaagdieren gemeten door een scenario waarin ze moeten werken om toegang tot de bron van hun motivatie krijgen. Het gaat meestal training knaagdieren in een operante paradigma waarbij voedsel als de motiverende factor. Echter, heeft deze methode al eerder werkzaam aan de sociale motivatie bij ratten, maar ofwel die de toegang tot een seksuele partner voor mannelijke ratten of, voor vrouwen, toegang tot hun eigen pups (beoordeeld in Matthews et al., 2005) 12,13 onderzoeken.
Vóór de ontwikkeling van de maatschappelijke motivering paradigma hieronder beschreven, was er slechts één andere studie die maatschappelijke motivering onderzochte buiten seksuele motivatie via een operante paradigma muizen 12. In deze reeks experimenten werden outbred Swiss Webster muizen getraind om op een hendel om toegang tot hetzelfde geslacht soortgenoten krijgen. In één experiment werd een significant verminderde latentie beginnen reageren om toegang tot de beoogde mouse werd aangetoond in individueel gehuisvest muizen in vergelijking met groep gehuisvest muizen suggereert verhoogde motivatie om sociale toegang in deze sociaal geïsoleerde muizen zoeken. In een ander experiment van hetzelfde onderzoek werd een vergelijking gemaakt tussen zout en oxytocine antagonist (atosiban) muizen geïnfundeerd. Interessant is de geneesmiddel toegediend muizen lieten een significant langere latentietijd te beginnen reageren om toegang tot de beoogde muis suggereren verlaagde motivatie voor sociale beloning in deze muizen.
Hoewel deze experimenten vertegenwoordigen een nobele poging om de sociale motivatie in muizen te kwantificeren met behulp van operante conditionering, waren ze ook zeer beperkt en zijn sterk verbeterd met behulp van de hieronder beschreven methoden. Bijvoorbeeld, zoals hierboven beschreven een schijnbare fundamentele fout in het eerste experiment (experiment 2 van de eigenlijke onderzoek) werd gebruik van slechts 2 doel muizen afwisselend over testdagen de onderzoekers. Eerder onderzoek heeft aangetoond dat sociale erkenning in groep gehuisvestmuizen kan duren voor ten minste 7 dagen leidt tot verminderd sociaal onderzoek met herhaalde blootstelling aan dezelfde doelgroep 14. De sociale erkenning individueel gehuisvest ratten en muizen verdwijnt binnen 1-2 uur zodat sociaal onderzoek looptijden blijven uitgangswaarden als een herhaalde blootstelling aan hetzelfde doel minstens 2 uur na de eerste blootstelling 15-17. De verminderde latentie van individueel gehuisvest muizen beginnen reageren sociale toegang gerapporteerd in Matthews et al. Experiment kan een gevolg zijn van het gebrek aan sociale erkenning van het doelwit muizen over testdagen 12 zijn. Dit potentieel verwarren wordt geregeld in de volgende methoden met behulp van een nieuw target muis op elke testdag. Ook, in beide experimenten van Matthews et al. Studie hierboven beschreven, er werden geen verschillen in het aantal hefboompersen tussen groepen. Het is mogelijk dat een verschil in totaal hefboompersen konden wordenen gedetecteerd als de onderzoekers gebruikt een progressief toenemende verhouding van de reacties te belonen zoals in onze onderzoeksopzet hieronder beschreven. Bovendien werd de toegang tot de beoogde muis manueel geregeld door de experimentator, door het opheffen van een doos die bestreken doel. Het gebruik van een automatisch bestuurde guillotine deur voor toegang tot het doel muis elimineert de mogelijkheid van artefacten door de aanwezigheid van de experimentator. In feite, om volledig te automatiseren de sociale motivatie operante paradigma's, werd het onderzoek apparatuur aangepast zoals hieronder beschreven.
Protocol
Representative Results
Discussion
De operante sociale motivatie paradigma's in dit artikel beschreven zijn krachtige instrumenten voor de karakterisering van sociaal gedrag in muismodellen van de ziekte bij de mens. Eerder dan om een testmuis passief kiezen sociale ontmoeting, deze paradigma vereist inspanning van de testmuis teneinde een sociale beloning te verkrijgen. Het bedrag van de inspanning die een test muis bereid is om te produceren voor de sociale beloning krijgen biedt een kwantitatieve maat van sociale motivatie. Voorts via de valentie vergelijking paradigma gemotiveerd gedrag kan vergeleken worden tussen verschillende types beloning. Beide operante paradigma's kunnen worden gebruikt om seksuele motivatie en ouderlijke beoordeelt ook de gegevens uit de juiste stimulus aan de andere zijde van de guillotinedeur.
De ontwikkeling van deze sociale motivatie paradigma betrokken het oplossen van een aantal belangrijke variabelen. Bijvoorbeeld door middel van pilots de hoeveelheid tijd dat de sociale beloning is ingediend werd verlaagd van 30 sec tot 15 sec. Hoewel deze tijd voldoende is voor sociale interactie tussen test- en stimulus muizen kan toekomstig onderzoek de tijd te optimaliseren voor de sociale beloning. Ook de steeds toenemende verhouding van hefboompersen sociale beloningen werd verlaagd van een vast tarief van 5-3 op basis van pilot-onderzoek.
Het aantal dagen dat nodig is om asymptotisch hefboom drukken gedrag werd in eerste instantie beoordeeld door middel van 30 dagen van het dagelijks testsessies bereiken. Er werd vastgesteld dat de meeste muizen bereiken asymptote in 7 dagen, zodat het aantal testsessies werd verlaagd tot 20. Daily prestaties doet schommelen echter, dus het gemiddelde van de gegevens over de afgelopen 10 dagen zorgt asymptotische prestaties, terwijl ook het verstrekken van een betere index van echte gemiddelde prestaties dan minder testdagen. Onderzoekers moeten hun gegevens te controleren om ervoor te zorgen dat asymptotische prestatie wordt bereikt binnen 10 testdagen of het protocol indien nodig aan te passen.
Training sessies werden ook verlaagd van 1 uur tot 30 min. Het aantal trainingsessies vereiste is wel afhankelijk van de stam van muis en sommige muizen kunnen willekeurig worden aangeduid als nonlearners na een vast aantal trainingsessies 18. Het aantal opleidingsdagen nodig is om het criterium bereiken voor vooruitgang op het testen paradigma biedt een andere index van sociale motivatie en is dus waardig tracking. Onderzoekers kunnen ook willen experimenteren met verschillende voedsel belonen opties voor de valentie vergelijking paradigma. Het is echter belangrijk dat de proefmuizen aanvankelijk getraind met een zuiver sociaal beloning en vervolgens getest in de maatschappelijke motivering paradigma alvorens met de valentie vergelijking paradigma.
Deze operante sociale motivatie paradigma's kunnen worden aangepast en bij verbeterd door het meten van extra variabelen dan die welke in de bovenstaande protocol. Zo kan bijvoorbeeld de locatie van elke muis in zijn respectieve kamer worden gevolgd met behulp van currently beschikbare commerciële software. Daarnaast kunnen specifieke gedragingen zoals neus-tot-neus contact of ultrasone geluiden tijdens sociale interacties gescoord. Onderzoekers kunnen experimenteren met aanpassingen aan de ratio's worden gebruikt in de sociale motivatie paradigma of met proeven met het ontbreken van een sociale partner of zelfs vergelijkingen met andere stimuli achter de guillotine deur verder, zoals een video van een soortgenoten of zelfs een marionet. Voor de valentie vergelijking paradigma, analyses van keuze dynamiek in de onderzoeken kunnen meer informatie over verschuivingen in motivatie te wijten aan verzadiging voor een bepaald soort beloning 18 bieden.
Hoewel deze operante sociale motivatie paradigma's te voorzien van een broodnodige tool voor het kwantificeren van sociale motivatie in muizen, ze hebben wel een aantal beperkingen. Ten eerste, deze paradigma nodig muizen naar het cognitieve vermogen om geleerde associaties maken tussen de hendel te drukken en de sociale beloning. Bepaalde muismodellen kanhebben tekorten in zowel de cognitieve en sociale vaardigheden waardoor het moeilijk is om de sociale motivatie te beoordelen met behulp van deze paradigma's. Ten tweede, de aard van de sociale ontmoeting beperkt aangezien de muizen alleen toegestaan om te communiceren via een draadrooster. Echter, muizen zijn nog steeds in staat om met succes deel te nemen aan vele typische sociaal gedrag, met name, de neus-aan-neus onderzoeken. Een laatste beperking van deze methoden is dat ze arbeidsintensief en vereisen veel tijd worden afgerond. De opleiding en het testen door beide paradigma's vereist een minimum van twee maanden dagelijkse sessies. Sommige muizen kunnen veel langer duren om de hendel te drukken vereniging die zich uitstrekt van het vereiste aantal sessies leren. Terwijl de paradigma zeker niet als high-throughput technieken, de gegevens die zij genereren zeer waardevol en de vereiste arbeid investering waard. Echter, om een vollediger karakterisering van het sociale gedrag van een bepaald muismodel te bieden, wordt aanbevolen dat deze paradigma zijn wijed in combinatie met andere methoden voor de meting van sociaal gedrag bij muizen.
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Wij danken de Faculteit Research Council in Azusa Pacific University voor subsidies. We danken ook Ashley Schneider, Michael Gregg, en Hannah voorbeeld voor technische ondersteuning.
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).
