Количественная социальной мотивации у мышей, используя условные связи
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
В этом протоколе, социальная мотивация измеряется в мышей через пару оперантных парадигм кондиционирования. Для проведения экспериментов, две-патрон коробки трансфера были оснащены двумя оперантного рычагов (левого и правого) и пищевой емкости в одной камере, которая затем была разделена из второй камеры с помощью автоматизированной гильотины двери, покрытой проволочной сетки. Различные мышей стимулирования, вращается по тестированию дней, служил в качестве социального стимула за проволочной сетки, и были видны только после открытия гильотины двери. Тестовые мышей обучали рычажного пресса для того, чтобы открыть дверь и получить доступ к партнеру стимула в течение 15 сек. Постепенно увеличивается на фиксированный график 3. сессий тестирования количество рычага прессов, необходимых для получения социального награду закончилась после испытаний мышей остановился нажатия на рычаг в течение 5 минут подряд. Последнее усиленный отношение или останова может быть использован в качестве количественной меры социальной мотивации. Для второго парадигмы, тМыши EST обучали различать левый и правый рычаг прессов с целью получения либо пищевого вознаграждения или социальной вознаграждение. Мыши были вознаграждены за каждые 3 прессов каждого соответствующего рычага. Количество продуктов питания и социальных выгод можно сравнить как измерение стоимости, предъявляемые каждой награды. Отношение каждого типа вознаграждения также можно сравнить между штаммами мыши и изменение этого соотношения можно контролировать в процессе тестирования сессий для измерения насыщения с данного типа вознаграждение. Оба этих оперантного кондиционирования парадигмы весьма полезны для количественной оценки социальной мотивации в мышиных моделях аутизма и других нарушений социального поведения.
Introduction
В последние годы, увязка генетических и экологических факторов, нарушений социального поведения в том числе расстройства аутистического спектра, привел к разработке моделей, предназначенных для мыши исследовать роль этих факторов в социальном поведении. Это создало спрос на новые методы для характеристики социального поведения у мышей, включая количественную меру социальной мотивации 1.
Есть несколько установленных парадигмы, которые могут быть использованы, чтобы продемонстрировать социальную мотивацию у мышей, однако; все они имеют серьезные ограничения на их способность количественно прочность мотивированного поведения. Например, некоторые из самых ранних поведенческих оценок включают простые наблюдения социальных взаимодействий между двумя грызунов, которые никогда не встречались. Несколько поведения, включая приближается, следуя, принюхиваясь, и холить часто измеряются, и может обеспечить индекс социальной мотивации. Эти исследования были проведены первоначальноу крыс 2-5, а потом адаптированы для использования в мышей 6,7. Привыкание / dishabituation парадигмы социального признания, в которых тест животное подвергается неоднократно в той же стимула животного (привыкания), а затем подвергается новой животного (dishabituation) также обеспечивают измерение социальной мотивации 8. Как этикетки предложить, типичные животные покажет привыкли поведенческую реакцию на повторное присутствии тех же животных, но по стимулированию продемонстрирует dishabituation, или возвращение к исходному, при контакте с новым животным. Ответ, скорее всего привыкание демонстрирует снижение мотивации испытуемого мышь, чтобы взаимодействовать с стимула мыши. Социальные выбор парадигмы, позволяющие тест мышь, чтобы выбрать между пустой камере и стимула мыши ограниченного в другую камеру были также использованы для оценки социальной мотивации. Суд, как правило, начинается с размещения тест мышь в нейтральной, центральной камере. Некоторые версии этой задачи привлечь тethering стимула мыши одной камере 9. Модификация этой задачи используется использование проволоки корпуса над стимулирования мышей, избегая прикрепление стимулирования животных 10. Совсем недавно, социального условный место предпочтения задача была разработана в котором мышам кондиционером ассоциировать визуально различимых камеры или с наличием или отсутствием социального партнера, а затем позволили исследовать пустые камеры следующие кондиционирования 11. Больше времени провел в камере, где ранее произошла социальные пар считается показателем социальной мотивации.
Все выше парадигм предоставляют ценные данные, связанные с социальной фенотипирования мышей. Тем не менее, в то время как можно наблюдать, демонстрирует ли мышь "желание" искать социальное взаимодействие в указанных парадигм, сила этого "желание", то есть., Социальной мотивации, трудно измерить. Сила мотивированного поведения имееттрадиционно измеряется в грызунов путем создания сценария, в котором они должны работать для того, чтобы получить доступ к источнику их мотивации. Это, как правило, включает в себя учебные грызунов в оперантного парадигмы участием пищи, как мотивирующего фактора. Тем не менее, этот метод был использован ранее для расследования социальной мотивации у крыс, но ни связанных с доступом к сексуальным партнером для самцов крыс или, для женщин, доступ к своим щенкам (обзор в Мэтьюз и др., 2005) 12,13.
До развития парадигм социальной мотивации, описанных ниже, там был только один исследование, исследовали социальную мотивацию за пределами сексуальной мотивации с помощью оперантного парадигмы с мышами 12. В этой серии экспериментов, беспородных мышей Swiss Webster были обучены нажимать на рычаг, чтобы получить доступ к однополой конспецифической. В одном эксперименте, значительно уменьшается время ожидания, чтобы начать отвечать за доступ к целевой МОВе была продемонстрирована в индивидуальном размещены мышей по сравнению с мышами, групповых расположен предлагая повышенную мотивацию искать социальную доступ в этих социально изолированных мышей. В другом эксперименте того же исследования, было проведено сравнение между солевым раствором и антагониста окситоцина (атозибана) инфузии мышей. Интересно, что мыши препарата-инфузии показали значительно повышенную задержку, чтобы начать отвечать за доступ к целевой мыши предполагая снижение мотивации для социальной вознаграждение у этих мышей.
В то время как эти эксперименты представляют собой благородную попытку количественно социальной мотивации у мышей с помощью оперантного кондиционирования, они были также очень ограничены и в значительной степени улучшены с помощью методов, описанных ниже. Например, очевидно, фундаментальный недостаток в первом эксперименте описано выше (эксперимент 2 фактического исследования) было использование исследователей всего 2 целевых мышей чередовались по тестированию дней. Предыдущие исследования показали, что социальное признание в группе-расположенмыши могут длиться в течение, по крайней мере 7 дней, ведущих к снижению социальных расследования при повторном воздействии той же цели 14. Тем не менее, общественное признание в индивидуальном размещены крыс и мышей исчезает в течение 1 – 2 ч, так что социальное исследование продолжительность остаются на базовом уровне, если повторное воздействие той же цели, по крайней мере 2 часа после первоначального воздействия 15-17. Уменьшается задержка индивидуально-размещены мышей, чтобы начать отвечать за социальную доступа сообщили в Matthews и др. Эксперимент может быть следствием отсутствия общественного признания целевых мышей через 12 дней тестирования. Этот потенциал путать контролируется в течение ниже способов при использовании нового целевого мыши на каждой испытательной день. Кроме того, в обоих экспериментах с Мэттьюз и др. Изучение описано выше, не было различий в сообщалось общего количества рычажных прессов, заключенных между группами. Вполне возможно, что разница в общей прессов рычага могли бы бытьан обнаружить, если исследователи использовали постепенно увеличивая соотношение ответов на вознаграждение, используемый в нашей дизайн-исследования, изложенной ниже. Кроме того, доступ к целевой мыши контролируется вручную экспериментатором, поднимая коробку, которая закрывала цель. Использование автоматически контролируемой гильотинного двери для доступа к целевой мыши исключает возможность артефакта из-за присутствия экспериментатора. В самом деле, для того, чтобы полностью автоматизировать социальная мотивация оперантного парадигмы, исследовательское оборудование было адаптировано как описано ниже.
Protocol
Representative Results
Discussion
Оперантного парадигмы социальной мотивации, описанные в этой статье, являются мощными инструментами для характеристики социального поведения в мышиных моделях болезни человека. Вместо того, чтобы позволить тест мышь, чтобы пассивно выбрать социальную встреча, эти парадигмы требует усилий от тестируемого мыши, чтобы получить социальную награду. Количество усилий, что тест мышь готова произвести для получения социальной награду дает количественную меру социальной мотивации. Кроме того, через сравнения валентность парадигмы, мотивированное поведение можно сравнить разных типов вознаграждения. Оба эти оперантных парадигм может быть использован для оценки сексуального и родительские мотивы, а представляя соответствующий стимул на противоположной стороне двери гильотинного.
Развитие этих парадигм социальной мотивации участие устранения неполадок нескольких ключевых переменных. Например, через пилотные исследования количество времени, что награда я социальныйы представлены был снижен с 30 сек до 15 сек. Хотя в это время является достаточным для социальных взаимодействий между испытаний и стимулирования мышей, будущие исследования могут оптимизировать количество времени для социальной вознаграждение. Точно так же, постепенно увеличивая соотношение рычага прессов в социальных наград была снижена с фиксированной скоростью от 5 до 3 на основе пилотного исследования.
Количество дней, необходимых для достижения асимптотической нажатия на рычаг поведение изначально оценивали через 30 дней ежедневных сеансов испытаний. Было установлено, что большинство мышей достижения асимптоты в 7 дней, так что количество тестовых сессий была снижена до 20 Daily производительности действительно колеблется, однако, так усреднения данных за последние 10 дней обеспечивает асимптотическую производительность, а также обеспечения лучшего индекс истинного среднего производительности чем меньшим количеством тестовых дней. Исследователи должны контролировать свои данные, чтобы убедиться, что асимптотическая эффективность достигается в течение 10 тестовых дней или модифицировать протокол по мере необходимости.
Траоцен- ками заседания были также снижены с 1 часа до 30 минут. Количество учебных сессий, необходимых действительно зависит от штамма мыши и некоторых мышей может быть произвольно обозначены как nonlearners после фиксированного числа учебных сессий 18. Количество учебных дней, необходимых для достижения критерия для продвижения к испытательной парадигме предоставляет другой индекс социальной мотивации и, таким образом, достоин слежения. Исследователи также можете поэкспериментировать с различными вариантами пищевой наградой для сравнения валентность парадигмы. Тем не менее, важно, чтобы тестовые мышей, первоначально подготовку используя чисто социальную вознаграждение, а затем испытывают в мотивации парадигмы социальной перед началом сравнения валентность парадигму.
Эти оперантного парадигмы социальной мотивации могут быть изменены и улучшены путем измерения дополнительных переменных, чем те, которые указаны в протоколе выше. Например, расположение каждой мыши в его соответствующей камере можно отслеживать с помощью Currently доступны коммерческое программное обеспечение. Кроме того, конкретные модели поведения, включая нос к носу контакта или ультразвуковых вокализации может быть засчитан в течение социальных взаимодействий. Исследователи могут далее эксперимент с настройками в соотношениях, используемых в мотивации парадигмы социальной или испытаний, связанных с отсутствием социального партнера или даже сравнений с участием других стимулов позади гильотины двери, такие как видео или даже одному виду марионетку. Для сравнения валентность парадигмы, анализ динамики выбора всей испытаний может предоставить дополнительную информацию о сдвигах в мотивации из-за насыщения для определенного типа вознаграждения 18.
В то время как эти оперантного парадигмы социальной мотивации обеспечить столь необходимую инструмент для количественной оценки социальной мотивации у мышей, они имеют некоторые ограничения. Во-первых, эти парадигмы требуют мышей имеют когнитивные способности, чтобы сделать узнал ассоциации между нажатия на рычаг и социальной вознаграждение. Некоторые модели мыши могутесть дефицит и когнитивных и социальных способностей, что делает его трудно оценить социальную мотивацию, используя эти парадигмы. Во-вторых, природа социального столкновения ограничена, как мышей только могут взаимодействовать через проволочную сетку. Однако, мыши все еще в состоянии успешно участвовать во многих типичных социального поведения, в первую очередь, нос к носу исследования. Последним ограничением этих методов является то, что они являются трудоемкими и требуют много времени, чтобы быть завершена. Обучение и тестирование через обе парадигмы требуется минимум два месяца ежедневных занятий. Некоторые мыши могут занять гораздо больше времени, чтобы узнать рычаг прессования ассоциацию растяжения необходимое количество сеансов. В то время как парадигмы, конечно, не квалифицируются как методы высокой пропускной, данные, которые они производят очень ценным и стоит обязательно приложения труда. Тем не менее, чтобы обеспечить более полное характеристику социального поведения конкретной модели мыши, рекомендуется, что эти парадигмы быть намиред в сочетании с другими известными методами измерения социального поведения у мышей.
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Мы благодарим исследовательский совет факультета Тихоокеанского университета Азуса для грантовой поддержки. Мы также благодарим Эшли Шнайдер, Майкл Грегг, и Ханна образец для технической поддержки.
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).
