Behavioral Phenotyping of Murine Disease Models with the Integrated Behavioral Station (INBEST)

Boris Sakic; Marcella P. A. Cooper; Sarah E. Taylor; Milica Stojanovic; Bosa Zagorac; Minesh Kapadia

doi:10.3791/51524

JoVE Journal > Behavior

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Verhalten

Behavioral Phänotypisierung von murinen Krankheitsmodelle mit dem Integrated Behavioral Station (INBEST)

Published: April 23, 2015

doi:

10.3791/51524

Boris Sakic¹, Marcella P. A. Cooper², Sarah E. Taylor², Milica Stojanovic², Bosa Zagorac², Minesh Kapadia³

¹Department of Psychiatry and Behavioral Neurosciences,McMaster University, ²Department of Psychology, Neuroscience & Behaviour,McMaster University, ³Neuroscience Program,McMaster University

Summary

Längerer und umfassende Überwachung der Mäuse in einem Heim-Käfig-Umgebung bietet ein tieferes Verständnis für abweichendes Verhalten in Mausmodellen der Erkrankungen des Gehirns. Dieses Papier beschreibt die Integrated Behavioral Station (INBEST) als wesentlicher Bestandteil der modernen Verhaltensanalyse.

Abstract

Aufgrund der raschen Fortschritte in der Gentechnik, sind kleine Nagetiere werden die bevorzugten Themen in vielen Disziplinen der biomedizinischen Forschung. In Studien zur chronischen ZNS-Störungen, gibt es eine zunehmende Nachfrage nach murine Modelle mit hoher Validität auf der Verhaltensebene. Doch mehrere pathogenen Mechanismen sowie komplexe Funktionsdefizite oft zu verhängen Herausforderungen zuverlässig zu messen und zu interpretieren Verhalten chronisch kranker Mäuse. Daher erfolgt die Prüfung des peripheren Pathologie und einer Verhaltensprofil zu verschiedenen Zeitpunkten unter Verwendung einer Reihe von Tests erforderlich sind. Video-Tracking, Verhaltens-Spektroskopie und Remote-Übernahme von physiologischen Maßnahmen neue Technologien, die für eine umfassende, genaue und unvoreingenommene Verhaltensanalyse in einem Home-Base-ähnliche Einstellung zu ermöglichen. Dieser Bericht beschreibt eine raffinierte Phänotypisierung-Protokoll, das eine maßgeschneiderte Überwachungsvorrichtung (Integrated Behavioral Station, INBEST), die auf längere Messungen ba konzentriert beinhaltetsic Funktionsausgänge, wie spontane Aktivität, Futter- / Wasseraufnahme und motiviertes Verhalten in einer relativ stressfreien Umgebung. Technische und konzeptionelle Verbesserungen INBEST Design kann weiter zu fördern Reproduzierbarkeit und Standardisierung von Verhaltensstudien.

Introduction

Schnelle Fortschritte in der Gentechnik in den letzten Jahrzehnten eine beispiellose Vermehrung von Tiermodellen von Krankheiten des Menschen geführt. Mäuse haben den Status der primären Versuchspersonen in den biomedizinischen Wissenschaften aus mehreren Gründen gewonnen. Vom praktischen Standpunkt aus, sie haben eine hohe Wiedergabegeschwindigkeit, sind relativ preiswert und leicht zu beherbergen. Aus konzeptioneller Sicht sind sie genetisch nah an den Menschen, genetisch relativ leicht geändert werden, und haben hochentwickelte endokrine, Immunsystem und Nervensystem. Zusätzlich zu den Veränderungen auf genetischer und zellulärer Ebene, zeitgenössische Studien von Gehirn-Erkrankungen erfordern die Demonstration replizierbar funktionelle Defizite, dass Highlight Gesicht, konstruieren oder prognostische Validität eines neuen Mausmodell ^ein.

Die akute Infektion in einem Säuger homoeothermic oft zur fiebrige Reaktion, die zusammen mit Krankheitsverhalten, bildet eines derHauptüberlebensmechanismen ^2. Akut kranke Tiere zeigen signifikante Veränderungen in Futter- / Wasseraufnahme und Leistung in Aufgaben reflektierende emotionaler Reaktivität Erkundungsverhalten und Lernen / Speicherkapazität. Diese Veränderungen weitgehend entfallen eingeschränkter sozialer / sexuelle Aktivität und die Erhaltung der Energie für defensive Immunreaktionen. Allerdings, wenn akuten Zuständen schalten chronischen (wie in vielen immunologischen, metabolischen und neurologischen Erkrankungen zu sehen ist), Verhaltensleistung kann weiter verschlechtern aufgrund struktureller Schäden verschiedener Organe, einschließlich des Gehirns ^3.

Mensch und Tier neurodegenerativen Erkrankungen werden häufig von einer Konstellation von neurologischen und Verhaltensdefiziten einhergeht. Daher ist ein wesentliches Ziel in Verhaltensstudien von chronisch kranken Tieren zum zentralen Effekte aus den Defiziten durch periphere Symptome induzierten unterscheiden. , Begrenzt die collect jedoch die relativ kurze Dauer der Standard-VerhaltensaufgabenIonen von Informationen über die grundlegenden Funktions Maßnahmen wie Riechen, Ruhen, Schlafen, Futter- / Wasseraufnahme, oder epileptische Anfälle. Die Einbeziehung dieser Maßnahmen verbessert Verhaltensprofilierung und ermöglicht eine bessere Interpretation der Leistung in aktivitäts anspruchsvolle Aufgaben.

Ergebnis in verhaltens Phänotypisierung von erkrankten Mäusen

Die Unzulänglichkeiten bei der Beurteilung der Verhaltensprofil von kranken Mäusen haben die kontinuierliche Überwachung von einzeln untergebracht Mäusen durch schnelle Verarbeitungs PCs notwendig. Obwohl diverse Verhaltens Batterien kann so gestaltet werden ^{4, 5,} die unten aufgeführt sind die Verfahren, die verwendet wurden, um ein Tiermodell für neuropsychiatrische Lupus ⁶ erfolgreich zu etablieren. Diese Batterie ist wiederholt in beiden subchronischen und chronischen Krankheitsmodelle (Abbildung 1), wie zum Beispiel milder kognitiver Beeinträchtigung und Alzheimer ⁷ angewendet. Nach einer Reihe von neurologischen Tests ^8-10, acustom gemachte Vorrichtung entwickelt, um die oben genannten Anforderungen durch den Einsatz kontinuierlicher Überwachung mehrerer Verhaltens Ausgänge in angereicherter hauskäfigartigen Umgebung zu erfüllen, kann verwendet werden. Solch eine artgerechte basierten Ansatz für die Bewertung der spontanen Erkundungstätigkeit und motiviertes Verhalten bietet ein umfassenderes Verständnis von Leistungsdefiziten in anderen Paradigmen, wie sie repräsentativ für Lernen und Gedächtnis.

Abbildung 1 Schematische Darstellung der Längsverhaltens Phänotypisierung in unserem Labor. Die Verhaltens Batterie entworfen, um von Lessing Richtung mehr- belastenden Aufgaben, die zu verschiedenen Zeitpunkten wiederholt werden, um die Auswirkungen der anhaltenden Faktoren wie Krankheitsprogression zu beurteilen entwickeln, pharmakologische Behandlung oder immunologische Reaktionen. INBEST und einzelnen Tests werden während der dunklen p durchgeführthase, oft über 10 und 2 h zuge Abkürzungen:. R – Reflexe; BW – Strahl Gehen Test; RR – Rotarod; OT – Geruchstests; SP – Saccharose Vorlieben Test; SD – Step Down-Test; NEIN – Novel Objekt Tests; VON – Freifeldtest; SAB – Spontane Alter Verhalten; FS – Forced Swim-Test; MWM – Morris Wasser-Labyrinth. * – Aspekte des Tests (beispielsweise Standort, Kontext, Farbe, Form), die müssen in nachfolgenden Studien im gesamten Verlauf des Experiments geändert werden.

Kontinuierliche Videoaufzeichnung und Analyse des Verhaltens in einem Heim-käfigartigen Umgebung wurden erstmals im Jahr 2007 ¹¹ ausgewiesen. Eine komplexere automatische Vorrichtung, die Verhaltenstests in Studien mit autoimmunen Mäusen integriert wurde auf der "Messverhalten" ein Jahr später treffen vorgestellt ^12. Die Integrated Behavioral Station (INBEST, 2A) ist ein modulares System, das comprises einer Unterkunft, computergesteuerte Lichtreiz, zwei Fotozelle lickometers (eine für Wasser, eine für eine Lösung von Interesse), eine automatische Futterspender, ein EDV-Laufrad und ein digitalisiertes Klettergitter. Latenzzeiten, Frequenzen und Dauern von spezifischen Verhaltensweisen sind mit kundenspezifischer Software untersucht. Bewegungs- und Erkundungstätigkeit (zB eines neuartigen Objekt oder einer fremden Artgenossen) mit Video-Tracking-Software (Liste der Werkstoffe / Ausrüstung) bewertet werden, während des Schlafes und weniger häufige Verhaltensmuster, wie selbstverletzendes Verhalten und Anfälle können manuell mit Video-Tracking-Software oder spezielle Ereignis-Aufzeichnung Pakete gewertet. Acht vollständige INBEST / Video-Einstellungen werden verwendet, so dass die gleichzeitige Überwachung von 4 Versuchs und 4 Kontrolltieren (2B).

<img alt="Abbildung 2" src="/files/ftp_upload/51524/51524fig2.jpg" />
Abbildung 2. Integrated Behavioral entfernt. (A) Schematische Darstellung der Hardware und Software bei der Gestaltung einer INBEST Feld (L = 39 x B = 53 x H = 50 cm) verwendet. (B) Acht vollständige INBEST Boxen bieten die Möglichkeit zur gleichzeitigen Heimkäfig Überwachung von vier experimentellen und vier Kontrollmäusen. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieses Bild anzuzeigen.

Abhängige Variablen sind Messungen der Futter- / Wasseraufnahme, Reaktionsfähigkeit auf schmackhaftes Stimulation, spontane Bewegungsaktivität, Klettern, freiwillige Lauf, Angst-Verhalten (zB Erforschung von neuartigen Objekt), Körperpflege, Fressen und Schlafen. Darüber hinaus können visuelle Reize für die Konditionierung und Lernparadigmen vorgestellt. Die Vorteile INBEST über Standard-Verhaltenstests umfassen die Eliminierung von Störfaktoren Auswirkungen INDUCvon Transportbeanspruchungen sowie kontinuierliche, automatisierte Sammlung von Maßnahmen reflektierende der nächtlichen Aktivität, Erforschung, Angst-und depressive ähnlichen Verhaltensweisen ed. Die Integration von empfindlichen Hardwarekomponenten mit einem Videoverfolgungspaket liefert eine Vielzahl von Informationen, die eine verbesserte Beurteilung des Verhaltens in verschiedenen Tiermodellen ermöglicht in Bezug auf Progression von chronischer Krankheit. INBEST kann verwendet werden, um andere chronische Erkrankungen des ZNS (z, Autismus, schwerer Depression, Schizophrenie), als auch in Langzeitstudien mit Schwerpunkt auf die neurologische Entwicklung, Verhaltenswirkungen von systemischen / neoplastischen Erkrankungen und verlängert Pharmakotherapie untersuchen.

Protocol

Alle Vorgänge werden von der McMaster University Animal Care Committee genehmigt und in Übereinstimmung mit Richtlinien der Canadian Council von Animal Care Set durchgeführt. 1. Allgemeine Verfahren Gewöhnen Mäuse für 1-2 Wochen zu einem bestehenden 12 Stunden Hell- / Dunkel-Zyklus (zB von 8.00 bis 08.00 Uhr). Führen Sie alle und Prüfung während des Nacht-Rhythmus, mit RT, Feuchtigkeit und Lichtintensität relativ konstant. Mark oder Schwanz-Tätowierung alle Mäuse für einfache, numerische Identifikation über einen längeren Zeitraum und mit ihnen umgehen 1-2 Stunden täglich über 5-7 Tage. Wiederholen Sie die tägliche Messungen der rektalen Temperatur, Körpergewicht und Futter- / Wasseraufnahme zu erkennen potenzielle Fieber und / oder Mangelernährung durch Alterung oder Krankheit Fortschritte induziert. Standard-Ausschlusskriterien zählen niedriges Körpergewicht durch reduzierte Futter- / Wasseraufnahme, gekrümmte Haltung mit gekräuselten Fell, Hydrocephalus, Porphyrin-Entladung um die Augen usw. Um identify Ausfallerscheinungen, die Gesamtaktivität und Leistung verwechseln kann, führen Sie Standard sensomotorische Tests wie der hinteren Gliedmaßen umklammert Reflex 13, visuelle Platzierung Reflex 14, Geotaxis Test 15, Korb-Test 16, Strahl Gehtest 17-19, Rotarod 20 und Geruchstests 21. Hinweis: Die Ergebnisse können auch Korrelationsanalyse mit INBEST Maßnahmen, mehr sorgfältige Auswahl von anderen Verfahren (zB Morris-Wasserlabyrinth, wenn Mäuse sind blind, neuartige Objekt testen, ob Mäuse hyposmic / anosmic), Reduzierung der innerhalb der Gruppe Variabilität und helfen Ausschluss von Mäusen, die mit der Geburt Mängel oder Infektionen. Reinigen Sie die Kunststoff- und Glasapparaturen mit Desinfektionsmittel im Urin Wanderwege zu entfernen, während die Prüfung Mäuse von Experimental- und Kontrollgruppe in abwechselnder Weise. 2. Integrated Behavioral Station (INBEST) Verfahren Start-Käfig einrichten Füllen Futterspenders mit 20 mg Mäusefutter Pellets. Füllen Sie Flaschen mit Leitungswasser. Hinweis: Eine zweite Flasche mit einer Lösung von Interesse, wie Saccharose oder Saccharin-Lösung für eine Präferenztest ausgefüllt werden. Wiegen Sie Flaschen, die Lautstärke am Ende der Sitzung verbraucht berechnen. Legen Flaschenstutzen in die lickometers. Sicherstellen, dass die Düse nicht den Infrarot-Sensor blockieren; wenn ja, reduzieren Sie die Länge der Tülle. Zeigen Unterstände in der ausgewählten Ecke des Home-Käfig. Computer einrichten Hinweis: Die Softwarebefehle in Schritten von 2,2 bis 2,11 vorgesehen sind für die Ethovision XT 8.5 Software-Paket und die Testbedingungen in unserem Labor (in der Liste der Materialien / Ausrüstung angegeben). Erhellen den Raum mit diffusem, Dämmerlicht, die ausreichend für Video-Tracking ist, aber nicht reflektiert die Box, Boden oder den Wänden. Öffnen Sie ein Standard-Video-Tracking-Projekt und die Einrichtung der Experiment-Einstellungen, durch die Eingabein entsprechenden Angaben (zB Datum / Uhrzeit der Studie, Gruppenzuordnung, Raumbedingungen usw.). Anschließend wählen Sie die entsprechende Videoquelle (Picolo Diligent Grabber), Anzahl der Arenen (4) Tracking-Punkte, (Zentrum, Nasen- und Schwanzpunkt) und Maßeinheiten (Zentimeter, Sekunden und Grad). Nach Auswahl der Registerkarte Testliste unter Setup definieren die Anzahl der Versuche durch Klicken auf die Schaltfläche Hinzufügen Trials (1). Geben Sie anschließend mit Hilfe der Variable Schaltfläche Hinzufügen unabhängigen Variablen (zB Maus ID, Geschlecht, Gruppenzugehörigkeit, Stamm). Klicken Sie auf die Registerkarte Settings Arena und erfassen das Hintergrundbild aus der Live-Video. Definieren Sie die Parameter der einzelnen Arena darzulegen, den äußeren Umfang mit dem entsprechenden Zeichen-Tool (wie erstellen Rechteck / Polylinie / Ellipse). Als Nächstes fügen Sie Zonen von Interesse, indem Sie auf die Schaltfläche Gruppe hinzufügen Zone und der Darstellung der verschiedenen Zonen (zB Boden, lickometers, Futterspender, Klettergitter <em> etc.) in gleicher Weise. In versteckten Zonen für die Bereiche, in denen sich die Maus nicht zu sehen ist (zB Schutz und Laufrad, Abbildung 2) indem Sie auf den Hinzufügen Versteckte Schaltfläche Zonengruppe. Stellen Sie sicher, dass ein Einreise- / Ausreise angegeben ist und zu jedem versteckten Zone verbunden. Wiederholen Sie die Schritte 2,4-2,5 für jede Arena. Führen Arena Kalibrierung durch Hervorhebung Kalibrierung und mit dem entsprechenden Werkzeug (erstellen Kalibrierungsskala / Achsen) an Arena Breite und Länge bieten. Schließlich bestätigen Arena Einstellungen mit einem Klick auf die Schaltfläche Validate Arena Einstellungen. Markieren Sie die Registerkarte Teststeuerungseinstellungen und geben Sie Start- / Stopp-Bedingungen und Testlänge. Stellen Sie die Startbedingung zu beginnen, wenn die Dauer der Mittelpunkt 1 s in der Arena überschreitet. Bearbeiten Sie die Testdauer durch die Erweiterung der Stoppbedingung Box und die Einstellung der Studie nach einer Verzögerung zu beenden, etwa 10 Stunden. Auf der Registerkarte Erkennung Einstellungen, markieren Sie die entsprechenden Nachweismethoden (zB, Dynamische Subtraktion und modellbasierte). Anschließend greifen die Referenzbild der leeren Arena, indem Sie auf die Schaltfläche Einstellungen auf der Registerkarte Erkennung und Drücken der Greifer Aktuelle Taste. Stellen Sie den Kontrastbereich, so dass das Zentrum, Nase und Schwanz-basierten Erkennung für jede Maus zuverlässig, genau und kontinuierlich. Für Albinomäuse, anzugeben, dass die Maus ist heller als der Hintergrund und dunkler als der Hintergrund bei Verwendung eines pigmentierten Stammes. Anmerkung: Die Objektgröße und Video Abtastrate kann entsprechend dem Abstand zwischen dem Überkopfkamera und dem Objekt sowie die Verarbeitungsgeschwindigkeit des verwendeten PCs (zB 14.9 Bilder / s) verändert werden. Stellen Sie sicher, alle Änderungen vor dem Verlassen des Erkennungseinstellungen Modul gespeichert. Schalten der Schnittstelleneinrichtung, die zum Umwandeln von aufgezeichneten analogen Ereignisse von Eingabegeräten (beispielsweise Unterbrechung des Infrarotstrahls, der Bewegung des Laufrades usw.) in di verantwortlichgital-Protokolle. Datenerfassung Hinweis: Die folgenden Software-Befehle sind für die maßgeschneiderte Med PC IV-Routine ("Wizard"), die Schritt-für-Schritt-Eingang des Sitzungsparameter bietet (zB 10 h Versuchsdauer, Maus ID, Gruppenzuordnung etc.). Platzieren Sie jede Maus in die zugeordnete Feld. Synchronisieren Video- und Event-Tracking-Pakete, indem Sie gleichzeitig die Tasten der "Record". Lassen Sie den Versuchsraum leise. Wenn die Aufnahmezeit abgelaufen ist (zB einige Stunden, Tage oder Wochen), entfernen Sie Mäuse und bringt sie in ihre Heimatkäfige. Messen Flaschengewichte und speichern Sie alle digitalen Aufnahmen auf digitalen Medien (Festplatte, tragbare USB-Stick, DVD). Übertragen Sie Rohdaten in eine Tabellenkalkulation. Speichern Sie die MPG-Dateien für nachfolgende Scoring von seltenen Verhaltens Handlungen (zB Stereotypie, Krampfanfälle).

Representative Results

Abbildung 3 zeigt beispielhaft zu unterschiedlichen Lesarten zu einer verlängerten Verhaltensstudie mit CD1-Mäusen. Daten repräsentieren Basisleistung (6-2 Tage vor der Operation), postoperativen Erholung (Tage 2 bis 4) und die Verhaltenseffekte durch anhaltintra cerebro-ventrikulären Verabreichung Gehirn reaktive Antikörper induziert (Tage 6 bis 10, wobei 0 bedeutet, die Operation Tag). Analyse mit Event-Recording-Software zeigt, dass die Versuchsgruppe zeigt Beeinträchtigungen in Nahrungsaufnahme Verhalten, wie von einer niedrigeren Frequenz der Wasserflasche Licks (A) hervorgeht, erhöhte Latenz, um die Saccharose-Lösung (B) zu nähern, und verringerte Nahrungsaufnahme (C) während die Versuchsdauer. Gleich mit diesen Veränderungen, sie zeigen auch verminderte Laufrad Wirksamkeit im Vergleich zur Maus (D) zu steuern. Wie von Video-Tracking-Software gemessen, ambulates die experimentelle Gruppe auch weniger in der Heimat-Käfig (E) und zieht es vor, mehr Zeit im Tierheim (F) zu verbringen. Diese Verhaltensunterschiede einWieder auf Probe ethograms (G) veranschaulicht. Abbildung 3. Repräsentative Variablen in einer Reihe von 10-stündigen täglichen Sitzungen, welche die Diskriminante Kraft des INBEST System. Experimental Mäuse trinken weniger Wasser (A), brauchen länger, um Saccharose-Lösung nähern ((Hirnreaktive Antikörper über 2 Wochen ausgesetzt) B), und verbrauchen weniger Nahrung (C) während des Testzeitraums. Zeitgleich mit diesen Änderungen, sie zeigen auch eingeschränkter Aktivität, wie durch reduzierte Laufrad Anzahl (D) veranschaulicht, verringert Gehfähigkeit (E) und längerer Aufenthalt im Tierheim (F). Diese Verhaltensunterschiede auf Probe ethograms (G) veranschaulicht. Das obere Feld zeigt das Verhalten von einem experimentellen Maus an Tag 6, gekennzeichnet durch reduzierte Nahrungsaufnahme Verhalten,unteren Laufradaktivität und erhöhte Heim Zeit im Vergleich zu einer Kontrollmaus Empfang eines Fahrzeugs (unten). Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieses Bild anzuzeigen.

Discussion

Der Nachweis von funktionellen Wirkungen bei Tieren hängt weitgehend von der Fähigkeit des Forschers die Variabilität inhärenten Verhaltensstudien begrenzen. Daher ist es wichtig, die Kontrolle und Minimierung der potentiellen minutiös verwechselt, die die Zuverlässigkeit und Reproduzierbarkeit der Verhaltensdaten verringern kann. Gleichzeitig ist es wichtig, zu erkennen, dass kein Test spiegelt eine einzelne Domäne des Verhaltens ist, dass das Wissen der neurologischen Funktion zwingend, und das Verhalten ist sehr empfindlich gegenüber externen Belastungen. Wenn die oben genannten Postulate geschätzt werden, kann man schließen, dass umfassende Verhaltensanalyse sollte den zeitlichen Verlauf der Reaktion gemessen sind, als auch, betreffen grundlegende funktionale Merkmale und Paradigmen, die Hahn in spezifische Verhaltensaspekte. Viele dieser Kriterien kann mit computergestützten Beurteilung der Bewegungen und Verhaltensakte in angereicherter hausKäfigUmgebung erfüllt werden.

Bisher war es emphasized, dass Verhaltens Phänotypisierung von Mausmodellen menschlicher Erkrankungen garantiert zusätzliche Überlegungen. Diese Auffassung beruht auf der Prämisse, dass funktionelle Homöostase wird durch interne und externe Stressoren während der Ausbruch der Krankheit in Frage basiert. Obwohl alle potenziellen verwechselt möglicherweise nicht durch die Einführung von automatisierten, haus Käfig Phänotypisierung beseitigt werden, sind Fragen der inkonsistenten Umwelteinstellungen, Transport Stress und wiederholtem Umgang minimiert. Diese deutliche Steigerung Konstanz und Präzision in allen Studien; sogar einer leichten Abnahme der Variabilität Nachweis der Auswirkungen von einer beginnenden Erkrankung induzierte verbessern. Tatsächlich bietet INBEST eine Fülle von Informationen, die eine genauere Beurteilung des Beginns, der Kinetik und der Schwere von Verhaltensänderungen, sowie wichtige Beziehungen zwischen verschiedenen krankheitsbedingten Verhaltensstörungen ermöglicht. Zuverlässigen Videoverfolgungs hängt von zwei Lichtverhältnissen. Zunächst wird diffuses Licht in den Testraum erforderlich, um zu verhindern,Artefakte aus dem nahe gelegenen reflektierenden Objekten. Zweitens kann eine hohe Farbkontrast, indem ein geeigneter Bodenfarbe, von der Subjektfarbe so viel wie möglich unterscheiden erreicht werden. In unserem Labor wird dies durch den Einsatz Flutlichter unter den INBEST Boxen und schwarzen Boden Schalen bei der Überwachung von Albinomäusen positioniert erreicht (weiß oder grau Hintergrund wäre es ausreichend, wenn die Prüfung pigmentierte Stämme). In Bezug auf die Ereignisaufzeichnung Aspekt INBEST die aktuelle Hardware-Einstellung (1 Piccolo-Grafikkarte mit 4 Eingängen) begrenzt 4 Boxen, gleichzeitig pro PC eingesetzt werden. Dies ist eine ziemlich kleine Anzahl von Boxen, während ein geeigneter Aufbau würde erfordern, 8 oder sogar 16 Käfige und somit 2 bzw. 4 PCs verbunden. Vorzugsweise kann INBEST kontinuierlich über 24 h als die Heimat-Käfig verwendet werden. Dies würde es Tiere in vollem Umfang in die Umgebung zu gewöhnen und zu etablieren stabile zirkadianen Verhaltensmuster, die unvoreingenommen analysiert werden kann. Computerdatenverlust durch Stromausfall, einer Dauerleistung so zu verhindernpply (oder zumindest eine unterbrechungsfreie Stromversorgung) muss gesichert sein. Schließlich, um die richtige Bewertung der täglichen Nahrungsaufnahme zu gewährleisten, ist darauf hinzuweisen, dass die Größe der Futterpellets sollte die Größe der Löcher in der Lebensmittelausgabegerät (die empfohlene Größe einer Futterpellet ist 20 mg) nicht übersteigt.

Es ist nicht zu übersehen ist jedoch, dass diese Analyse auch integrieren, wie verschiedene INBEST Maßnahmen können miteinander interagieren. Zum Beispiel Mäuse, die mehr Zeit im Laufrad verbringen dürften, größere Mengen an Nahrung und Wasser aufnehmen, um ihre erhöhte kalorische Anforderungen zu erfüllen. Ebenso kann Mäuse Einnahme mehr Saccharose-Lösung ihre Nahrungsaufnahme zu verringern. Die Interpretation dieser Ergebnisse kann ferner durch die allgemeine Verbesserung der Leistung über die Zeit schwierig sein, insbesondere im Hinblick auf das Verhalten und Laufrad Aktivität Ingestiv. Angesichts ihrer Incentive-Eigenschaften können Experimentatoren auch der Zugriff auf Saccharose-Lösung und t betrachtener Laufrad, um die Wahrscheinlichkeit postingestive Effekte und übermäßiger Gewichtsverlust bzw. entgegenzuwirken. Allerdings können diese Bedenken mehr relevant in einigen Stämmen als andere, weil verschiedene Stämme von Mäusen haben unterschiedliche Verhaltensprofile. Funktioniert zwar sowohl Grundlinie und experimentelle Bestimmung Steuerungen für viele der oben genannten Probleme, müssen Experimentatoren zu erkennen, dass diese Variablen müssen bei der Interpretation INBEST Daten genommen werden. Zur gleichen Zeit können einige Aspekte des Verhaltens nicht im Heimatkäfig Umwelt untersucht werden, was es muss eine Kombination mit Standard-Tests, um die Verhaltensprofil der Patienten zu beenden.

Computergesteuerte Überwachungs innerhalb standardisierte, aber flexible Umgebungen scheint der nächste logische Schritt in der heutigen Verhaltensanalyse sein. Eine solche nicht-invasive, ethologisch basierten Ansatz wird es den Forschern ermöglichen das gesamte Repertoire der Verhaltensantworten über einen längeren Zeitraum zu beobachten. Dieoretically, kann dies durch das Studium Verhalten in einem "virtuellen", angereichert Umgebung, die sehr ähnlich ist einen natürlichen Lebensraum durchgeführt werden. Mehrere Arbeitsgruppen Vision-basierte Tracking-Tools, die Verhaltens Phänotypisierung von Mäusen in ihren Heimatkäfig ^22-25 unterstützt beschrieben, in Dyaden ^{26, 27,} oder im Rahmen der großen gesellschaftlichen Gruppen ^28. Hohe Genauigkeit und räumliche Auflösung kann durch Integration von Video-Nachführung mit Mikrochip-Technologie zum gleichzeitigen und synchronisierten Sammlung von Verhaltensdaten in einer Gruppe von Mäusen ²⁸ erreicht werden. Wärmebildkameras zum Aufspüren von Wärme-Signaturen können mit implantierbaren Mikrochips oder Transponder kombiniert werden, um die relative Position und grundlegenden physiologischen Funktionen von jeder Maus (zB Körpertemperatur, Herz / Atemfrequenz) zu liefern. Darüber hinaus würde eine fortgeschrittene 3D-Tracking-System genauer und quantitative Erkennung von Verhaltens Handlungen zu produzieren. Um die wiederholte Ausführung einer variety von Tests, sollte ein solches System automatisiert werden, ferngesteuert, und modular. Beispielsweise kann das räumliche Gedächtnis in größeren Umgebungen durch die Programmierung der Erscheinung des distalen Hinweise auf LCD-Wände, oder durch die Vorlage / Ausblenden Spender mit schmackhaften Speisen aus beweglichen Böden untersucht werden. In ähnlicher Weise könnte eine neuartige Gegenstände präsentiert / zu bestimmten Zeitpunkten während der Studie ausgeblendet werden. Solche computergestützten Phänotypisierung kann bei der Aufklärung der genetischen Determinanten des Verhaltens, der pathogenen Mechanismen der Krankheitsmodellen und der Entwicklung neuer Therapiestrategien helfen. Wenn ein Konsens in Bezug auf Testbedingungen, Reihenfolge der Tests, sowie die Hard- und Software erreicht ist, kann man erwarten, dass lang erwartete Standardisierung würde Reproduzierbarkeit der Verhaltensstudien zu verbessern und zu erhöhen experimentellen Psychometrie auf ein neues Niveau.

Offenlegungen

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

This work was supported by an Ontario Mental Health Foundation grant to B.S, and an Ontario Graduate Scholarship to M.K.

Materials

Power control interface operating package	Med Associates Inc.	MED-SYST-8	Interface box and PCI card that manage all A/D data inputs and outputs
Stimulus light	Med Associates Inc.	ENV-221M	28 V DC, 100 mA, 2.5 cm diameter light (for presentation of a conditioned stimulus)
Head entry detector	Med Associates Inc.	ENV-254-CB	Permits head entry detection into the pellet receptacle
Photobeam lickometer	Med Associates Inc.	ENV-351W	Infrared sensor system for detecting beam interception by snout
Food pellets	Bio-Serv	F0163	Dustless precisions food pellets (20 mg rodent grain-based diet)
Food dispenser	Med Associates Inc.	ENV-203-20	Automated food dispensing system consisting of elevated plastic container and dispensing tube
Food receptacle	Med Associates Inc.	ENV-303R2W	Infrared sensitive base to signal when food pellet is dispensed or collected
Climbing mesh	Med Associates Inc.	CT-Climbing mesh	Durable metal rungs, dimensions
Med PC IV software	Med Associates Inc.	SOF-735	Integrates data acquisition from all electronic devices
MPC2XL v1.4	Med Associates Inc.	SOF-731	Raw data transfer utility
Soft CR Pro v1.05	Med Associates Inc.	SOF-722	Remote online monitoring software
Running wheel	Med Associates Inc.	CT-MSUB-ENV-3042-X1	Activity wheel for mice
Digital counter	Med Associates Inc.	ESUB-ENV-3000	LCD counter (4 counts = 1 revolution = 54.6 cm length)
Picolo Diligent frame grabber	Euresys		High-resolution PCI video capture card
Ethovision XT 8.5	Noldus Information Technology		Video-tracking software
Camera	Panasonic	WV-BP334	Digital, low-lux video camera suspended from a custom-made metal stand
Video Splitter	American Dynamics	ADQUAD87	Integrates and digitizes inputs from 4 video cameras

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Sakic, B., Cooper, M. P. A., Taylor, S. E., Stojanovic, M., Zagorac, B., Kapadia, M. Behavioral Phenotyping of Murine Disease Models with the Integrated Behavioral Station (INBEST). J. Vis. Exp. (98), e51524, doi:10.3791/51524 (2015).