מועצת החור השתנה - מדידת התנהגות, קוגניציה ואינטראקציה חברתית בעכברים וחולדות
Summary
This protocol describes the modified hole board, which is a behavioral test set-up that comprises the characteristics of an open field and a traditional hole board. This set-up enables the differential analysis of unconditioned behavior of small laboratory mammals as well as the analysis of cognitive abilities.
Abstract
פרוטוקול זה מתאר את חור הלוח שונה (MHB), המשלב תכונות מחור לוח מסורתי ושדה פתוח ונועד למדוד את ממדים רבים של התנהגות מותנית ביונקים קטנים מעבדה (למשל, עכברים, חולדות, חדפי עצים וקופים קטנים). פרדיגמה זו היא חלופה רבת ערך לשימוש בסוללה מבחן התנהגות, שכן קשת רחבה של התנהגות פרופיל ההתנהגות של בעלי חיים יכולה להיחקר במבחן אחד ויחיד.
המנגנון מורכב של תיבה, המייצג את האזור 'המוגן', הופרד מתא קבוצה. לוח, שבו צילינדרים קטנים מעד בשלוש שורות, ממוקם במרכז התיבה, המייצג את האזור "לא מוגן" של הסט-אפ. היכולות הקוגניטיביות של בעלי החיים ניתן למדוד על ידי מתגרה כמה בלונים על הלוח ומדידת זיכרון העבודה והתייחסות. התנהגות הבלתי מותנית אחרת, כגון activity-related-, חרדה-related- והתנהגות חברתית, ניתן לצפות באמצעות פרדיגמה זו. גמישות התנהגותית והיכולת להרגיל לסביבת רומן בנוסף ניתן לצפות על ידי חשיפת בעלי החיים לניסויים רבים בMHB, חושפים תובנות יכולות הסתגלותם של בעלי החיים.
בשל בדיקת השפעות סדר בסוללת מבחן התנהגות, יש להשתמש בבעלי חיים תמימים לכל ניסוי בודד. על ידי בדיקת ממדי התנהגות מרובים בפרדיגמה אחת, ובכך לעקוף את הבעיה, את מספר בעלי החיים ניסוי נעשה שימוש מופחת. יתר על כן, על ידי הימנעות מהבידוד חברתי במהלך בדיקה וללא הצורך במזון לשלול בעלי החיים, MHB מייצג מערכת בדיקה התנהגותית, גרימה אם בכלל, כמות נמוכה מאוד של לחץ.
Introduction
חור הלוח שונה (MHB) משמש כדי להעריך ממדים רבים של התנהגות הבלתי מותנית, בעיקר בעכברים וחולדות 1. מספר בדיקות בשימוש נרחב למדוד פרמטר התנהגות יחיד שאינו מכסה את כולו הפנוטיפ של ממד התנהגות לחלוטין. MHB פותח מבוסס על הרעיון כי מכרסמים יכולים להראות הרפרטואר ההתנהגותי שלהם העשיר רק בסביבת בדיקות עשירה 2 ובכך מאפשר לתצפיות האתולוגיה מורכבות.
ההגדרה כוללת את המאפיינים של חור הלוח המסורתי ובדיקת השדה הפתוחה, וכתוצאה מכך הפרדיגמה מורכבת אחת המתגברת על החסרונות של סוללה בדיקה (כלומר, בהפחתת מספרם של בעלי החיים המשמש 1,3,4, עקיפת השפעות אפשריות של סדר בדיקה 5, וצמצום זמן-השפעה ועלויות 6). 7 בניגוד לרוב בדיקות התנהגותיות (למשל, Hånell & Marklund, 2014) </ Sup>, יתרון של MHB הוא שבעלי חיים לא צריך להיות מקופח מזון כדי להגביר את המוטיבציה לפתור את המשימה. בנוסף, בידוד חברתי ניתן לעקוף במהלך בדיקה על ידי הצבת בני זוג קבוצה של בעלי החיים הניסיוניים בתא (קבוצות השאירים) מופרד מתא הבדיקה על ידי מחיצה מחוררת שקופה, המאפשרת למגע חזותי, שמיעתי וחוש ריח 8,9.
MHB כבר (פרמקולוגית) תוקף לשני העכברים וחולדות 1,6. מגוון רחב של התנהגויות ניתן למדוד, כגון הימנעות התנהגות, הערכת סיכונים, עוררות, חקר, פעילות של תנועה, התרגלות, זיקה חברתית והכרה 2,8-10. בנוסף, MHB יכול להיות משולב עם בדיקת צריכת מזון עיכוב, כמו גם מבחן זיהוי אובייקט רומן 10,11. לבסוף, MHB יכול לשמש גם כדי לבצע ניסויי לחץ חברתיים על ידי בדיקת בעלי חיים הביסו חברתי תוך שימת פרט דומיננטי בתא הקבוצה 12,13. פרוטוקול זה לעכברים וחולדות ייתן סקירה של היישומים המרובים של MHB.
Protocol
Representative Results
Discussion
הפרדיגמה MHB ניתן להשתמש כדי למדוד ממדים רבים של התנהגות הבלתי-מותנית. הפרוטוקול ניתן לשנות מעט בהתאם למטרת הניסוי. בפרוטוקול זה אנו דנים בהגדרות, הפעמים והמדידות משמשות בדרך כלל במעבדה שלנו. עם זאת, סטיות קלות למדידות של המנגנון היו בשימוש בעבר וגם את כמות גלילים על הלוח עשויה להשתנות 3. לעתים קרובות מחקרים להעסיק זמן בדיקה של 5 דקות לכל משפט, אבל בפעמים אחרות בדיקה יכולות להיות גם מתאימות, כלומר, שהסתיים הבדיקה בהקדם משפט קוגניטיבית הושלם בהצלחה או בהארכת זמן בדיקה אם בעלי החיים הם מאוד חרדים או פגומים באופן פיזי. השעה ביום של בדיקות נבחרה להיות בתנאי אור אדום מאז מכרסמים הם בעלי חיים ליליים ופעילים ביותר בשלב המוקדם הכהה. Roedel et al. (2006) מציג את האפקטים של אור או בדיקת שלב כהה על ביצועים התנהגותיים וקוגניטיבייםבעכברי DBA בMHB 16. מחקרים אחרים ביצעו ניסויי MHB בתנאי אור לבנים 1,6, עם זאת, יש לציין שבדיקה בתנאי אור לבנים יכולה לגרום לעיכוב התנהגות והפרעות קוגניטיביות (כפי שמוצג בעכברי DBA) 16.
לוחות 1 ו -2 מכילים כמות גדולה של פרמטרים התנהגותיים כדי להימדד. במהלך ניתוח נתונים זה יכול להוביל לכמה פרמטרים המצביעים על עלייה משמעותית של למשל "חביון לוח הכניסה הראשון", אך לא בפרמטרים אחרים של אותה מערכת המוטיבציה (במקרה זה "הימנעות"). בחלק ממקרים זה עלול להוביל לתוצאות חד משמעיות. Guilloux et al. (2011) הציג z-ציוני התנהגות משולבים לphenotyping ההתנהגות בעכברים 24. עם השימוש של z-ציוני התנהגות משולבים ניתן לשלב מספר רב של פרמטרים לz-ציון יחיד המתאר motivatio מסויםמערכת סופית. Z-הציונים הבאים בתורו יכולים להיות שלהם בקלות רבה יותר בהשוואה לרוחב בדיקות וניסויים התנהגותיים.
מלבד התכונות המתוארות של פרדיגמה זו, שימוש מעמיק יותר התברר במחקר של אל סלומונס et. (2012). ההתרגלות לחידוש של שני זני עכבר (BALC / CJ ו129P3 / י) בMHB הושוותה, מציגה את הבדל בגמישות התנהגותית המצביע על פרופיל התנהגות שאינה מסתגל של עכברי 129P3 / J 4, שיקוף לקוי יכולות הסתגלות וכנראה אפילו חרדה פתולוגית.
מסכם, MHB מאפשר מדידה של מידות התנהגות מרובות בניסוי יחיד. על ידי שילוב של תכונות מחור לוח מסורתי ובדיקת שדה פתוחה, התנהגות הבלתי מותנית, אינטראקציה חברתית, קוגניציה ויכולות הסתגלות, כלומר, ניתן לחקור רווחה. יכולים לבדוק את זה לדוגמא ניתן להשתמש כדי להעריך את השינויים בהתנהגות עקב pharmacological- ו / אומניפולציות גנטיות, רבייה סלקטיבית ויכולות הסתגלות. בהשוואה לסוללות מבחן קלאסיות, את מספר בעלי החיים דרושים באופן ברור מופחת ולחץ שחווים בעלי החיים במהלך הבדיקה הוא נמוך ביותר.
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
The authors would like to acknowledge the work of Annemarie Baars and José Lozeman-van ‘t Klooster in performing, assisting and teaching experiments using the mHB set-up.
Materials
| Name of Reagent/ Equipment | Company | Catalog Number | Comments/Description |
| Standard mHB apparatus | N/A | N/A | The standard mHB apparatus consists of a grey PVC experimental box (100x50x50 cm) separated from a group compartment (50x50x50 cm) by a transparent, perforated partition. If the presence of group mates is unwanted or if individually housed animals are tested, the transparent partition is replaced by a partition made of grey PVC. The board (60x20x0.5 cm; made of grey PVC) is placed in the middle of the box and can contain 20 cylinders (ᴓ 1.5 cm) staggered in two lines or 23 cylinders (ᴓ 3 cm) staggered in three lines positioned on the board. The area around the board is divided by black lines into 10 rectangles (20×15 cm) and 2 squares (20×20 cm). |
| Cognitive mHB apparatus | N/A | N/A | The box for cognitive testing is 50×50 cm by inserting a partition made of grey PVC in the standard mHB. A smaller board (35x22x1 cm) with 10 cylinders is placed in the middle of the box. All cylinders are scented with a flavor animals are attracted to (e.g. vanilla) and all are baited with a reward (e.g. a piece of almond) beneath a grid so the animals cannot remove it. Cylinders (often three) are cued with a colored ring (contrasting with the grey PVC) and are baited with a removable reward (e.g. 0.05 g piece of almond). |
| Vanilla flavor | N/A | N/A | Vanilla flavor dissolved in water (0.02%) |
| Camera | N/A | N/A | Camera that generates sufficient quality output to rescore the behavior from video. |
| Stage light | N/A | N/A | A theather light that allows to adjust the light intensity and the dimensions of the surface that is lit. |
| Behavioral scoring software | N/A | N/A | Behavioral scoring software. |
References
- Ohl, F., Holsboer, F., Landgraf, R. The modified hole board as a differential screen for behavior in rodents. Behav. Res. Methods Instrum. Comput. 33 (3), 392-397 (2001).
- Ohl, F., Holsboer, F., Ströhle, A. . Anxiety and Anxiolytic Drugs. 169, 35-69 (2005).
- Staay, F. J., Gieling, E. T., Pinzon, N. E., Nordquist, R. E., Ohl, F. The appetitively motivated ‘cognitive’ holeboard: A family of complex spatial discrimination tasks for assessing learning and memory. Neurosci. Biobehav. Rev. 36 (1), 379-403 (2012).
- Salomons, A. R., van Luijk, J. A., Reinders, N. R., Kirchhoff, S., Arndt, S. S., Ohl, F. Identifying emotional adaptation: Behavioural habituation to novelty and immediate early gene expression in two inbred mouse strains. Genes Brain Behav. 9 (1), 1-10 (2010).
- McIlwain, K. L., Merriweather, M. Y., Yuva-Paylor, L. A., Paylor, R. The use of behavioral test batteries: Effects of training history. Physiol. Behav. 73 (5), 705-717 (2001).
- Ohl, F., Sillaber, I., Binder, E., Keck, M. E., Holsboer, F. Differential analysis of behavior and diazepam-induced alterations in C57BL/6N and BALB/c mice using the modified hole board test. J. Psychiatr. Res. 35 (3), 147-154 (2001).
- Hanell, A., Marklund, N. Structured evaluation of rodent behavioral tests used in drug discovery research. Front Behav Neurosci. 8 (252), (2014).
- Laarakker, M. C., van Lith, H. A., Ohl, F. Behavioral characterization of A/J and C57BL/6J mice using a multidimensional test: Association between blood plasma and brain magnesium-ion concentration with anxiety. Physiol. Behav. 102 (2), 205-219 (2011).
- Kooij, M. A., Ohl, F., Arndt, S. S., Kavelaars, A., van Bel, F., Heijnen, C. J. Mild neonatal hypoxia-ischemia induces long-term motor- and cognitive impairments in mice. Brain. Behav. Immun. 24 (5), 850-856 (2010).
- Boleij, H., Salomons, A. R., van Sprundel, M., Arndt, S. S., Ohl, F. Not all mice are equal: Welfare implications of behavioural habituation profiles in four 129 mouse substrains. PLoS One. 7 (8), e42544 (2012).
- Enard, W., et al. A humanized version of Foxp2 affects cortico-basal ganglia circuits in mice. Cell. 137 (5), 961-971 (2009).
- Bartolomucci, A., Fuchs, E., Koolhaas, J. M., Ohl, F., Gould, T. D. Acute and chronic social defeat: Stress protocols and behavioral testing. Mood and anxiety related phenotypes in mice. 42, 261-275 (2010).
- Erhardt, A., et al. Consequences of chronic social stress on behaviour and vasopressin gene expression in the PVN of DBA/2OlaHsd mice-influence of treatment with the CRHR1-antagonist R121919/NBI 30775. J. Psychopharmacol. 23 (1), 31-39 (2009).
- Salomons, A. R., Kortleve, T., Reinders, N. R., Kirchhoff, S., Arndt, S. S., Ohl, F. Susceptibility of a potential animal model for pathological anxiety to chronic mild stress. Behav. Brain Res. 209 (2), 241-248 (2010).
- Kooij, M. A., et al. NF-κB inhibition after neonatal cerebral hypoxia–ischemia improves long-term motor and cognitive outcome in rats. Neurobiol. Dis. 38 (2), 266-272 (2010).
- Roedel, A., Storch, C., Holsboer, F., Ohl, F. Effects of light or dark phase testing on behavioural and cognitive performance in DBA mice. Lab. Anim. 40 (4), 371-381 (2006).
- Arndt, S. S., et al. Individual housing of mice–impact on behaviour and stress responses. Physiol. Behav. 97 (3-4), 385-393 (2009).
- Salomons, A. R., Arndt, S. S., Lavrijsen, M., Kirchhoff, S., Ohl, F. Expression of CRFR1 and Glu5R mRNA in different brain areas following repeated testing in mice that differ in habituation behaviour. Behav. Brain Res. 246, 1-9 (2013).
- Henry, B. L., Minassian, A., Young, J. W., Paulus, M. P., Geyer, M. A., Perry, W. Cross-species assessments of motor and exploratory behavior related to bipolar disorder. Neurosci. Biobehav. Rev. 34 (8), 1296-1306 (2010).
- Chesler, E. J., Wilson, S. G., Lariviere, W. R., Rodriguez-Zas, S. L., Mogil, J. S. Identification and ranking of genetic and laboratory environment factors influencing a behavioral trait, thermal nociception, via computational analysis of a large data archive. Neurosci. Biobehav. Rev. 26 (8), 907-923 (2002).
- Ohl, F., Roedel, A., Binder, E., Holsboer, F. Impact of high and low anxiety on cognitive performance in a modified hole board test in C57BL/6 and DBA/2 mice. Eur. J. Neurosci. 17 (1), 128-136 (2003).
- Gordan, M. L., Jungwirth, B., Ohl, F., Kellermann, K., Kochs, E. F., Blobner, M. Evaluation of neurobehavioral deficits following different severities of cerebral ischemia in rats: A comparison between the modified hole board test and the morris water maze test. Behav. Brain Res. 235 (1), 7-20 (2012).
- Salomons, A. R., Arndt, S. S., Ohl, F. Impact of anxiety profiles on cognitive performance in BALB/c and 129P2 mice. Cogn. Affect. Behav. Neurosci. 12 (4), 794-803 (2012).
- Guilloux, J., Seney, M., Edgar, N., Sibille, E. Integrated behavioral z-scoring increases the sensitivity and reliability of behavioral phenotyping in mice: Relevance to emotionality and sex. J. Neurosci. Methods. 197 (1), 21-31 (2011).
- . . Guide for the Care and Use of Laboratory Animals. , (2010).
