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

Please note that all translations are automatically generated. Click here for the English version.

Comportamento

Comportamiento Fenotipificación de modelos murinos de enfermedades con la Estación Integrada Comportamiento (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

Monitoreo prolongado y exhaustivo de los ratones en un ambiente en el hogar jaula proporciona una comprensión más profunda de la conducta aberrante en modelos murinos de enfermedades cerebrales. Este artículo describe la estación del Comportamiento Integrado (InBest) como componente clave del análisis del comportamiento contemporáneo.

Abstract

Debido a los rápidos avances en la ingeniería genética, pequeños roedores se han convertido en los temas preferidos en muchas disciplinas de la investigación biomédica. En los estudios de trastornos crónicos del SNC, existe una creciente demanda de los modelos murinos con alta validez en el nivel de comportamiento. Sin embargo, varios mecanismos patogénicos y los déficits funcionales complejas a menudo imponen retos para medir de forma fiable e interpretar el comportamiento de los ratones enfermos crónicos. Por lo tanto, se requiere la evaluación de la patología periférica y un perfil de comportamiento en varios puntos de tiempo utilizando una batería de pruebas. Vídeo-tracking, la espectroscopia de comportamiento, y la adquisición remota de medidas fisiológicas son tecnologías que permiten el análisis del comportamiento integral, precisa e imparcial en un hogar-base-como surgiendo. Este informe describe un protocolo de fenotipos refinada, que incluye un aparato de monitorización del cliente (estación de comportamiento integrado, InBest) que se centra en las mediciones prolongadas de basalidas funcionales sic, como la actividad espontánea, la comida / toma de agua y la conducta motivada en un ambiente relativamente libre de estrés. Las mejoras técnicas y conceptuales en el diseño InBest pueden promover una mayor reproducibilidad y la estandarización de los estudios de comportamiento.

Introduction

Los rápidos avances en la ingeniería genética en los últimos decenios han conducido a una proliferación sin precedentes de modelos animales de enfermedades humanas. Los ratones han adquirido la condición de sujetos experimentales primarios en ciencias biomédicas por varias razones. Desde un punto de vista práctico, tienen una alta tasa de reproducción, son relativamente baratos, y son fáciles de casa. Desde un punto de vista conceptual, que son genéticamente cercanos a los humanos, pueden ser modificadas genéticamente con relativa facilidad, y han endocrino, inmune y nervioso altamente desarrollado. Además de las lesiones en los niveles genéticos y celulares, los estudios contemporáneos de trastornos cerebrales requieren la demostración de los déficits funcionales replicables que cara más destacado, construir, o validez predictiva de un nuevo modelo de ratón ^1.

Una infección aguda en un mamífero homeotermos a menudo resulta en la respuesta febril, que junto con comportamiento de la enfermedad, constituye una de lasprincipales mecanismos de supervivencia ^2. Plenamente animales enfermos presentan alteraciones significativas en los alimentos / la ingesta de agua y el rendimiento en tareas de reflexión de la reactividad emocional, conducta exploratoria, y la capacidad de aprendizaje / memoria. Estos cambios explican en gran parte la actividad social / alteración sexual y la conservación de la energía para las reacciones inmunológicas defensivas. Sin embargo, cuando las condiciones agudas se convierten crónica (como se ve en muchos inmunológico, endocrino y enfermedades neurológicas), el rendimiento de comportamiento puede empeorar aún más debido al daño estructural de diversos órganos, incluyendo el cerebro ^3.

Enfermedades neurodegenerativas humanas y animales son a menudo acompañadas por una constelación de déficits neurológicos y de comportamiento. Por lo tanto, un objetivo clave en los estudios de comportamiento de los animales enfermos crónicos es distinguir los efectos centrales de los déficits inducidos por sintomatología periférica. Sin embargo, la relativamente corta duración de las tareas de comportamiento estándar limita el cobro revertidoion de la información relativa a las medidas funcionales básicos, como el olfato, el descanso, el sueño, la alimentación / consumo de agua, o episodios epilépticos. La inclusión de estas medidas de mejora de perfiles de comportamiento y permite una mejor interpretación de los resultados en las tareas de actividad exigente.

Los refinamientos en el fenotipo conductual de los ratones enfermos

Las deficiencias en la evaluación del perfil de comportamiento de los ratones enfermos han hecho necesario el monitoreo continuo de los ratones que viven solos por PC-rápido procesamiento. Aunque diversas baterías de comportamiento pueden ser diseñados ^{4, 5,} se enumeran a continuación son los procedimientos que se han utilizado para establecer con éxito un modelo animal de lupus neuropsiquiátrico ^6. Esta batería se aplica repetidamente en ambos modelos sub-crónicas y crónicas de la enfermedad (Figura 1), tales como deterioro cognitivo leve y la enfermedad de Alzheimer ^7. Tras una serie de pruebas neurológicas ^8-10, acaparatos ustom hecha, diseñado para satisfacer las demandas anteriores mediante la utilización de la monitorización continua de múltiples salidas de comportamiento en un ambiente en el hogar-jaula-como enriquecido, puede ser empleado. Tal enfoque etológico-a la evaluación de la actividad exploratoria espontánea y la conducta motivada proporciona una comprensión más completa de los déficits de rendimiento en otros paradigmas, tales como los reflectante del aprendizaje y la memoria.

Figura 1. Representación esquemática de fenotipado conductual longitudinal en nuestro laboratorio. La batería de comportamiento está diseñado para evolucionar de menos- hacia más- tareas estresantes, que se repiten en diferentes momentos de la hora de evaluar los efectos de los factores sostenidos, como la progresión de la enfermedad, el tratamiento farmacológico o respuestas inmunológicas. Pruebas InBest e individuales se llevan a cabo durante el p oscurohase, a menudo más de 10 y 2 horas, respectivamente Abreviaturas:. R – reflejos; BW – Manga Corta prueba; RR – rotarod; OT – pruebas olfativas; SP – Prueba de Preferencia sacarosa; SD – De bajada de prueba; NO – prueba objeto de Novela; DE – prueba en campo abierto; SAB – Comportamiento alternancia espontánea; FS – prueba de natación forzada; MWM – laberinto acuático de Morris. * – Aspectos de la prueba (por ejemplo, la ubicación, el contexto, color, forma) que necesitan ser alterados en los ensayos posteriores a lo largo curso de experimento.

Continua la grabación en vídeo y análisis de comportamiento en un ambiente en el hogar-jaula-como se informó por primera vez en 2007 ^11. Un aparato automático más complejo que integra las pruebas de comportamiento utilizados en estudios con ratones autoinmune fue presentado en el 'Comportamiento de medición' cumplir un año más tarde ^12. La estación de Behavioral integrado (InBest, Figura 2A) es un sistema modular, que comprises de un estímulo luminoso refugio, controlado por ordenador, dos lickometers fotocélulas controladas (uno para el agua, uno para una solución de interés), un dispensador automático de comida, una rueda para correr computarizado, y una malla de escalada digitalizada. Latencias, frecuencias y duraciones de comportamientos específicos son examinados usando software personalizado. Locomotor y la actividad exploratoria (por ejemplo, de un objeto de novela o una misma especie desconocida) se puede evaluar con el software de vídeo-seguimiento (Lista de Materiales / Equipo), durante el sueño y los patrones de comportamiento menos frecuentes, como el comportamiento y las convulsiones de auto-lesión, puede se marcarán manualmente con el software de vídeo de seguimiento de paquetes o evento de grabación dedicados. Se utilizan ocho ajustes InBest / vídeo completas, permitiendo así la supervisión concurrente de 4 animales control experimentales y 4 (Figura 2B).

<img alt="Figura 2" src="/files/ftp_upload/51524/51524fig2.jpg" />
Figura 2. Estación Conductual Integrada. (A) Representación esquemática de hardware, y el software utilizado en el diseño de una caja InBest (L = 39 x W x H = 53 = 50 cm). (B) Ocho cajas InBest completas proporcionan una oportunidad para vigilancia de la casa-jaula concurrente de cuatro ratones experimentales y cuatro de control. Por favor, haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Las variables dependientes incluyen mediciones de la ingesta de alimentos / agua, la capacidad de respuesta a la estimulación agradable al paladar, la actividad ambulatoria espontánea, escalada, carrera voluntaria, los comportamientos relacionados con la ansiedad (por ejemplo, la exploración de la novela objeto), el aseo, la incautación y el dormir. Además, los estímulos visuales pueden ser presentados para el acondicionamiento y de aprendizaje paradigmas. Las ventajas de InBest más de las pruebas de comportamiento estándar incluyen la eliminación de induc efectos de confusióned por el estrés del transporte, así como continua colección, automatizado de medidas reflectantes de actividad nocturna, exploración, relacionado con la ansiedad y comportamientos depresivo-como. La integración de los componentes de hardware sensibles con un paquete de vídeo-seguimiento produce una gran cantidad de información, lo que permite una mejor evaluación de la conducta en relación con la progresión de la enfermedad crónica en diversos modelos animales. InBest se puede utilizar para estudiar otros trastornos crónicos del SNC (por ejemplo, autismo, depresión mayor, esquizofrenia), así como en estudios longitudinales centrados en el desarrollo neurológico, efectos conductuales de trastornos sistémicos / neoplásica, y la farmacoterapia prolongada.

Protocol

Todos los procedimientos son aprobados por el Comité de Cuidado de Animales de la Universidad de McMaster y realizan de acuerdo con las directrices establecidas por el Consejo Canadiense de Cuidado de Animales. 1. Procedimientos Generales Habituar a los ratones durante 1-2 semanas a un 12 horas de luz / oscuridad ciclo existente (por ejemplo, 08 a.m.-8 p.m.). Realizar todos los procedimientos y pruebas durante el ciclo de oscuridad, con RT, la humedad y la intensidad de la luz que es relativamente constante. Marcar o cola-tatuaje todos los ratones para una fácil, identificación numérica durante un período prolongado y manejarlos 1-2 horas al día durante 5-7 días. Repetir las mediciones diarias de la temperatura rectal, peso corporal y la ingesta de alimentos / agua para detectar la fiebre y / o desnutrición potencial inducida por el envejecimiento o progreso de la enfermedad. Criterios de exclusión estándar incluyen bajo peso corporal debido a la reducción de alimentos / la ingesta de agua, postura encorvada con pelaje rizado, hidrocefalia, porfirina descarga de alrededor de los ojos, etc. Para identifdéficits neurológicos Y que pueden confundir la actividad y el rendimiento general, realizar pruebas sensoriomotoras estándar, tales como la extremidad posterior que abrocha reflejo 13, visual reflejo colocación 14, geotaxis prueba 15, cesta de prueba 16, haz de prueba de marcha de 17 a 19, de Rotarod 20, y las pruebas olfativas 21. Nota: Los resultados también pueden ayudar en el análisis de correlación con medidas InBest, más cuidadosa selección de otros procedimientos (por ejemplo, laberinto de agua de Morris si los ratones son ciegos, nuevo test objeto si los ratones son hiposmia / anosmic), la reducción de la variabilidad dentro del grupo, y la exclusión de los ratones con déficit de nacimiento o infección. Limpie el aparato de vidrio plástico y con un desinfectante para eliminar rastros urinarios mientras prueba los ratones de los grupos experimentales y de control de forma alternada. 2. Integrado de Estaciones Behavioral Procedimiento (InBest) Inicio de jaula creó Rellene dispensador de comidas con 20 mg pastillas de perro chino del ratón. Llenar botellas con agua del grifo. Nota: una segunda botella puede ser llenado con una solución de interés, tal como sacarosa o sacarina solución para una prueba de preferencia. Pesar botellas para calcular el volumen consumido en el final de la sesión. Inserte caños de botella en los lickometers. Asegúrese de que la boquilla no bloquee el sensor de infrarrojos; si lo hace, reducir la longitud de la boquilla. Coloca los refugios en la esquina seleccionada de la casa-jaula. Configuración del equipo Nota: Los comandos de software suministrados en los pasos 2.2 a 2.11 son relevantes para el paquete de software 8.5 Ethovision XT (especificado en la Lista de Materiales / Equipos) y las condiciones de prueba en nuestro laboratorio. Ilumine la habitación con difusa, luz tenue que sea suficiente para vídeo-seguimiento, pero no se reflejan en el cuadro, el suelo o las paredes. Abra un proyecto predeterminado vídeo-seguimiento y establecer la configuración del experimento, tecleandoen detalles pertinentes (por ejemplo, la fecha / hora del estudio, la asignación de grupos, las condiciones ambientales, etc.). Posteriormente, seleccione la fuente de vídeo apropiado (Picolo capturador diligente), número de arenas (4), el seguimiento de puntos (centro-, nariz- y cola-punto), y las unidades de medida (centímetros, segundos y grados). Después de seleccionar la pestaña Lista de Cuestiones en Configuración, defina el número de ensayos haciendo clic en el botón Añadir Ensayos (1). A continuación, especifique las variables independientes (por ejemplo, ID de ratón, el género, la asignación de grupos, cepa) utilizando el botón Agregar Variable. Haga clic en la ficha Configuración del estadio y la captura de la imagen de fondo del vídeo en directo. Definir los parámetros de la arena individuo delineando el perímetro exterior utilizando la herramienta de dibujo adecuado (como crear rectángulo / polilínea / elipse). A continuación, añadir zonas de interés haciendo clic en el botón Añadir grupo de zonas y se expongan las distintas zonas (por ejemplo, el suelo, lickometers, dispensador de comida, malla de escalada <em> etc.) de una manera idéntica. Añadir zonas ocultas para las áreas en las que el ratón no se puede ver (por ejemplo, la vivienda y la rueda para correr, Figura 2) haciendo clic en el botón Añadir Ocultos Grupo de la Zona. Asegúrese de que se especifica una entrada / salida y vinculado a cada zona oculta. Repita los pasos 02.04 a 02.05 para cada escenario. Realice la calibración arena resaltando calibración y el uso de la herramienta adecuada (crear escala de calibración / ejes) para proporcionar ancho de arena y longitud. Por último, validar la configuración Arena haciendo clic en el botón Configuración Validar Arena. Marque la ficha Configuración de control de prueba y especificar inicio / parada condiciones y duración del ensayo. Establezca la condición de inicio para comenzar cuando la duración del punto central excede 1 seg en la arena. Manipular la duración del ensayo mediante la ampliación del cuadro de parada para el establecimiento del juicio para terminar después de un retraso, tal como 10 horas. En la pestaña Configuración de detección, destacar los métodos de detección apropiados (por ejemplo,, Resta dinámico y basado en modelos). A continuación, tomar la imagen de referencia de la arena vacía haciendo clic en el botón Configuración en la ficha Detección y pulsando el botón actual Grab. Ajuste el rango de contraste de tal manera que el centro, la nariz y la detección basada en cola para cada ratón son fiables, precisos y continua. Para los ratones albinos, especifique que el ratón es más brillante que el fondo, y más oscuro que el fondo si se utiliza una cepa pigmentada. Nota: El tamaño del sujeto y la tasa de muestra de vídeo se pueden cambiar de acuerdo a la distancia entre la cámara encima de la cabeza y el sujeto, así como la velocidad de procesamiento del PC utilizado (por ejemplo, 14,9 cuadros / seg). Asegúrese de que todos los cambios se guardan antes de salir del módulo de configuración de detección. Encienda el dispositivo de interfaz, que es responsable de convertir eventos analógicas grabadas desde los dispositivos de entrada (por ejemplo, la interrupción del haz de luz infrarroja, el movimiento de la rueda de funcionamiento etc.) en diregistros GITAL. Adquisición De Datos Nota: Los siguientes comandos de software son relevantes a la rutina Med PC IV hechos a medida ("mago") que proporciona la entrada paso a paso de los parámetros de sesión (por ejemplo, duración 10 horas de prueba, ID ratón, asignación de grupo, etc.). Coloque cada ratón en el cuadro asignado. Sincronizar paquetes de toma de video y el evento de seguimiento pulsando simultáneamente los botones 'récord'. Sal de la habitación experimental en silencio. Cuando el período de registro caduca (por ejemplo, unas horas, días o semanas), eliminar los ratones y los devuelven a su casa-jaulas. Mida peso de las botellas y guardar todas las grabaciones digitales en soporte digital (disco duro, memoria USB portátil, DVD). Transferir datos en bruto a una hoja de cálculo. Guarde los archivos MPG para la posterior de puntuación de los actos de comportamiento poco frecuentes (por ejemplo, estereotipia, convulsiones).

Representative Results

La Figura 3 es un ejemplo de diferentes lecturas en un estudio de comportamiento prolongado con ratones CD1. Los datos representan el rendimiento de referencia (6 a 2 días antes de la cirugía), la recuperación después de la cirugía (día 2 a 4) y efectos en el comportamiento inducidos por la administración sostenida intra-cerebro-ventricular de anticuerpos cerebrales reactiva (días 6 a 10 donde 0 denota; el día de la cirugía). Análisis con el software de grabación de evento revela que el grupo experimental muestra deficiencias en el comportamiento de ingestión, como se evidencia por una menor frecuencia de lame la botella de agua (A), aumento de la latencia de acercarse a la solución de sacarosa (B), y la disminución de consumo de alimentos (C) durante el período experimental. Coincidiendo con estos cambios, también muestran actividad rueda de rodadura disminuida en comparación con los ratones control (D). Como medida por el software de vídeo-seguimiento, el grupo experimental también deambula menos en la casa-jaula (E) y prefiere pasar más tiempo en el refugio (F). Estas diferencias de comportamiento are se ilustra en etogramas muestra (g). Figura 3. Variables de representación en una serie de sesiones diarias de 10 hr que ilustran el poder discriminante del sistema InBest. Ratones Experimental (expuestos a anticuerpos cerebrales reactiva más de 2 semanas) beber menos agua (A), tomar más tiempo para acercarse a una solución de sacarosa ( B), y consumen menos alimentos (C) durante el periodo de prueba. Coincidiendo con estos cambios, también muestran actividad alterada, como se ejemplifica en el recuento de rueda de rodadura reducida (D), disminución de la deambulación (E) y la prolongación de su permanencia en el refugio (F). Estas diferencias de comportamiento se ilustran en etogramas muestra (g). El panel superior muestra el comportamiento de un ratón experimental en el día 6, que se caracteriza por un comportamiento de ingestión reducida,menor actividad de rueda para correr y aumento del tiempo de refugiarse en comparación con un control del ratón recibir un vehículo (panel inferior). Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Discussion

La detección de los efectos funcionales en animales depende en gran medida de la capacidad del investigador para limitar la variabilidad inherente a los estudios de comportamiento. Por lo tanto, es importante meticulosamente control y minimizar los posibles factores de confusión que pueden reducir la fiabilidad y reproducibilidad de los datos de comportamiento. Al mismo tiempo, es importante reconocer que ninguna prueba refleja un único dominio de la conducta, que el conocimiento de la función neurológica es obligatoria, y que el comportamiento es muy sensible a los factores de estrés externos. Si se aprecian los postulados anteriores, se puede concluir que el análisis del comportamiento integral debe incluir la evolución temporal de la respuesta medida, así como, involucrar a los rasgos y paradigmas que aprovechan los aspectos conductuales específicas funcionales básicos. Muchos de estos criterios pueden cumplirse mediante la evaluación informatizada de los movimientos y actos de comportamiento en un ambiente en el hogar-jaulas acondicionadas.

Hasta el momento, ha sido emphasized fenotipificación que la conducta de los modelos murinos de enfermedad justifica humanos Consideraciones adicionales. Esta idea se basa en la premisa de que la homeostasis funcional es desafiado por factores estresantes internos y externos durante la aparición de la enfermedad. Aunque todos los factores de confusión potenciales no pueden ser eliminados por la introducción de automatizado, el fenotipo casa-jaula, las cuestiones relativas a los ajustes inconsistentes ambientales, el estrés del transporte y la manipulación repetida se reducen al mínimo. Esto mejora significativamente la consistencia y precisión en todos los estudios; incluso pequeñas reducciones en la variabilidad puede mejorar la detección de los efectos inducidos por una enfermedad incipiente. De hecho, InBest proporciona una gran cantidad de información, que permite una evaluación más precisa de la aparición, la cinética, y la gravedad de los cambios de comportamiento, así como las relaciones importantes entre los diversos déficit de comportamiento inducida por la enfermedad. Fiable vídeo-seguimiento depende de dos condiciones de iluminación. En primer lugar, es necesaria la luz difusa en la sala de pruebas para prevenirartefactos de objetos cercanos que reflejan. En segundo lugar, el contraste de color alta se puede lograr mediante la elección de un color del piso apropiado para diferir de la de color sujetos tanto como sea posible. En nuestro laboratorio, esto se logra mediante el uso de inundación luces situadas debajo de las cajas y bandejas InBest suelo negro en el seguimiento de los ratones albino (fondo blanco o gris sería adecuado si las pruebas cepas pigmentadas). Con respecto al aspecto de grabación de eventos de InBest, la configuración de hardware actual (1 tarjeta de vídeo Piccolo con 4 entradas) limita 4 cajas para ser utilizados simultáneamente por PC. Esto es más bien un pequeño número de cajas, mientras que una más conveniente set-up requeriría 8 o incluso 16 jaulas, y por lo tanto 2 o 4 PCs, respectivamente. Preferiblemente, InBest puede usarse continuamente durante 24 horas como la casa-jaula. Esto permitiría que los animales se habitúan a plenamente al entorno y establecen, patrones de comportamiento circadiano estables, que pueden ser analizados de una manera imparcial. Para evitar la pérdida de datos de la computadora debido a un corte de energía, una energía continua Doplicar (o al menos una fuente de alimentación ininterrumpida) deben estar asegurados. Por último, para asegurar la correcta evaluación de la ingesta diaria de alimentos, debe tenerse en cuenta que el tamaño de gránulos de comida no debe exceder el tamaño de los agujeros en el dispensador de comida (el tamaño recomendado de una sola bola de comida es 20 mg).

No se debe pasarse por alto, sin embargo, que este análisis debe incorporar también la forma en diferentes medidas InBest pueden interactuar entre sí. Por ejemplo, los ratones que pasan más tiempo en la rueda para correr son propensos a ingerir mayores cantidades de alimentos y agua para satisfacer sus crecientes demandas calóricas. De manera similar, los ratones que ingieren más solución de sacarosa pueden disminuir la ingesta de alimentos. La interpretación de estos resultados puede además ser complicado por la mejora general del rendimiento en el tiempo, sobre todo en lo que respecta a la actividad de ingestión rueda comportamiento y funcionamiento. Dadas sus incentivos-propiedades, los experimentadores pueden también considerar que limita el acceso a la solución de sacarosa ytque se ejecuta la rueda para contrarrestar la probabilidad de efectos post-ingestivas y pérdida excesiva de peso, respectivamente. Sin embargo, estas preocupaciones pueden ser más relevantes en algunas cepas que otros debido a que diferentes cepas de ratones tienen perfiles de comportamiento diferentes. Aunque funciona tanto basal y controles de evaluación experimentales para muchos de los aspectos mencionados anteriormente, los experimentadores tienen que reconocer que estas variables deben tenerse en cuenta al interpretar los datos InBest. Al mismo tiempo, algunos aspectos de la conducta no pueden ser estudiados en el entorno familiar de jaula, y necesitan de una combinación con las pruebas estándar para completar el perfil de comportamiento de los sujetos.

Monitoreo electrónico en un plazo estándar, pero los entornos flexibles parece ser el siguiente paso lógico en el análisis del comportamiento contemporáneo. Este enfoque no invasivo, etológico-permitirá a los investigadores observar el repertorio completo de las respuestas de comportamiento durante un período prolongado de tiempo. Laoretically, esto se puede lograr mediante el estudio de comportamiento en un "virtual", ambiente enriquecido que se asemeja a un hábitat natural. Varios grupos de investigación han descrito las herramientas de seguimiento basados en la visión que apoyan el fenotipo conductual de los ratones en su casa ^22-25-jaula, en díadas ^{26, 27,} o en el contexto de los grandes grupos sociales ^28. De alta precisión y resolución espacial se puede lograr mediante la integración de vídeo de seguimiento con la tecnología de microchip para la recogida simultánea y sincronizada de los datos de comportamiento en un grupo de ratones ^28. Cámaras termográficas capaz de detectar las firmas de calor se pueden combinar con microchips o transpondedores implantables para proporcionar la ubicación relativa y las funciones fisiológicas básicas de cada ratón (por ejemplo, la temperatura del cuerpo, corazón / tasa de respiración). Además, un sistema de seguimiento 3D avanzada produciría un reconocimiento más preciso y cuantitativa de los actos de comportamiento. Con el fin de ejecutar repetidamente una variso- de pruebas, un sistema de este tipo debe ser automatizado, controlado de forma remota, y modular. Por ejemplo, la memoria espacial puede estudiarse en entornos más grandes mediante la programación de la aparición de señales distales en las paredes de LCD, o mediante la presentación / ocultar dispensadores de comida sabrosa de fondos móviles. De una manera similar, nuevos objetos podrían ser presentados / escondido en momentos específicos durante todo el estudio. Tal fenotipificación computarizada puede ayudar en el esclarecimiento de los determinantes genéticos de la conducta, los mecanismos patogénicos modelos de enfermedades subyacentes, y el desarrollo de nuevas estrategias terapéuticas. Si se llega a un consenso con respecto a las condiciones de las pruebas, de los ensayos, así como el hardware y el software utilizado, se puede esperar que la normalización esperada sería mejorar la reproducibilidad de los estudios de comportamiento y elevar la psicometría experimentales a un nuevo nivel.

Divulgazioni

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

Riferimenti

Henn, F. A., McKinney, W. T., Meltzer, H. Y. Ch. 67. Psychopharmacology: The Third Generation of Progress . , 687-695 (1987).
Hart, B. L. The behavior of sick animals. Vet. Clin. North Am. Small Anim. Pract. 21, 225-237 (1991).
Kapadia, M., Sakic, B. Autoimmune and inflammatory mechanisms of CNS damage. Prog. Neurobiol. 95, 301-333 (2011).
Rogers, D. C. Behavioral and functional analysis of mouse phenotype: SHIRPA, a proposed protocol for comprehensive phenotype assessment. Mamm. Genome. 8, 711-713 (1997).
Moy, S. S. Mouse behavioral tasks relevant to autism: phenotypes of 10 inbred strains. Behav. Brain Res. 176, 4-20 (2007).
Gulinello, M., Putterman, C. The MRL/lpr mouse strain as a model for neuropsychiatric systemic lupus erythematosus. J. Biomed. Biotechnol. 2011, 207504 (2011).
Marchese, M. Autoimmune manifestations in the 3xTg-AD model of Alzheimer’s disease. J. Alzheimers. Dis. 39, 191-210 (2014).
Sakic, B. A behavioral profile of autoimmune lupus-prone MRL mice. Brain Behav. Immun. 6, 265-285 (1992).
Sakic, B., Szechtman, H., Denburg, S. D., Carbotte, R. M., Denburg, J. A. Spatial learning during the course of autoimmune disease in MRL mice. Behav. Brain Res. 54, 57-66 (1993).
Sakic, B. Disturbed emotionality in autoimmune MRL-lpr mice. Physiol. Behav. 56, 609-617 (1994).
Visser, L., van den Bos, R., Kuurman, W. W., Kas, M. J., Spruijt, B. M. Novel approach to the behavioural characterization of inbred mice: automated home cage observations. Genes Brain Behav. 5, 458-466 (2006).
Sakic, B. The use of integrated behavioral station in chronic behavioral studies. Measuring Behavior. , 328 (2008).
Shinzawa, K. Neuroaxonal dystrophy caused by group VIA phospholipase A2 deficiency in mice: a model of human neurodegenerative disease. J. Neurosci. 28, 2212-2220 (2008).
Quintana, A., Kruse, S. E., Kapur, R. P., Sanz, E., Palmiter, R. D. Complex I deficiency due to loss of Ndufs4 in the brain results in progressive encephalopathy resembling Leigh syndrome. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 107, 10996-11001 (2010).
Irwin, S. Comprehensive observational assessment: Ia. A systematic, quantitative procedure for assessing the behavioral and physiologic state of the mouse. Psychopharmacologia. 13, 222-257 (1968).
Crawley, J. N. . What’s Wrong With My Mouse?: Behavioral Phenotyping of Transgenic and Knockout Mice. , (2007).
Feeney, D. M., Gonzales, A., Law, W. A. Amphetamine, haloperidol and experience interact to affect rate of recovery after motor cortex injury. Science. 217, 855-857 (1982).
Stanley, J. L. The mouse beam walking assay offers improved sensitivity over the mouse rotarod in determining motor coordination deficits induced by benzodiazepines. J. Psychopharmacol. 19, 221-227 (2005).
Gulinello, M., Chen, F., Dobrenis, K. Early deficits in motor coordination and cognitive dysfunction in a mouse model of the neurodegenerative lysosomal storage disorder, Sandhoff disease. Behav. Brain Res. 193, 315-319 (2008).
Rustay, N. R., Wahlsten, D., Crabbe, J. C. Influence of task parameters on rotarod performance and sensitivity to ethanol in mice. Behav. Brain Res. 141, 237-249 (2003).
Kapadia, M. Altered olfactory function in the MRL model of CNS lupus. Behav. Brain Res. 234, 303-311 (2012).
Jhuang, H. Automated home-cage behavioural phenotyping of mice. Nat. Commun. 1, 68 (2010).
Steele, A. D., Jackson, W. S., King, O. D., Lindquist, S. The power of automated high-resolution behavior analysis revealed by its application to mouse models of Huntington’s and prion. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 104, 1983-1988 (2007).
Zarringhalam, K. An open system for automatic home-cage behavioral analysis and its application to male and female mouse models of Huntington’s disease. Behav. Brain Res. 229, 216-225 (2012).
Chaumont, F. Computerized video analysis of social interactions in mice. Nat. Methods. 9, 410-417 (2012).
Kabra, M., Robie, A. A., Rivera-Alba, M., Branson, S., Branson, K. JAABA: interactive machine learning for automatic annotation of animal behavior. Nat. Methods. 10, 64-67 (2013).
Weissbrod, A. Automated long-term tracking and social behavioural phenotyping of animal colonies within a semi-natural environment. Nat. Commun. 4, 2018 (2013).

Play Video

PDF

DOI

DOWNLOAD MATERIALS LIST

Citazione di questo articolo

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).