概要

Введение в Clicker подготовки в качестве когнитивного обогащения для лабораторных мышей

Published: March 06, 2017
doi:

概要

The development of new refinement strategies for laboratory mice is a challenging task that contributes towards fulfilling the 3R principle. This protocol introduces clicker training as a cognitive enrichment program for laboratory mice.

Abstract

Establishing new refinement strategies in laboratory animal science is a central goal in fulfilling the requirements of Directive 2010/63/EU. Previous research determined a profound impact of gentle handling protocols on the well-being of laboratory mice. By introducing clicker training to the keeping of mice, not only do we promote the amicable treatment of mice, but we also enable them to experience cognitive enrichment. Clicker training is a form of positive reinforcement training using a conditioned secondary reinforcer, the “click” sound of a clicker, which serves as a time bridge between the strengthened behavior and an upcoming reward. The effective implementation of the clicker training protocol with a cohort of 12 BALB/c inbred mice of each sex proved to be uncomplicated. The mice learned rather quickly when challenged with tasks of the clicker training protocol, and almost all trained mice overcame the challenges they were given (100% of female mice and 83% of male mice). This study has identified that clicker training for mice strongly correlates with reduced fear in the mice during human-mice interactions, as shown by reduced anxiety-related behaviors (e.g., defecation, vocalization, and urination) and fewer depression-like behaviors (e.g., floating). By developing a reliable protocol that can be easily integrated into the daily routine of the keeping of laboratory mice, the lifetime experience of welfare in the mice can be improved substantially.

Introduction

Разработка новых стратегий для уточнения лабораторных мышей является сложной задачей , которая способствует выполнению 3Rs (замены, сокращения и уточнения) лабораторных животных науки 1. Улучшения в области уточнения может дополнительно способствовать благосостоянию миллионов животных, которые используются для экспериментальных целей. Таким образом, интенсивное исследование необходимо в этой области. Это также определенная цель Директивы 2010/63 Европейского союза. Директива 2010/63 / ЕС указывает на то, что время жизни опыт лабораторных животных должна быть усилена , и что "учреждения должны разработать программы привыкания и обучения , подходящие для животных, порядок и продолжительность проекта" (статья 3.7) 2.

Лабораторные животные могут испытывать много стрессовых ситуаций, в то время как они держат и разводят для экспериментов. Как правило, взаимодействие между трудомAtory мыши и ответственные лица весьма ограничены. Таким образом, доверительные отношения не могут развиваться. Это может вызвать повышенную тревожность и стресс в ответ на обращение, которое является вредным для поведения и физиологии, и , следовательно, благополучия, животных 3, 4, 5, 6. Кроме того, регулярно проводится лабораторные процедуры , как общего обращения, сдержанностью и крови или отбор проб тканей может вызвать ответные реакции на стресс, которые могут быть исследованы путем измерения различных параметров, таких как гормоны стресса или поведения 7, 8. Было показано , что обработка программы может эффективно уменьшить беспокойство по отношению к следователю в лабораторных грызунов 9, 10, 11. Работа с программами, поэтому могут улучшить животныхусловия и может в значительной степени способствовать благосостоянию животных 5.

Целью данного исследования является внедрение позитивного обучения подкрепления для мышей в качестве конкретной программы обработки. Положительное подкрепление обучение является одной из форм оперантного кондиционирования, которая дает следователю средства формировать поведение животных. Когда животное выполняет желаемое поведение, оно сопровождается положительным стимулом (здесь, награда еды). Намерение состоит в том, что животное связывает вознаграждение соответствующего поведения. Clicker обучение является формой позитивного подкрепления обучения с использованием условного вторичного упрочнитель, то "щелчок" звук кликера, и было доказано , чтобы усилить определенное поведение 12.

Более конкретно, звук щелчка служит в качестве "временного моста" между поведением и предстоящей награды 13. Тренер щелкает именно тогда, когда животное выполняет желаннойповедение, без временной задержки 14, а затем представляет награду еды. Это усиливает получающей поведение, которое будет выполняться с более высокой частотой. Clicker обучение широко используется с домашних животных и сделал свой путь в лабораторных животных науки, где она была успешно реализована с приматами 13, 15, 16. Как мышей научиться довольно быстро , когда сталкиваются с проблемой оперантных парадигм кондиционирования, введение второго подкреплением не должны перенапрягаться свои познавательные способности 5, 17, 18, 19.

Путем введения кликер подготовки к ведению мышей, мы включаем мышей испытать познавательную обогащение. Конструкция когнитивного обогащения должна позволить мышей использовать свои когнитивные навыки СолвПроблемы е и получить контроль над окружающей их средой 20, 21. Несколько исследований с различными видами доказывают положительное влияние когнитивного обогащения на благополучие животных в неволе 22, 23, 24. Повышение способности животных , чтобы успешно справиться с экологическими проблемами , вносит свой вклад в их благосостояние 25, 26.

Кроме того, если животные испытывают низкий уровень стресса в течение их жизни, они менее склонны к развитию пагубных стратегии преодоления трудностей при столкновении с стрессоров, которые происходят в биомедицинских исследованиях. Таким образом, последовательная реализация когнитивного обогащения может способствовать гомогенизации фенотипов испытуемых. Это будет способствовать принципу 3Р редукции, так как это может уменьшить количество предметов, необходимыхдля удовлетворения потребностей в статистических данных 27.

Развивая надежный протокол, который может быть легко интегрирован в повседневной сохранения лабораторных мышей, мы можем существенно улучшить их жизни опыт благосостояния.

Protocol

Этика Заявление: Обработка мышей и экспериментальных процедур были проведены в соответствии с европейскими, национальными и институциональные рекомендации по уходу за животными. Примечание: Протокол включает в себя пять дней интервенций (с понедельника по пятницу), с перерывами на выходные …

Representative Results

Первый, а также один из самых важных шагов было определение соответствующего вознаграждения пищи. Таким образом, мыши были предложены различные виды орехов, раствора сахара, мармелад, а также различных видов шоколада в чашке Петри (рисунок 1). В нашем опыте, мы?…

Discussion

Эффективная реализация Clicker подготовки протокола с когорте 12 BALB / с мышей инбредной каждого пола оказалась несложной. Предыдущие исследования подтвердили эффективность обучения кликера с несколькими видами, и мы расширили это мышей. Как мышей являются самыми низкими среди развитых мл…

開示

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

This work was supported by the Translational Animal Research Center of the University Medical Center of the Johannes Gutenberg-University Mainz. The authors are most grateful to Thomas Wacker for his technical support.

Materials

Lid for open housing Tecniplast GM500LID117
SealSAfe Plus top for open housing Tecniplast GM500400SU
Type II long, filter top cages Tecniplast GM500PFSPC
Aspen bedding material  Lab & Vet Service GmbH H0234-300 Environmental enrichment
Red polycarbonate Mouse House Tecniplast ACRE011 Environmental enrichment
Tissue papers Tork, SCA Hygiene Products GmbH 290179 Environmental enrichment
Food – ssniff M-H Extrudat ssniff V1126-000 ad libitum
Target Stick with Clicker Trixie 2282
PVC Tube (Tunnels)  Thyssen Krupp RTPVCU04003005
White Chocolate/ white chocolate cream Company doesn't matter, preferable organic quality
Forceps FineScienceTools e.g. 11150-10 Or any other tool to fixate chocolate
Prism Version 6.0 for Windows  GraphPad Software

参考文献

  1. Russell, W. M. S., Burch, R. L. . The Principles of Humane Experimental Technique. , 25-27 (1959).
  2. European Commission. Directive 2010/63/EU of the European Parliament and of the Council of 22 September 2010 on the protection of animals used for scientific purposes. Official Journal of the European Union. , (2010).
  3. Balcombe, J. P., Barnard, N. D., Sandusky, C. Laboratory routines cause animal stress. Contemporary topics in laboratory animal science / American Association for Laboratory Animal Science. 43 (6), 42-51 (2004).
  4. Meijer, M. K., Sommer, R., Spruijt, B. M., van Zutphen, L. F. M., Baumans, V. Influence of environmental enrichment and handling on the acute stress response in individually housed mice. Laboratory animals. 41 (2), 161-173 (2007).
  5. Gouveia, K., Hurst, J. L. Reducing mouse anxiety during handling: effect of experience with handling tunnels. PloS one. 8 (6), e66401 (2013).
  6. Meaney, M. J., Diorio, J., et al. Early environmental regulation of forebrain glucocorticoid receptor gene expression: implications for adrenocortical responses to stress. Developmental neuroscience. 18 (1-2), 49-72 (1996).
  7. Gärtner, K., Büttner, D., Döhler, K., Friedel, R., Lindena, J., Trautschold, I. Stress response of rats to handling and experimental procedures. Laboratory animals. 14 (3), 267-274 (1980).
  8. Izumi, J., Hayashi-kuwabara, Y. U., Yoshinaga, K., Tanaka, Y., Ikeda, Y. Evidence for a Depressive-like State Induced by Repeated Saline Injections in Fischer 344 Rats. Nature. 57 (4), 883-888 (1997).
  9. Fridgeirsdottir, G. A., Hillered, L., Clausen, F. Escalated handling of young C57BL/6 mice results in altered Morris water maze performance. Upsala journal of medical sciences. 119 (1), 1-9 (2014).
  10. Heredia, L., Torrente, M., Domingo, J. L., Colomina, M. T. Individual housing and handling procedures modify anxiety levels of Tg2576 mice assessed in the zero maze test. Physiology and Behavior. 107 (2), 187-191 (2012).
  11. Maurer, B. M., Döring, D., Scheipl, F., Küchenhoff, H., Erhard, M. H. Effects of a gentling programme on the behaviour of laboratory rats towards humans. Applied Animal Behaviour Science. 114 (3-4), 554-571 (2008).
  12. Skinner, B. F. How to Teach Animals. Scientific American. 185, 26-29 (1951).
  13. Bailey, R. E., Gillaspy, J. A. Operant psychology goes to the fair: Marian and Keller Breland in the popular press, 1947-1966. The Behavior Analyst. 28 (2), 143-159 (2005).
  14. McGreevy, P. D., Boakes, R. A. . Carrots and sticks: principles of animal training. , (2007).
  15. Gillis, T. E., Janes, A. C., Kaufman, M. J. Positive reinforcement training in squirrel monkeys using clicker training. American journal of primatology. 74 (8), 712-720 (2012).
  16. Schapiro, S. J., Bloomsmith, M. A., Laule, G. E. Positive reinforcement training as a technique to alter nonhuman primate behavior: quantitative assessments of effectiveness. Journal of applied animal welfare science: JAAWS. 6 (3), 175-187 (2003).
  17. Martin, L., Iceberg, E. Quantifying Social Motivation in Mice Using Operant Conditioning. Journal of visualized experiments : JoVE. (102), e53009 (2015).
  18. Sclafani, A., Ackroff, K. Operant licking for intragastric sugar infusions: Differential reinforcing actions of glucose, sucrose and fructose in mice. Physiology and Behavior. , 115-124 (2016).
  19. Bathellier, B., Tee, S. P., Hrovat, C., Rumpel, S. A multiplicative reinforcement learning model capturing learning dynamics and interindividual variability in mice. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 110 (49), 19950-19955 (2013).
  20. Clark, F. E. . Can cognitive challenge enhance the psychological well-being of large-brained mammals in zoos? [unpublished doctoral thesis]. , (1999).
  21. Shettleworth, S. J., et al. . Cognition, evolution, and behavior. , (2010).
  22. Hagen, K., Broom, D. M. Emotional reactions to learning in cattle. Applied Animal Behaviour Science. 85 (3-4), 203-213 (2004).
  23. Ernst, K., Puppe, B., Schön, P., Manteuffel, G. A complex automatic feeding system for pigs aimed to induce successful behavioural coping by cognitive adaptation. Applied Animal Behaviour Science. 91, 205-281 (2005).
  24. Puppe, B., Ernst, K., Schn, P. C., Manteuffel, G. Cognitive enrichment affects behavioural reactivity in domestic pigs. Applied Animal Behaviour Science. 105 (1-3), 75-86 (2007).
  25. Zebunke, M., Puppe, B., Langbein, J. Effects of cognitive enrichment on behavioural and physiological reactions of pigs. Physiology and Behavior. 118, 70-79 (2013).
  26. Manteuffel, G., Langbein, J., Puppe, B. Increasing farm animal welfare by positively motivated instrumental behaviour. Applied Animal Behaviour Science. 118 (3-4), 191-198 (2009).
  27. Bayne, K., Würbel, H. The impact of environmental enrichment on the outcome variability and scientific validity of laboratory animal studies. Science Direct. 33 (1), 273-280 (2014).
  28. Hurst, J. L., West, R. S. Taming anxiety in laboratory mice. Nature Methods. 7 (10), 825-826 (2010).
  29. Crawley, J. N. . What’s Wrong With My Mouse?. , (2007).
  30. Loos, M., Koopmans, B., et al. Within-strain variation in behavior differs consistently between common inbred strains of mice. Mammalian genome : official journal of the International Mammalian Genome Society. 26 (7-8), 348-354 (2015).
  31. Seibenhener, M. L., Wooten, M. C. Use of the Open Field Maze to Measure Locomotor and Anxiety-like Behavior in Mice. Journal of visualized experiments : JoVE. (96), e1-e6 (2015).
  32. Can, A., Dao, D. T., Arad, M., Terrillion, C. E., Piantadosi, S. C., Gould, T. D. The Mouse Forced Swim Test. Journal of Visualized Experiments. , 4-8 (2011).
  33. Clayton, L. A., Tynes, V. V. Keeping the Exotic Pet Mentally Healthy. Veterinary Clinics of North America: Exotic Animal Practice. 18 (2), 187-195 (2015).
  34. Ward, S. J., Melfi, V. The implications of husbandry training on zoo animal response rates. Applied Animal Behaviour Science. 147 (1-2), 179-185 (2013).

Play Video

記事を引用
Leidinger, C., Herrmann, F., Thöne-Reineke, C., Baumgart, N., Baumgart, J. Introducing Clicker Training as a Cognitive Enrichment for Laboratory Mice. J. Vis. Exp. (121), e55415, doi:10.3791/55415 (2017).

View Video