Quantifier Motivation sociale chez la souris utilisant Conditionnement opérant
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
Dans ce protocole, la motivation sociale est mesurée chez la souris à travers une paire de paradigmes de conditionnement opérant. Pour réaliser les expériences, à deux chambres boîtes de navette sont équipées de deux leviers opérant (gauche et droite) et un récipient d'aliments dans une chambre, qui a été ensuite séparée de la deuxième chambre par une porte à guillotine automatisé couvert par une grille métallique. Souris de relance différents, tournés au fil des jours de test, a servi de stimulus sociale derrière la grille métallique, et étaient visibles après l'ouverture de la porte guillotine. souris d'essai ont été formés pour presse à levier pour ouvrir la porte et accéder au partenaire de relance pendant 15 sec. Le nombre de pressions de levier nécessaires pour obtenir la récompense sociale progressivement augmenté sur un calendrier fixe de 3. Les sessions de test est terminée après souris d'essai arrêtés levier de pression pendant 5 minutes consécutives. Le dernier rapport ou point d'arrêt renforcée peuvent être utilisées comme une mesure quantitative de motivation sociale. Pour la deuxième paradigme, tapprox souris ont été formés pour discriminer entre presses à levier gauche et droite afin d'obtenir soit une récompense alimentaire ou la récompense sociale. Les souris ont été récompensés pour tous les 3 presses de chaque levier respectif. Le nombre de récompenses alimentaires et sociaux peut être comparé comme une mesure de la valeur accordée à chaque récompense. Le rapport de chaque type de récompense peut aussi être comparée entre les souches de souris et de la variation de ce ratio peut être surveillée dans les sessions de tests pour mesurer la satiété avec un type de récompense donnée. Ces deux paradigmes de conditionnement opérant sont très utiles pour la quantification de la motivation sociale dans des modèles murins de l'autisme et d'autres troubles du comportement social.
Introduction
Au cours des dernières années, le lien entre les facteurs génétiques et environnementaux à des troubles du comportement social, y compris les troubles du spectre de l'autisme, a conduit à l'élaboration de modèles de souris conçus pour explorer le rôle de ces facteurs dans le comportement social. Cela a créé une demande pour de nouvelles techniques pour la caractérisation du comportement social chez les souris, y compris une mesure quantitative de la motivation sociale 1.
Il existe plusieurs paradigmes établis qui peuvent être utilisés pour démontrer la motivation sociale chez la souris, cependant; ils ont tous des limitations sévères sur leur capacité à quantifier la résistance de la conduite motivée. Par exemple, certaines des premières évaluations comportementales inclus simples observations d'interactions sociales entre les deux rongeurs qui ont jamais rencontré. Plusieurs comportements, y compris l'approche, à la suite, en reniflant, et le toilettage sont souvent mesurés, et peuvent fournir un indice de motivation sociale. Ces études ont été réalisées au départ2-5 chez le rat, et puis plus tard adapté pour une utilisation dans des souris 6,7. Accoutumance / déshabituation paradigmes de reconnaissance sociale dans laquelle l'animal d'essai est exposé à plusieurs reprises pour le même stimulus animale (accoutumance) et ensuite exposées à un animal roman (de déshabituation) fournissent également une mesure de la motivation sociale 8. Comme les étiquettes suggèrent, animaux typiques vont afficher une réponse comportementale habitués à la présence répétée des mêmes animaux de relance, mais démontreront déshabituation, ou un retour à la ligne de base, lorsqu'il est exposé au roman animal. La réponse de l'accoutumance démontre probablement une baisse de la motivation de la souris de test à interagir avec la souris de relance. Paradigmes de choix sociaux permettant une souris de test de choisir entre une chambre vide et une souris de relance limité à une chambre différente ont également été utilisés pour évaluer la motivation sociale. Un essai commence généralement en plaçant la souris de test dans une chambre centre neutre. Certaines versions de cette tâche impliquent tethering la souris de relance pour une chambre 9. Une modification de cette tâche employait l'utilisation d'une enceinte de fil sur les souris de relance en évitant d'attacher les animaux de relance 10. Plus récemment, une tâche de préférence de place conditionnée sociale a été développé dans lequel les souris ont été conditionnés à associer chambres visuellement distinctes avec la présence ou l'absence d'un partenaire social, puis permis d'explorer les chambres vides suivante conditionné 11. Plus le temps passé dans la chambre où appariements sociaux survenus précédemment est considérée comme un indice de motivation sociale.
Toutes les paradigmes ci-dessus fournissent des données précieuses sur le phénotypage sociale de souris. Cependant, alors que l'on peut observer si une souris démontre un «désir» de demander l'interaction sociale dans les paradigmes ci-dessus, la force de ce «désir», ie., La motivation sociale, est difficile à mesurer. La force de comportement motivé atraditionnellement été mesurée chez les rongeurs en créant un scénario dans lequel ils doivent travailler afin de gagner accès à la source de leur motivation. Cela implique généralement des rongeurs de formation dans un paradigme opérant impliquant alimentaire comme facteur de motivation. Cependant, cette méthode a déjà été utilisée pour étudier la motivation sociale chez les rats, mais soit impliquant l'accès à un partenaire sexuel chez les rats mâles ou, pour les femmes, l'accès à leurs propres chiots (revue dans Matthews et al., 2005) 12,13.
Avant le développement des paradigmes de motivation sociales décrites ci-dessous, il n'y avait qu'une seule autre étude qui a enquêté sur la motivation sociale en dehors de la motivation sexuelle en utilisant un paradigme opérant avec des souris 12. Dans cette série d'expériences, des souris Swiss Webster consanguines ont été entraînés à appuyer sur un levier afin d'accéder à un congénère de même sexe. Dans une expérience, une latence significativement réduit pour commencer réponse pour l'accès à la cible mouse a été démontrée chez la souris individuellement logés par rapport à des souris logés en groupe, suggérant une motivation accrue à demander l'accès social dans ces souris socialement isolés. Dans une autre expérience de cette même étude, une comparaison a été faite entre une solution saline et oxytocine antagoniste (atosiban) de souris perfusées. Fait intéressant, les souris de médicaments infusé ont montré une augmentation significative de la latence commencer réponse pour l'accès à la cible souris suggérant motivation réduite pour une récompense sociale chez ces souris.
Bien que ces expériences représentent une noble tentative de quantifier motivation sociale chez la souris en utilisant le conditionnement opérant, ils étaient également très limitées et sont grandement améliorées en utilisant les méthodes décrites ci-dessous. Par exemple, un défaut fondamental apparente dans la première expérience décrite ci-dessus (expérience 2 de l'étude réelle) était l'utilisation de seulement 2 souris cibles alterné au fil des jours de test des chercheurs. Des recherches antérieures ont montré que la reconnaissance sociale dans le groupe-logéssouris peuvent durer pendant au moins 7 jours précédant l'enquête sociale réduite avec une exposition répétée à la même cible 14. Toutefois, la reconnaissance sociale chez les rats et les souris individuellement logés dissipe dans les 1 – 2 h de sorte que la durée de l'enquête sociale demeurent à des niveaux de référence si une exposition répétée à la même cible est d'au moins 2 heures après l'exposition initiale 15-17. Le temps de latence réduit de souris individuellement logés pour commencer de répondre pour l'accès social indiqué dans le Matthews et al. Expérience peut avoir été une conséquence de l'absence de reconnaissance sociale des souris cibles au fil des jours de test 12. Cette confondre potentiel est contrôlée par les méthodes suivantes en utilisant une nouvelle souris cible sur chaque jour de test. En outre, dans les deux expériences de l'étude Matthews et al. Décrit ci-dessus, il n'y avait pas signalé différences dans le nombre total de presses à levier effectués entre des groupes. Il est possible que la différence dans le total des presses de levier pourrait avoir êtreen détecté si les chercheurs ont utilisé un taux augmentant progressivement de réponses pour récompenser tel qu'il est utilisé dans notre conception de la recherche décrit ci-dessous. En outre, l'accès à la souris cible a été contrôlé manuellement par l'expérimentateur, en soulevant une boîte qui couvrait la cible. L'utilisation d'une porte à guillotine automatiquement contrôlée pour l'accès à la souris cible élimine la possibilité de l'objet en raison de la présence de l'expérimentateur. En fait, afin d'automatiser entièrement la motivation sociale paradigmes opérant, l'équipement de recherche a été personnalisé comme détaillé ci-dessous.
Protocol
Representative Results
Discussion
Les paradigmes de motivation sociale opérant décrites dans cet article sont de puissants outils pour la caractérisation du comportement social dans des modèles murins de maladies humaines. Plutôt que de permettre à une souris d'essai pour choisir passivement une rencontre sociale, ces paradigmes exigent des efforts de la souris de test afin d'obtenir une récompense sociale. Le montant de l'effort qu'une souris d'essai est prête à produire pour obtenir la récompense sociale fournit une mesure quantitative de la motivation sociale. En outre, grâce à la comparaison de valence paradigme, comportement motivé peut être comparée entre les différents types de récompenses différentes. Ces deux paradigmes opérant peut être utilisé pour évaluer les motivations sexuelles et parentales ainsi en présentant le stimulus approprié sur le côté opposé de la porte guillotine.
Le développement de ces paradigmes de motivation sociaux impliqué le dépannage de plusieurs variables clés. Par exemple, grâce à des études pilotes la quantité de temps que la récompense sociale is présenté a été abaissé de 30 sec à 15 sec. Bien que ce temps est suffisant pour les interactions sociales entre les souris de test et de relance, la recherche future peut optimiser la quantité de temps pour la récompense sociale. De même, le ratio de levier augmentant progressivement presses à récompenses sociales a été abaissé d'un taux fixe de 5 à 3 sur la base de la recherche de pilote.
Le nombre de jours nécessaires pour atteindre levier asymptotique appuyant sur le comportement a été initialement évalué à travers 30 jours de séances quotidiennes de test. Il a été déterminé que la plupart des souris atteignent asymptote en 7 jours de sorte que le nombre de séances d'essais a été abaissé à 20. La performance quotidienne ne fluctue cependant, si la moyenne des données au cours des 10 derniers jours assure la performance asymptotique tout en offrant un meilleur indice de la vraie performance moyenne que moins de jours de test. Les chercheurs doivent surveiller leurs données afin de garantir que la performance asymptotique est atteint dans les 10 jours de test ou de modifier le protocole que nécessaire.
Traséances de INING ont également été abaissées de 1 h 30 min. Le nombre de sessions de formation requis ne dépend de la souche de souris et des souris peut être arbitrairement désigné comme nonlearners après un nombre fixe de 18 sessions de formation. Le nombre de jours nécessaires pour atteindre le critère d'avancement au paradigme de test de formation fournit un autre indice de la motivation sociale et est donc digne de suivi. Les chercheurs peuvent aussi vouloir expérimenter avec différentes options de récompense alimentaire pour la comparaison de valence paradigme. Cependant, il est important que les souris de test sont d'abord formés en utilisant une récompense purement sociale et ensuite testés dans le paradigme de motivation sociale avant de commencer le comparateur de valence paradigme.
Ces paradigmes de motivation sociale opérant peuvent être modifiés et améliorés par la mesure d'autres variables que celles indiquées dans le protocole ci-dessus. Par exemple, l'emplacement de chaque souris dans sa chambre respective peut être suivi à l'aide currently disponible logiciels commerciaux. En outre, les comportements spécifiques, y compris le contact nez-à-nez ou vocalisations ultrasoniques peuvent être marqués au cours des interactions sociales. Les chercheurs peuvent poursuivre l'expérience avec des ajustements aux ratios utilisés dans le paradigme de la motivation sociale ou avec des essais portant sur l'absence d'un partenaire social ou même des comparaisons impliquant d'autres stimuli derrière la porte guillotine comme une vidéo d'un congénère ou même une marionnette. Pour la comparaison de valence paradigme, les analyses de la dynamique des choix entre les essais peuvent fournir de plus amples informations concernant les changements dans la motivation due à satiété pour un type particulier de récompense 18.
Bien que ces paradigmes de motivation sociaux opérant fournissent un outil très nécessaire pour quantifier la motivation sociale chez la souris, ils ont certaines limites. Tout d'abord, ces paradigmes exiger souris d'avoir la capacité cognitive de faire des associations savantes entre le levier de pressage et la récompense sociale. Certains modèles de souris peutavoir des déficits dans les capacités à la fois cognitives et sociales qui rend difficile d'évaluer la motivation sociale en utilisant ces paradigmes. Deuxièmement, la nature de la rencontre sociale est limitée que les souris ne sont autorisés à interagir à travers une grille métallique. Cependant, les souris sont encore capables de s'engager avec succès dans de nombreux comportements sociaux typiques, notamment, le nez-à-nez enquêtes. Une limitation définitive de ces méthodes est qu'elles sont de main-d'oeuvre et nécessitent beaucoup de temps à être complété. La formation et les tests à travers les deux paradigmes nécessite un minimum de deux mois de séances quotidiennes. Certaines souris peuvent prendre beaucoup plus de temps à apprendre l'association de pression de levier étirant le nombre requis de séances. Alors que les paradigmes ne certainement pas qualifier les techniques à haut débit, les données qu'ils génèrent est très précieux et la valeur de l'investissement de la main-d'œuvre nécessaire. Toutefois, afin de fournir une caractérisation plus complète du comportement social d'un modèle de souris particulier, il est recommandé que ces paradigmes être noused en conjonction avec d'autres méthodes établies de mesure de comportement social chez les souris.
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Nous remercions le Conseil de recherches Faculté à l'Université Azusa Pacific pour le soutien de la subvention. Nous remercions également Ashley Schneider, Michael Gregg, et Hannah échantillon pour le support technique.
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. |
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