כימות מוטיבציה חברתית בעכברים באמצעות תניה אופרנטית
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
בפרוטוקול זה, מוטיבציה חברתית נמדדה בעכברים באמצעות זוג פרדיגמות תניה אופרנטית. לנהל את הניסויים, שני לתאים-תיבות הסעות היו מצוידות בשני מנופים אופרנטית (ימני ושמאלי) וקיבול מזון בתא אחד, שאז היה מחולק מהחדר השני על ידי דלת הגיליוטינה אוטומטית מכוסות על ידי רשת תיל. עכברי גירוי שונים, לסובב על פני ימי בדיקה, שימשו מנוף חברתי מאחורי רשת התיל, והיו גלויים רק בעקבות פתיחת דלת הגיליוטינה. עכברי מבחן היו מאומנים מנוף עיתונות כדי לפתוח את הדלת ולהשיג גישה לשותף הגירוי במשך 15 שניות. מספר בתי מנוף הנדרשים להשגת הגמול החברתי המוגבר בהדרגה על פי לוח זמנים קבועים של מפגשי 3. בדיקה הסתיים לאחר עכברי המבחן הפסיקו מנוף לחיצה במשך 5 דקות רצופות. היחס חיזק האחרון או נקודת העצירה יכול לשמש כמדד כמותי מוטיבציה חברתית. לפרדיגמה השנייה, לאעכברי est הוכשרו להפלות בין בתי מנוף ימין ועל שמאל על מנת לקבל גם גמול מזון או הגמול החברתי. עכברים מתוגמלים עבור כל 3 בתי של כל מנוף המתאים. מספרם של פרסי מזון והחברתי ניתן להשוות כמדידה של הערך המוטל על כל גמול. היחס של כל סוג תגמול יכול להיות גם בהשוואה בין זני עכבר והשינוי ביחס זה יכול להיות במעקב בתוך הפעלות בדיקות למדידת שובע עם סוג תגמול שניתן. שתי פרדיגמות תניה אופרנטית אלה הם שימושיים ביותר עבור הכימות של מוטיבציה חברתית במודלים של עכברים של אוטיזם והפרעות אחרות של התנהגות חברתית.
Introduction
בשנים האחרונות, ההצמדה של גורמים גנטיים וסביבתיים להפרעות התנהגות החברתית כולל הפרעת ספקטרום האוטיזם, הובילה לפיתוח של מודלים עכבר שנועדו לחקור את תפקידם של גורמים אלה בהתנהגות חברתית. זה יצר ביקוש לטכניקות חדשות לאפיון של התנהגות חברתית בעכברים כוללים מדד כמותי מוטיבציה חברתית 1.
יש כמה פרדיגמות קבעו כי ניתן להשתמש כדי להפגין מוטיבציה חברתית בעכברים, אך; לכולם יש מגבלות חמורות על היכולת שלהם לכמת את עוצמתה של התנהגות המוטיבציה. לדוגמא, חלק מההערכות המוקדמות ההתנהגות כלל תצפיות פשוטות של אינטראקציות חברתיות בין שני מכרסמים שמעולם לא נפגשו. כמה התנהגויות כוללים מתקרב, הבא, מרחרח, וטיפוח נמדדות לעתים קרובות, ועשויות לספק מדד של מוטיבציה חברתית. מחקרים אלה נערכו בתחילהבחולדות 2-5, ולאחר מכן הותאם מאוחר יותר לשימוש בעכברים 6,7. פרדיגמות הרגלה / dishabituation הכרה החברתית שבו בעלי החיים המבחן חשופים שוב ושוב לאותה החיה גירוי (הרגלה) ולאחר מכן נחשף לבעלי חי רומן (dishabituation) מספקים גם מדידה של מוטיבציה החברתית 8. כתוויות מציעות, בעלי חיים אופייניים יציגו תגובה התנהגותית מורגלת לנוכחות החוזרת ונשנית של אותה חיות גירוי אבל ידגימו dishabituation, או חזרה לנקודת התחלה, כאשר נחשפו לבעלי חי הרומן. תגובת ההתרגלות סבירה מדגימה ירידה במוטיבציה של עכבר הבדיקה כדי אינטראקציה עם עכבר הגירוי. פרדיגמות בחירה חברתיות המאפשרות עכבר בדיקה כדי לבחור בין תא ריק ועכבר גירוי המוגבל לתא שונה יש גם שימשו כדי להעריך את המוטיבציה חברתית. משפט בדרך כלל מתחיל על ידי הצבת עכבר הבדיקה בתא ניטראלי, מרכז. גרסאות מסוימות של משימה זו כרוכה לאethering עכבר גירוי לאחד תא 9. שינוי של משימה זו העסיק את השימוש במתחם תיל מעל עכברי גירוי הימנעות קשירה של בעלי חיים גירוי 10. לאחרונה, משימת העדפת המקום מותנית חברתית פותחה שבעכברים היו מותנים לשייך תאים ייחודיים מבחינה חזותית עם או הנוכחות או עדר של שותף חברתי, ולאחר מכן אפשר לחקור את התאים הריקים הבאות אוויר 11. יותר זמן בילה בתא שבו זוגות חברתיים התרחשו בעבר נחשב למדד של מוטיבציה חברתית.
כל פרדיגמות מעל לספק נתונים יקרי ערך הקשורים לphenotyping החברתי של עכברים. עם זאת, בעוד שניתן לראות אם עכבר מדגים "רצון" לחפש אינטראקציה חברתית בפרדיגמות לעיל, הכוח של "רצון" זה, כלומר. מוטיבציה, חברתית, קשה למדוד. הכוח של התנהגות מוטיבציה ישבאופן מסורתי נמדד במכרסמים על ידי יצירת תרחיש שבו הם צריכים לעבוד כדי לקבל גישה למקור המוטיבציה שלהם. בדרך כלל הדבר כרוך מכרסמים הכשרה בפרדיגמה אופרנטית מעורבת מזון כגורם המניע. עם זאת, שיטה זו כבר מועסק בעבר לחקור מוטיבציה חברתית בחולדות, אבל בכל מקרה גישה מעורבת לשותף ליחסי מין לחולדות זכרים או, לנשים, גישה לגורים שלהם (שנסקר במתיוס et al., 2005) 12,13.
לפני הפיתוח של פרדיגמות המוטיבציה החברתיות המתוארות להלן, לא היה רק מחקר אחד אחר שחקר מוטיבציה חברתית מחוץ למוטיבציה מינית באמצעות פרדיגמה אופרנטית עם עכברים 12. בסדרה זו של ניסויים, עכברים השוויצריים וובסטר outbred הוכשרו ללחוץ מנוף כדי לקבל גישה לconspecific בנים אותו מין. בניסוי אחד, חביון מופחת באופן משמעותי כדי להתחיל להגיב לגישה לmous היעדדואר הודגם בעכברים בנפרד-שוכנו בהשוואה לעכברים שוכנו קבוצה טוענים מוטיבציה מוגברת לחפש גישה חברתית בעכברים מבודדים מבחינה חברתית אלה. בניסוי נוסף של אותו המחקר, נערכה השוואה בין מלוח ואנטגוניסט אוקסיטוצין (atosiban) עכברים רווי. מעניין לציין, עכברי חדורי התרופה הוכיחו השהיה גדלה באופן משמעותי כדי להתחיל להגיב לגישה לעכבר היעד מרמז מוטיבציה מופחתת עבור גמול חברתי בעכברים אלו.
בעוד ניסויים אלה מייצגים ניסיון אצילי לכמת מוטיבציה חברתית בעכברים באמצעות תניה אופרנטית, הם גם מוגבלים מאוד והם השתפרו מאוד על שימוש בשיטות שתוארו להלן. לדוגמא, פגם מהותי לכאורה בניסוי הראשון שתואר לעיל (ניסוי 2 של המחקר בפועל) היה השימוש של החוקרים רק 2 עכברי יעד לסירוגין על פני ימי בדיקה. המחקרים קודמים הראו כי ההכרה חברתית בקבוצה שוכנו-עכברים יכולים להימשך לפחות 7 ימים מובילים לחקירה חברתית מופחתת עם חשיפה חוזרת ונשנית לאותו היעד 14. עם זאת, הכרה חברתית בחולדות ועכברים בנפרד-שוכנו מתפוגגת בתוך 1 – 2 שעות, כך שמשך החקירה חברתית יישאר ברמות הבסיס אם חשיפה חוזרת ונשנית לאותו היעד היא לפחות 2 שעות לאחר החשיפה הראשונית 15-17. חביון המופחת של עכברים בנפרד-שוכנו להתחיל להגיב לגישה חברתית דיווחה במתיוס et al. ניסוי היה אולי תוצאה של חוסר ההכרה חברתית של עכברי היעד על פני ימי בדיקה 12. לבלבל את הפוטנציאל זה נשלט בשיטות הבאות באמצעות עכבר יעד רומן בכל יום בדיקה. כמו כן, בשני הניסויים ממתיוס et al. המחקר שתואר לעיל, לא היו מדווחים הבדלים במספר הכולל של בתי מנוף בין קבוצות. ייתכן שהבדל בסך הכל לוחץ מנוף יכול להיות שיש ליen זוהה אם החוקרים ניצלו יחס בהדרגה הולך וגדל של תגובות לתגמל הכמשמש בתכנון המחקר שלנו המפורט להלן. בנוסף, גישה לעכבר היעד נשלטה באופן ידני על ידי הנסיין, על ידי הרמת תיבה שכיסתה את היעד. השימוש בדלת הגיליוטינה באופן אוטומטי בשליטה בגישה לעכבר היעד מבטלת את האפשרות של חפץ בשל נוכחותם של הנסיין. למעשה, כדי להפוך באופן מלא פרדיגמות אופרנטית המוטיבציה החברתית, ציוד המחקר מותאם אישית כפי שיפורט להלן.
Protocol
Representative Results
Discussion
פרדיגמות המוטיבציה חברתית אופרנטית מתוארות במאמר זה הן כלים רבי עוצמה עבור האפיון של התנהגות חברתית במודלים של עכברים של מחלות אנושיות. במקום לאפשר עכבר בדיקה כדי לבחור מפגש חברתי באופן פסיבי, פרדיגמות אלה דורשים מאמץ מעכבר המבחן על מנת לקבל פרס חברתי. כמות המאמץ שעכבר בדיקה מוכן לייצר כדי לקבל את הפרס החברתי מספקת מדד כמותי של המוטיבציה חברתית. יתר על כן, באמצעות הפרדיגמה ההשוואה הערכיות, התנהגות מונעת ניתן להשוות בין סוגים שונים גמול. שתי פרדיגמות אופרנטית אלה יכולים לשמש כדי להעריך מניעים מיניים והורים, כמו גם על ידי הצגת הגירוי המתאים בצד השני של דלת הגיליוטינה.
הפיתוח של פרדיגמות המוטיבציה החברתיות אלה מעורבים פתרון הבעיות של מספר משתנה מפתח. לדוגמא, באמצעות טייס לומד את כמות הזמן שאני הגמול החברתיs הציג הונמך מ -30 שניות ל -15 שניות. אמנם זה זמן מספיק לאינטראקציות חברתיות בין עכברי מבחן וגירוי, מחקר עתידי עשוי לייעל את משך זמן לתגמול החברתי. באופן דומה, היחס בהדרגה הולך והגדל של בתי מנוף לתגמולים חברתיים הונמך משיעור קבוע של 5-3 מבוססים על מחקר פיילוט.
מספר הימים דרושים כדי להגיע למנוף אסימפטוטי לחיצת התנהגות בתחילה הוערך באמצעות 30 ימים של מפגשי מבחן יומיים. נקבע, כי רוב העכברים להגיע אסימפטוטה ב -7 ימים כך מספר מפגשי מבחן הונמך ל20. ביצועים יומיים אינו משתנה עם זאת, כל כך בממוצע הנתונים לאורך 10 הימים האחרונים מבטיח ביצועים אסימפטוטי גם בעת מתן מדד טוב יותר של ביצועים ממוצעים אמיתיים מימי מבחן פחות. חוקרים צריכים לפקח על הנתונים שלהם על מנת להבטיח שביצועים אסימפטוטי הוא הגיע תוך 10 ימי מבחן או לשנות את הפרוטוקול כנדרש.
Traמפגשי ining גם הורידו משעה 1 עד 30 דקות. מספר מפגשי הכשרה הנדרשים אינו תלוי בזן של עכבר וכמה עכברים יכול להיות מיועד באופן שרירותי כnonlearners לאחר מספר קבוע של אימונים 18. מספר ימי הדרכה דרושים כדי להגיע לקריטריון לקידום לפרדיגמה הבדיקה מספק מדד אחר של מוטיבציה חברתית ולכן ראוי למעקב. חוקרים ייתכן גם רוצים להתנסות עם אפשרויות גמול מזון שונות לפרדיגמה ההשוואה הערכיות. עם זאת, חשוב שעכברי המבחן לראשונה הוכשרו באמצעות תגמול חברתי גרידא ולאחר מכן נבדקו בפרדיגמה המוטיבציה החברתית לפני תחילת הפרדיגמה ההשוואה הערכיות.
ניתן לשנות פרדיגמות המוטיבציה חברתית אופרנטית אלה ומשופרים על ידי מדידת משתנים נוספים מאלה שצוינו בפרוטוקול לעיל. לדוגמא, את המיקום של כל עכבר בתא המתאים ניתן לעקוב באמצעות מ"קתוכנה מסחרית זמינה rrently. בנוסף, יכולות להיות הבקיע התנהגויות ספציפיות כוללים מגע האף-לאף או קולות קוליים באינטראקציות חברתיות. חוקרים עשויים לקדם ניסוי עם התאמות ליחסים בשימוש בפרדיגמה המוטיבציה החברתית או עם ניסויים שכלל היעדר שותף חברתי או אפילו השוואות מעורבות גירויים אחרים מאחורי דלת הגיליוטינה כגון וידאו של conspecific או אפילו בובות. לפרדיגמה ההשוואה הערכיות, ניתוח של דינמיקת בחירה פני ניסויים יכול לספק מידע נוסף אודות שינויים במוטיבציה עקב שובע לסוג תגמול מסוים 18.
בעוד פרדיגמות המוטיבציה החברתיות אופרנטית אלה מספקים כלי נחוץ לכימות מוטיבציה חברתית בעכברים, יש להם כמה מגבלות שהם. ראשית, פרדיגמות אלה דורשים עכברים יש את היכולת הקוגניטיבית לעשות עמותות למדו בין המנוף דחוף והגמול החברתי. מודלים של עכברים מסוימים עשוייםיש גירעונות ביכולות מבחינת קוגניטיבית וחברתיות ולכן קשה להעריך את המוטיבציה חברתית באמצעות פרדיגמות אלה. שנית, טיבו של המפגש החברתי הוא מוגבל כמו העכברים מותר רק לאינטראקציה על פני רשת תיל. עם זאת, עכברים עדיין יכולים לעסוק בהצלחה בהרבה התנהגויות חברתיות אופייניות, בעיקר, חקירות האף-לאף. הגבלה סופית באחת השיטות הבאות היא שהם עתירי עבודה ודורשים הרבה זמן להסתיים. ההכשרה והבדיקה באמצעות שני פרדיגמות דורשים מינימום של שני חודשים של פגישות יומיות. עכברים מסוימים עשויים לקחת הרבה יותר זמן כדי ללמוד את עמותת לחיצת מנוף מתיחת המספר הנדרש של מפגשים. בעוד פרדיגמות בהחלט לא להיחשב טכניקות תפוקה גבוהה, נתונים שהם מייצרים הוא בעלי ערך ושווה את השקעת העבודה הנדרשת ביותר. עם זאת, כדי לספק אפיון מלא יותר של ההתנהגות החברתית של מודל עכבר מסוים, מומלצת שפרדיגמות אלה להיותאד בשילוב עם שיטות אחרות שהוקמו למדידת התנהגות חברתית בעכברים.
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
אנו מודים למועצה למחקר בפקולטה באוניברסיטת פסיפיק אזוסה לתמיכת מענק. אנו מודים גם אשלי שניידר, מייקל גרג, ודוגמא חנה לתמיכה טכנית.
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. |
References
- Silverman, J. L., Yang, M., Lord, C., Crawley, J. N. Behavioural phenotyping assays for mouse models of autism. Nat Rev Neurosci. 11, 490-502 (2010).
- File, S. E. The use of social interaction as a method for detecting anxiolytic activity of chlordiazepoxide-like drugs. J Neurosci Methods. 2, 219-238 (1980).
- File, S. E. Animal models for predicting clinical efficacy of anxiolytic drugs: social behaviour. Neuropsychobiology. 13, 55-62 (1985).
- File, S. E. Anxiolytic action of a neurokinin1 receptor antagonist in the social interaction test. Pharmacol Biochem Behav. 58, 747-752 (1997).
- File, S. E., Hyde, J. R. Can social interaction be used to measure anxiety. Br J Pharmacol. 62, 19-24 (1978).
- Winslow, J. T. Mouse social recognition and preference. Curr Protoc Neurosci. 8, Unit 8 16 (2003).
- Angelis, L., File, S. E. Acute and chronic effects of three benzodiazepines in the social interaction anxiety test in mice. Psychopharmacology (Berl). 64, 127-129 (1979).
- Gheusi, G., Bluthe, R. M., Goodall, G., Dantzer, R. Ethological study of the effects of tetrahydroaminoacridine (THA) on social recognition in rats. Psychopharmacology (Berl). 114, 644-650 (1994).
- Carter, C. S., DeVries, A. C., Getz, L. L. Physiological substrates of mammalian monogamy: the prairie vole model). Neurosci Biobehav Rev. 19, 303-314 (1995).
- Moy, S. S., et al. Sociability and preference for social novelty in five inbred strains: an approach to assess autistic-like behavior in mice. Genes Brain Behav. 3, 287-302 (2004).
- Pearson, B. L., et al. Absence of social conditioned place preference in BTBR T+tf/J mice: relevance for social motivation testing in rodent models of autism. Behav Brain Res. 233, 99-104 (2012).
- Matthews, T. J., Abdelbaky, P., Pfaff, D. W. Social and sexual motivation in the mouse. Behav Neurosci. 119, 1628-1639 (2005).
- Lee, A., Clancy, S., Fleming, A. S. Mother rats bar-press for pups: effects of lesions of the mpoa and limbic sites on maternal behavior and operant responding for pup-reinforcement. Behav Brain Res. 108, 215-231 (2000).
- Kogan, J. H., Frankland, P. W., Silva, A. J. Long-term memory underlying hippocampus-dependent social recognition in mice. Hippocampus. 10, 47-56 (2000).
- Sekiguchi, R., Wolterink, G., van Ree, J. M. Short duration of retroactive facilitation of social recognition in rats. Physiol Behav. 50, 1253-1256 (1991).
- Bluthe, R. M., Gheusi, G., Dantzer, R. Gonadal steroids influence the involvement of arginine vasopressin in social recognition in mice. Psychoneuroendocrinology. 18, 323-335 (1993).
- Thor, D. H., Holloway, W. R. Anosmia and play fighting behavior in prepubescent male and female rats. Physiol Behav. 29, 281-285 (1982).
- Martin, L., Sample, H., Gregg, M., Wood, C. Validation of operant social motivation paradigms using BTBR T+tf/J and C57BL/6J inbred mouse strains. Brain Behav. 4, 754-764 (2014).
