Quantificar motivação social em ratos usando Condicionamento Operante
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
Neste protocolo, motivação social é medido em camundongos através de um par de paradigmas de condicionamento operante. Para realizar as experiências, duas câmaras caixas de transporte foram equipados com duas alavancas de operantes (esquerdo e direito) e um recipiente de alimentos em uma câmara, a qual foi, em seguida, separado da segunda câmara por uma porta de guilhotina automatizado coberta por uma grelha de arame. Diferentes ratos de estímulo, rodado ao longo dos dias de testes, serviu como um estímulo social por trás da grade de arame, e eram visíveis somente após a abertura da porta de guilhotina. Ratinhos de teste foram treinados para alavanca de imprensa, a fim de abrir a porta e ter acesso ao parceiro estímulo por 15 s. O número de prensas de alavanca necessários para obter a recompensa sociais progressivamente aumentada em um horário fixo de 3. sessões de testes terminou depois de ratinhos de teste parou alavanca pressionando por 5 minutos consecutivos. A última razão reforçado ou ponto de interrupção pode ser utilizada como uma medida quantitativa da motivação social. Para o segundo paradigma, test ratos foram treinados para discriminar entre prensas alavanca esquerda e direita, de modo a obter-se uma recompensa de alimentos ou a recompensa social. Os ratos foram recompensados por cada 3 prensas de cada respectiva alavanca. O número de recompensas alimentares e sociais pode ser comparada como uma medição do valor colocado sobre cada recompensa. A proporção de cada tipo de recompensa pode também ser comparadas entre estirpes de ratinho e a alteração em esta relação pode ser monitorizada dentro sessões de teste para medir a saciedade com um determinado tipo de recompensa. Ambos os paradigmas de condicionamento operante são altamente útil para a quantificação de motivação social em modelos de ratinho de autismo e outras desordens de comportamento social.
Introduction
Nos últimos anos, a ligação de factores genéticos e ambientais para desordens de comportamento social, incluindo a desordem do espectro autista, levou ao desenvolvimento de modelos de ratos concebidos para explorar o papel destes factores de comportamento social. Isso criou uma demanda por novas técnicas para a caracterização do comportamento social em camundongos, incluindo uma medida quantitativa da motivação social 1.
Existem vários paradigmas estabelecidos que podem ser utilizados para demonstrar a motivação social em ratos, no entanto; todos eles têm severas limitações da sua capacidade de quantificar a força do comportamento motivado. Por exemplo, algumas das primeiras avaliações comportamentais incluídos simples observações de interações sociais entre os dois roedores que nunca conheceu. Vários comportamentos incluindo aproximando, seguindo, cheirando, e de higiene geralmente são medidas, e pode fornecer um índice de motivação social. Estes estudos foram inicialmente conduzidaem ratos 2-5, e depois adaptado para utilização em ratinhos 6,7. A habituação / dishabituation paradigmas de reconhecimento social em que o animal de teste é exposta várias vezes para o mesmo animal estímulo (habituação) e, em seguida, exposta a um novo animais (dishabituation) também fornecem uma medição de motivação social 8. Como sugerem os rótulos, animais típicos irão exibir uma resposta comportamental habituados à presença repetida dos mesmos animais estímulo mas irá demonstrar dishabituation, ou um retorno à linha de base, quando exposto ao novo animal. A resposta de habituação provável demonstra um declínio na motivação do rato de teste para interagir com o mouse estímulo. Paradigmas escolha social, permitindo um teste de rato para escolher entre uma câmara de vazio e um estímulo rato restrita a uma câmara diferente, também têm sido utilizados para avaliar a motivação social. Um ensaio começa tipicamente pela colocação do rato no ensaio, uma câmara central neutra. Algumas versões deste tarefa envolver tethering o mouse estímulo para uma câmara 9. Uma modificação desta tarefa empregue o uso de um invólucro de fio ao longo dos ratinhos estímulo evitando amarramento dos animais de estímulo 10. Mais recentemente, uma tarefa lugar de preferência condicionada social, foi desenvolvido em ratinhos que foram condicionados a associar câmaras distintas visualmente ou com a presença ou ausência de um parceiro sociais, e depois deixou-se explorar as câmaras vazias seguinte condicionado 11. Mais tempo gasto na câmara onde previamente ocorreu emparelhamentos sociais é considerado ser um índice de motivação social.
Todos os paradigmas acima fornecem dados importantes relacionados com a fenotipagem social dos ratos. No entanto, embora se possa observar se um rato demonstra um "desejo" de buscar interação social nos paradigmas acima, a força desse "desejo", ie., Motivação social, é difícil de medir. A força de comportamento motivado possuisido tradicionalmente medido em roedores, criando um cenário em que eles têm que trabalhar a fim de obter acesso à fonte de sua motivação. Isso geralmente envolve roedores de treinamento em um paradigma operante envolvendo alimentos como o fator motivador. No entanto, este método tem sido utilizado anteriormente para investigar a motivação social de ratos, mas de qualquer envolvendo o acesso a um parceiro sexual para ratos do sexo masculino ou, para as mulheres, o acesso aos seus próprios filhotes (revisto em Matthews et al., 2005) 12,13.
Antes do desenvolvimento dos paradigmas motivação social descritos a seguir, houve apenas um outro estudo que investigou a motivação social fora da motivação sexual usando um paradigma operante com camundongos 12. Nesta série de experiências, não consanguíneas ratinhos Swiss Webster foram treinados para pressionar uma alavanca, a fim de obter acesso a uma mesma espécie do mesmo sexo. Numa experiência, uma latência significativamente reduzida para começar a responder de acesso ao alvo compue foi demonstrada em ratos-alojados individualmente em comparação com camundongos alojados em grupo, sugerindo uma maior motivação para buscar o acesso social desses ratos isolados socialmente. Em outro experimento desse mesmo estudo, foi feita uma comparação entre salina e antagonista da oxitocina (atosiban) ratos infundidos. Curiosamente, os ratos com infusão de drogas demonstraram um aumento significativo do tempo de latência para iniciar a resposta para o acesso ao dispositivo de destino sugerindo motivação reduzida para uma recompensa sociais nestes ratinhos.
Embora estas experiências representam uma tentativa para quantificar nobre motivação social em ratos usando o condicionamento operante, eles foram também altamente limitada e são grandemente melhorados utilizando os métodos descritos abaixo. Por exemplo, uma falha fundamental aparente no primeiro experimento descrito acima (experimento 2 do presente estudo) foi o uso de apenas 2 ratos alvo alternados ao longo dos dias de teste dos pesquisadores. Pesquisas anteriores mostraram que o reconhecimento social no grupo alojadoscamundongos pode durar por pelo menos 7 dias que antecederam à redução investigação social com a exposição repetida ao mesmo alvo 14. No entanto, o reconhecimento social em ratos e ratinhos alojados individualmente dissipa dentro de 1 – 2 horas para que as durações de investigação social continuam em níveis basais se uma exposição repetida à mesma meta é, pelo menos, 2 horas após a exposição inicial 15-17. A latência reduzida de ratinhos alojados individualmente para começar a responder para o acesso social, apresentada na Matthews et al. Experimento pode ter sido uma consequência da falta de reconhecimento social dos ratos-alvo através de teste de 12 dias. Este confundem potencial é controlado pelos métodos a seguir, utilizando um novo alvo rato em cada dia de teste. Além disso, em ambas as experiências a partir do estudo de Matthews et ai. Descrito acima, não foram relatadas diferenças no número total de pressões da alavanca realizadas entre os grupos. É possível que a diferença em prensas totais de alavanca poderia ser têmen detectado se os pesquisadores utilizaram uma proporção progressivamente crescente de respostas para recompensar como usado em nosso projeto de pesquisa descrito abaixo. Além disso, o acesso ao rato alvo foi controlada manualmente pelo experimentador, levantando uma caixa que cobria o alvo. A utilização de uma porta de guilhotina para automaticamente controlado com acesso para o rato alvo elimina a possibilidade do artefacto, devido à presença do experimentador. Na verdade, a fim de automatizar completamente a motivação social, paradigmas operantes, o equipamento pesquisa foi personalizado como detalhado abaixo.
Protocol
Representative Results
Discussion
Os paradigmas motivação social operantes descritos neste artigo são ferramentas poderosas para a caracterização do comportamento social no mouse modelos de doenças humanas. Em vez de permitir que um rato de ensaio para escolher passivamente um encontro social, estes paradigmas requerem esforço do rato de ensaio, a fim de obter uma recompensa social. A quantidade de esforço que um rato de teste é disposto para produzir a obter a recompensa social, fornece uma medida quantitativa da motivação social. Além disso, através do paradigma comparação valência, o comportamento motivado pode ser comparado entre os diferentes tipos de recompensa. Ambos os paradigmas operantes pode ser usado para avaliar motivações sexuais e parentais como também através da apresentação do estímulo apropriado no lado oposto da porta de guilhotina.
O desenvolvimento destes paradigmas motivação social envolveu a solução de problemas de diversas variáveis-chave. Por exemplo, através de estudos piloto a quantidade de tempo que o i recompensa sociaisS apresentou foi reduzida de 30 segundos para 15 segundos. Embora este tempo é suficiente para interações sociais entre os ratinhos de teste e de estímulo, a pesquisa futura pode otimizar a quantidade de tempo para a recompensa social. Do mesmo modo, o aumento progressivo da razão de pressões da alavanca para recompensa sociais foi reduzido a partir de uma taxa fixa de 5-3 baseada na pesquisa piloto.
O número de dias necessários para alcançar alavanca assintótica pressionando comportamento foi avaliada inicialmente através de 30 dias de sessões de testes diários. Determinou-se que a maioria dos mouses chegar a assíntota em 7 dias para que o número de sessões de testes foi reduzido para 20. desempenho diário faz flutuar no entanto, para a média dos dados ao longo dos últimos 10 dias garante um desempenho assintótica ao mesmo tempo proporcionar um melhor índice de verdadeiro desempenho médio de menos dias de teste. Pesquisadores devem monitorar seus dados para garantir que o desempenho assintótica é atingido dentro de 10 dias de teste ou modificar o protocolo, se necessário.
Trasessões ining também foram reduzidos a partir de 1 h 30 min. O número de sessões de formação necessárias não depende da cepa de rato e alguns ratos podem ser arbitrariamente designada como nonlearners após um número fixo de 18 sessões de treinamento. O número de dias de formação necessárias para atingir o critério para a progressão para o paradigma de teste fornece um outro índice de motivação social e é, portanto, digno de rastreamento. Os pesquisadores também pode querer experimentar com diferentes opções de recompensa alimentar para o paradigma comparação valência. No entanto, é importante que os ratinhos de teste são inicialmente formados usando uma recompensa puramente social e, em seguida, testados no paradigma motivação social antes de iniciar o paradigma comparação valência.
Esses paradigmas motivação social operantes pode ser modificado e melhorado medindo variáveis adicionais superiores aos indicados no protocolo acima. Por exemplo, a localização de cada rato na sua respectiva câmara pode ser rastreado utilizando cusoftware comercial rrently disponível. Além disso, comportamentos específicos, incluindo o contato nariz-de-nariz ou vocalizações ultra-som pode ser marcado durante interações sociais. Os pesquisadores podem continuar a experiência com adaptações dos índices usados no paradigma motivação social ou com os ensaios que envolvem a ausência de um parceiro social, ou até mesmo comparações envolvendo outros estímulos por trás da porta de guilhotina, como um vídeo de uma mesma espécie ou mesmo um fantoche. Para o paradigma comparação valência, análises da dinâmica de escolha através de ensaios pode fornecer mais informações sobre mudanças na motivação devido à saciedade para um determinado tipo de recompensa 18.
Embora esses paradigmas motivação sociais operantes fornecer uma ferramenta muito necessária para quantificar motivação social em camundongos, eles têm algumas limitações. Em primeiro lugar, esses paradigmas exigem ratos para ter a capacidade cognitiva para fazer associações aprendidas entre a alavanca premente ea recompensa social. Certos modelos de mouse podetêm déficits em habilidades, tanto cognitivas e sociais tornando-se difícil avaliar motivação social usando esses paradigmas. Em segundo lugar, a natureza do encontro social é limitado como os ratos só estão autorizados a interagir através de uma grade de arame. No entanto, os ratos ainda são capazes de se engajar com sucesso em muitos comportamentos sociais típicas, mais notavelmente, nariz-a-nariz investigações. Uma limitação final destes métodos é que eles são muito trabalhosa e requer muito tempo para ser concluída. A formação e os testes através de ambos os paradigmas exige um mínimo de dois meses de sessões diárias. Alguns ratos podem levar muito mais tempo para aprender a associação-pressionando a alavanca estica o número necessário de sessões. Enquanto os paradigmas certamente não se qualificam como técnicas de alto rendimento, os dados que eles geram é altamente valiosa e vale a pena o investimento trabalho necessário. No entanto, para proporcionar uma caracterização mais completa do comportamento social de um determinado modelo do rato, recomenda-se que estes paradigmas ser nósed em conjunção com outros métodos estabelecidos de medir o comportamento social em murganhos.
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Agradecemos ao Conselho de Investigação Faculdade da Universidade Azusa Pacific para a sustentação da concessão. Agradecemos também a Ashley Schneider, Michael Gregg, e Hannah Amostra para suporte técnico.
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).
