La cuantificación de la motivación social en ratones utilizando Condicionamiento 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
En este protocolo, motivación social se mide en ratones a través de un par de paradigmas de condicionamiento operante. Para llevar a cabo los experimentos, de dos cámaras cajas de transporte estaban equipados con dos palancas operantes (izquierda y derecha) y un receptáculo de alimentos en una cámara, que entonces fue dividida de la segunda cámara por una puerta de guillotina automatizado cubierto por una rejilla de alambre. Diferentes ratones de estímulo, girar a través de días de pruebas, sirvieron como estímulo sociales detrás de la rejilla de alambre, y eran accesibles solamente a raíz de la apertura de la puerta de guillotina. Ratones de prueba fueron entrenados para palanca de prensa con el fin de abrir la puerta y obtener acceso a la pareja de estímulo durante 15 s. El número de prensas de palanca necesarios para obtener la recompensa social, aumentado progresivamente en un horario fijo de 3. sesiones de prueba terminó después de ratones de prueba se detuvieron palanca de presión durante 5 minutos consecutivos. La última relación de punto de interrupción o reforzado se puede utilizar como una medida cuantitativa de la motivación social. Para el segundo paradigma, test ratones fueron entrenados para discriminar entre prensas de palanca izquierdo y derecho con el fin de obtener una recompensa, ya sea de alimentos o la recompensa social. Los ratones fueron recompensados por cada 3 prensas de cada palanca respectiva. El número de alimentos y sociales recompensas puede ser comparado como una medida del valor que se da a cada uno recompensa. La proporción de cada tipo de recompensa también se puede comparar entre las cepas de ratón y el cambio en esta relación se puede controlar dentro de las sesiones de pruebas para medir la saciedad con un tipo de recompensa dada. Ambos de estos paradigmas de condicionamiento operante son muy útiles para la cuantificación de motivación social en modelos de ratón de autismo y otros trastornos de la conducta social.
Introduction
En los últimos años, la relación de los factores genéticos y ambientales a los trastornos de la conducta social, incluyendo trastorno del espectro autista, ha dado lugar al desarrollo de modelos de ratones diseñados para explorar el papel de estos factores en el comportamiento social. Esto ha creado una demanda de nuevas técnicas para la caracterización de la conducta social en ratones, incluyendo una medida cuantitativa de motivación social 1.
Hay varios paradigmas establecidos que se pueden utilizar para demostrar la motivación social en ratones, sin embargo; todos ellos tienen severas limitaciones en su capacidad para cuantificar la fuerza de la conducta motivada. Por ejemplo, algunas de las evaluaciones conductuales tempranos incluyen simples observaciones de las interacciones sociales entre los dos roedores que nunca han conocido. Varios comportamientos incluyendo acercarse, siguiendo, oler, y el aseo se miden a menudo, y pueden proporcionar un índice de motivación social. Se llevaron a cabo inicialmente Estos estudiosen ratas de 2-5, y luego más tarde adaptado para su uso en ratones 6,7. La habituación / deshabituación paradigmas de reconocimiento social en el que el animal de ensayo se expone repetidamente a los mismos estímulos animales (habituación) y luego se expone a una novela de animales (deshabituación) también proporcionan una medida de la motivación social 8. Como sugieren las etiquetas, animales típicos se mostrará una respuesta de comportamiento habituado a la presencia repetida de los mismos animales de estímulo pero demostrarán deshabituación, o un retorno a la línea de base, cuando se expone a la novela animal. La respuesta de habituación probable demuestra una disminución en la motivación del ratón de prueba para interaccionar con el ratón estímulo. Paradigmas de la elección social que permiten un ratón de prueba para elegir entre una cámara de vacío y un ratón de estímulo restringido a una cámara diferente también se han utilizado para evaluar la motivación social. Un ensayo general comienza colocando el puntero del ratón en una prueba, cámara central neutral. Algunas versiones de esta tarea implican tethering el ratón estímulo a una cámara 9. Una modificación de esta tarea emplea el uso de un recinto de alambre sobre los ratones de estímulo evitando la inmovilización de los animales de estímulo 10. Más recientemente, una tarea social de preferencia de lugar condicionado fue desarrollado en el que se acondicionaron ratones para asociar visualmente distintas cámaras, ya sea con la presencia o ausencia de un interlocutor social, y luego se deja explorar las cámaras vacías siguiente acondicionado 11. Se considera más tiempo de permanencia en la cámara donde se produjeron con anterioridad emparejamientos sociales para ser un índice de motivación social.
Todos los paradigmas anteriores proporcionan datos valiosos relacionados con el fenotipo social de los ratones. Sin embargo, mientras que uno puede observar si un ratón demuestra un "deseo" de buscar la interacción social en los paradigmas anteriores, la fuerza de este "deseo", es decir., Motivación social, es difícil de medir. La fuerza de la conducta motivada tienetradicionalmente han medido en roedores mediante la creación de un escenario en el que tienen que trabajar con el fin de obtener acceso a la fuente de su motivación. Esto implica generalmente roedores de formación en un paradigma operante implica la alimentación como el factor de motivación. Sin embargo, este método se ha empleado previamente para investigar la motivación social en ratas, pero ya sea que implica el acceso a una pareja sexual para ratas macho o, para las mujeres, acceso a sus propios cachorros (revisado en Matthews et al., 2005) 12,13.
Antes del desarrollo de los paradigmas sociales motivación se describen a continuación, sólo había un otro estudio que investigó la motivación social fuera de la motivación sexual utilizando un paradigma operante con los ratones 12. En esta serie de experimentos, ratones Swiss Webster exogámicos fueron entrenadas para presionar una palanca con el fin de obtener acceso a una misma especie del mismo sexo. En un experimento, una latencia reducida significativamente empiece a responder para el acceso a la mous objetivoe se demostró en ratones alojados individualmente en comparación con los ratones alojados en grupo, lo que sugiere una mayor motivación para buscar el acceso social en estos ratones socialmente aislados. En otro experimento de ese mismo estudio, se realizó una comparación entre la solución salina y antagonista de la oxitocina (atosiban) ratones infundidos. Curiosamente, los ratones infundido con las drogas demostraron un aumento significativamente la latencia para comenzar a responder para el acceso al ratón objetivo sugiriendo reducción de la motivación para una recompensa social en estos ratones.
Si bien estos experimentos representan un intento de cuantificar noble motivación social en ratones usando el condicionamiento operante, fueron también altamente limitados y se mejoran en gran medida en el uso de los métodos descritos a continuación. Por ejemplo, un defecto fundamental de manifiesto en el primer experimento descrito anteriormente (experimento 2 del estudio actual) fue el uso de los investigadores de sólo 2 ratones objetivo alternaban través de días de prueba. Investigaciones anteriores han demostrado que el reconocimiento social en grupo albergaba-ratones pueden durar por lo menos 7 días previos a la reducción de la investigación social con la exposición repetida a la misma diana 14. Sin embargo, el reconocimiento social en ratas y ratones alojados individualmente-disipa dentro de 1 – 2 hr de modo que las duraciones de la investigación social se mantienen en niveles de línea de base si una exposición repetida a la misma diana es al menos 2 horas después de la exposición inicial 15-17. La latencia reducida de ratones alojados individualmente-empiece a responder para acceso social reportado en la Matthews et al. Experimento pudo haber sido una consecuencia de la falta de reconocimiento social de los ratones de destino a través de días de prueba 12. Este potencial factor de confusión se controla en los métodos a continuación utilizando un novedoso ratón blanco en cada día de la prueba. También, en ambos experimentos del estudio Matthews et al. Describen anteriormente, no hubo informó diferencias en el número total de prensas de palanca hechas entre los grupos. Es posible que una diferencia en el total de prensas de palanca podría tener seaen detectar si los investigadores utilizaron una proporción progresivamente creciente de respuestas para premiar como se utiliza en nuestro diseño de la investigación se describe a continuación. Además, el acceso al ratón objetivo fue controlado manualmente por el experimentador, levantando una caja que cubre el objetivo. El uso de una puerta de guillotina controlada automáticamente para el acceso al ratón objetivo elimina la posibilidad de artefacto debido a la presencia del experimentador. De hecho, con el fin de automatizar completamente los paradigmas operantes motivación social, el equipo de investigación se ha personalizado como se detalla a continuación.
Protocol
Representative Results
Discussion
Los paradigmas motivación sociales operantes descritos en este artículo son herramientas poderosas para la caracterización de la conducta social en modelos de ratón de la enfermedad humana. En lugar de permitir un ratón de prueba para elegir pasivamente un encuentro social, estas paradigmas requieren un esfuerzo desde el ratón de prueba a fin de obtener una recompensa social. La cantidad de esfuerzo que un ratón prueba está dispuesto a producir para obtener la recompensa social proporciona una medida cuantitativa de la motivación social. Por otra parte, a través del paradigma de la comparación de valencia, la conducta motivada puede ser comparado a través de diferentes tipos de recompensa. Ambos de estos paradigmas operantes se puede utilizar para evaluar motivaciones sexuales y de los padres, así presentando el estímulo apropiado en el lado opuesto de la puerta de guillotina.
El desarrollo de estos paradigmas motivación social implicaba la solución de problemas de diversas variables clave. Por ejemplo, a través de los estudios piloto de la cantidad de tiempo que el i recompensa socialess presentado se redujo de 30 segundos a 15 segundos. Si bien este tiempo es suficiente para las interacciones sociales entre los ratones de prueba y de estímulo, la investigación futura puede optimizar la cantidad de tiempo para la recompensa social. Del mismo modo, la proporción progresivamente creciente de prensas de palanca a las recompensas sociales se bajó de una tasa fija de 5 a 3 en base a la investigación piloto.
El número de días necesarios para alcanzar la palanca asintótica presionando comportamiento se evaluó inicialmente a través de los 30 días de sesiones de pruebas diarias. Se determinó que la mayoría de los ratones llegan a asíntota en 7 días por lo que el número de sesiones de prueba se redujo a 20. Daily rendimiento no fluctuar sin embargo, por lo que el promedio de los datos a través de los últimos 10 días asegura un rendimiento asintótico mientras que también proporciona un mejor índice de rendimiento medio verdadero que un menor número de días de prueba. Los investigadores deben controlar sus datos para garantizar que el rendimiento asintótica se alcanza dentro de los 10 días de prueba o modificar el protocolo según sea necesario.
Trasesiones INING también se redujeron entre 1 hr y 30 min. El número de sesiones de entrenamiento requeridas no dependerá de la cepa de ratón y algunos ratones puede ser designado arbitrariamente como nonlearners después de un número determinado de sesiones de entrenamiento 18. El número de días de formación necesarios para alcanzar el criterio de avance al paradigma de pruebas ofrece otro índice de motivación social y por lo tanto digno de seguimiento. Los investigadores también pueden querer experimentar con diferentes opciones de recompensa de alimentos para el paradigma de comparación de valencia. Sin embargo, es importante que los ratones de prueba están capacitados inicialmente usando una recompensa puramente social y ensayaron a continuación en el paradigma de motivación social antes de comenzar el paradigma comparación de valencia.
Estos paradigmas motivación sociales operantes pueden modificarse y mejorarse mediante la medición de variables adicionales a las indicadas en el protocolo anterior. Por ejemplo, la ubicación de cada ratón en su respectiva cámara se puede seguir usando cusoftware comercial rrently disponible. Además, los comportamientos específicos, incluyendo el contacto de nariz a nariz o vocalizaciones ultrasónicas pueden ser anotados durante las interacciones sociales. Los investigadores pueden continuar experimentar con ajustes en las proporciones utilizadas en el paradigma de la motivación social o con ensayos con la ausencia de un interlocutor social o incluso las comparaciones que involucran otros estímulos detrás de la puerta de guillotina, como un vídeo de una misma especie o incluso una marioneta. Para el paradigma de la comparación de valencia, los análisis de la dinámica de la elección entre los ensayos puede proporcionar más información sobre los cambios en la motivación debido a la saciedad para un tipo de recompensa en particular 18.
Si bien estos operantes paradigmas motivación sociales proporcionan una herramienta muy necesaria para cuantificar motivación social en ratones, tienen algunas limitaciones. En primer lugar, estos paradigmas requerir ratones para tener la capacidad cognitiva para hacer asociaciones aprendidas entre la palanca de prensado y la recompensa social. Ciertos modelos de ratón puedetienen déficits en habilidades tanto cognitivas y sociales por lo que es difícil evaluar la motivación social, el uso de estos paradigmas. En segundo lugar, la naturaleza del encuentro social es limitada ya que los ratones sólo se les permite interactuar a través de una rejilla de alambre. Sin embargo, los ratones son todavía capaces de participar con éxito en muchos comportamientos sociales típicos, sobre todo, de nariz a nariz investigaciones. Una limitación final de estos métodos es que son de trabajo intensivo y requieren mucho tiempo para ser completado. La formación y las pruebas a través de ambos paradigmas requiere un mínimo de dos meses de sesiones diarias. Algunos ratones pueden tomar mucho más tiempo para aprender la asociación palanca de presión que se extiende el número necesario de sesiones. Mientras que los paradigmas ciertamente no califican como técnicas de alto rendimiento, los datos que se generan es muy valioso y vale la pena la inversión de trabajo requerido. Sin embargo, para proporcionar una caracterización más completa del comportamiento social de un modelo de ratón particular, se recomienda que estos paradigmas nos seaned en conjunción con otros métodos establecidos de medir el comportamiento social en ratones.
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Damos las gracias al Consejo de Investigación de la Facultad de la Universidad Azusa Pacific para el apoyo de subvención. También agradecemos a Ashley Schneider, Michael Gregg, y Hannah muestra para soporte 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).
