Sammeln von selbstinitiierten Verhaltensdaten von Ratten zur Charakterisierung von Defiziten nach einem Schlaganfall

Verhaltenstraining und Tests mit Rattenmodellen sind in unzähligen Forschungsbereichen wichtig, von der Erforschung kognitiver Prozesse bis hin zu Krankheitszuständen und mehr¹. In der Regel werden diese Schulungen und Tests mit einzelnen Tieren in Einzelsitzungen durchgeführt, wobei ein Forscher das Tier manuell aus seinem Heimkäfig nimmt und es vorübergehend in eine Art Apparat setzt. Leider gibt es bei diesem Ansatz einige Schwierigkeiten und Einschränkungen. Erstens können Verhaltenstests für Forscher viel Zeit in Anspruch nehmen, und wenn eine Schulung erforderlich ist, wird dieser Zeitaufwand noch größer. Zweitens beeinflusst dieser Ansatz automatisch die gewonnenen Daten – oder verwirrt sie sogar potenziell -, wie an anderer Stelle festgestellt wurde². Diese Störfaktoren sind besonders deutlich, wenn man Variablen im Zusammenhang mit der Anreicherung berücksichtigt. Insbesondere werden Laborratten traditionell in kleinen Käfigen untergebracht, die gerade groß genug für ein oder zwei Ratten sind³, und wenn keine Laufräder zur Verfügung gestellt werden, können sie ein Leben lang ohne sinnvolle Trainingsmöglichkeiten auskommen. Darüber hinaus kann die isolierte Unterbringung eine Hauptquelle für Stress bei einer sozialen Spezies wie der Ratte^{sein 4}. Einige dieser tierschutzbedingten Nachteile wirken sich wahrscheinlich auf die Physiologie von Ratten^{aus 5,6}, was die Entwicklung arttypischer Verhaltensausprägungen^{verhindern kann 4} und die Qualität von Nagetiermodellen, wie sie auf menschliche Kontexte angewendet werden, beeinträchtigen könnte.

Forscher haben in den letzten Jahren verschiedene Arten von Lösungen für diese Probleme gesucht. Die einfachste Art der Lösung bestand darin, Verhaltenstests und -training zu automatisieren 7,8,9,10, wodurch die Notwendigkeit entfiel, dass sich ein einzelner Forscher um ein einzelnes Tier kümmern musste. Eine weitere Lösung bestand darin^, den Transfer der Tiere in die Versuchskammern^11,12 zu automatisieren, wodurch die Beteiligung des Menschen überflüssig wurde. Zuletzt wurden mehrere Einrichtungen untersucht, die es ermöglichen, Tiere in Kolonien in Käfigen mit anderen Tieren zu halten und mehr Raum für Erkundung und Bereicherung zu bieten¹³. Trotz dieser Vorteile können solche Kolonie-Setups die Bemühungen, individuell differenzierte Verhaltensdaten zu sammeln, einschränken oder erschweren (siehe jedoch Bemühungen um den Einsatz von Computer Vision)^14,15. Wenn individuelle Verhaltensdaten benötigt werden, kann es auch schwieriger oder komplexer sein, Tiere zu identifizieren und aus den Käfigen der Kolonie für Verhaltenssitzungen zu holen. Gegenwärtig gibt es nur wenige Systeme zur Erhebung individueller Verhaltensdaten aus (angereicherten) Koloniehaltungen 16,17,18.

Diese Nachteile können sich insbesondere auf die Forschung über die Auswirkungen erworbener Hirnverletzungen auf das Verhalten auswirken. Erstens ist klar, dass die Anwesenheit und/oder das Geschlecht von Menschen sowie die Handhabungspraktiken das Verhalten von Nagetieren beeinflussen ^2,19, und diese Variablen können das Verhalten von Ratten vor und vor dem Verhalten unterschiedlich beeinflussen. nach dem Schlaganfall. Zweitens können sich die Verhaltensergebnisse des Menschen nach einem Schlaganfall verschlechtern, indem die empfohlene Dosierung von Rehabilitationsübungen freiwillig verringert^{wird 20}. Gegenwärtig neigen Nagetierexperimente dazu, diese Art von Kontext nicht zu modellieren, da Ratten nicht frei sind, sich zu entscheiden, ob sie sich an Verhaltenssitzungen beteiligen oder darauf verzichten.

In diesem Artikel wird ein Protokoll vorgestellt, das die individuelle Verhaltensprüfung im Rahmen der ausgestalteten Koloniekäfighaltung erleichtern soll. Dieser Ansatz geht nicht nur auf die Zwänge der derzeitigen Praxis ein, sondern eröffnet auch Wege für die Erforschung innovativer Maßnahmen. Es wurde ein Ein-Ratten-Drehkreuz (ORT) entwickelt, das an einem Koloniekäfig befestigt werden kann und es den Tieren ermöglicht, selbstständig in Verhaltenskammern einzudringen und ihre eigenen Trainings- und Testsitzungen zu initiieren. Das System ist erschwinglich; Jeder ORT kann kostengünstig zusammengebaut werden (mit Zugang zu einem 3D-Drucker). In der Vergangenheit wurde die Validierung dieses Systems anhand einer einfachen operanten Kammer durchgeführt, was zeigte, dass die Tiere konsequent darauf trainiert werden konnten, eine einfache operante Hebelpresse ohne die Anwesenheit eines Versuchsleiters durchzuführen¹⁶. Dennoch bleibt die Frage, ob diese Konfiguration auf andere Szenarien anwendbar ist, ungeklärt. Ziel ist es, die Wirksamkeit des zuvor etablierten ORT-Koloniekäfigs für das Training und die Quantifizierung von qualifiziertem Reichweitenverhalten, das für motorische Beeinträchtigungen nach einem Schlaganfall relevant ist, zu validieren. Die Konfiguration wurde verwendet, um neuartige Variablen zu generieren, die in der Schlaganfallforschung normalerweise nicht erforscht werden. Zu diesen Variablen gehören Leistungsmetriken für die qualifizierte Reichweitenaufgabe und Messungen der Selbstinitiierung, die für die Motivation und Entscheidungsfindung relevant sein könnten. Darüber hinaus wurden schlaganfallinduzierte Veränderungen in den zirkadianen Mustern der täglichen Selbstinitiierung über den gesamten Zeitraum von 24 Stunden effektiv nachgewiesen.