مقالة منهجية

السلوكية Phenotyping من نماذج الأمراض الفئران مع محطة المتكاملة السلوكية (INBEST)

DOI:

10.3791/51524

⸱

أبريل 23, 2015

 ,  ,  ,  ,  , 
1Department of Psychiatry and Behavioral Neurosciences, McMaster University, 2Department of Psychology, Neuroscience & Behaviour, McMaster University, 3Neuroscience Program, McMaster University

في هذه المقالة

ملخص

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

مراقبة لفترة طويلة وشاملة من الفئران في بيئة المنزل القفص يوفر فهما أعمق للسلوك المنحرف في نماذج الفئران من أمراض الدماغ. وتصف هذه الورقة محطة السلوكية المتكاملة (INBEST) باعتبارها عنصرا أساسيا في التحليل السلوكي المعاصر.

الملخص

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

بسبب التقدم السريع في مجال الهندسة الوراثية، أصبحت القوارض الصغيرة الموضوعات المفضلة في العديد من التخصصات للبحوث الطبية الحيوية. في دراسات اضطرابات الجهاز العصبي المركزي المزمنة، هناك زيادة في الطلب على نماذج الفئران مع صلاحية عالية على المستوى السلوكي. ومع ذلك، وآليات المسببة للأمراض متعددة وعجز وظيفي المعقدة غالبا ما تفرض تحديات لقياس بشكل موثوق وتفسير سلوك الفئران المصابين بأمراض مزمنة. لذلك، يطلب من تقييم علم الأمراض الطرفية والتعريف السلوكي في عدة نقاط الوقت باستخدام مجموعة من الاختبارات. الفيديو تتبع، التحليل الطيفي السلوكي، واكتساب بعيد من التدابير الفسيولوجية والتقنيات التي تسمح التحليل السلوكي شاملة ودقيقة، وغير متحيزة في منزل قاعدة تشبه وضع الظهور. ويصف هذا التقرير بروتوكول phenotyping المكرر، والذي يتضمن مراقبة الجهاز حسب الطلب (محطة السلوكية المتكاملة، INBEST) الذي يركز على قياسات لفترات طويلة من باالمخرجات الوظيفية كذا، مثل النشاط العفوي والغذاء / استهلاك المياه والسلوك دوافع في بيئة خالية من التوتر نسبيا. التحسينات التقنية والمفاهيمية في تصميم INBEST قد يزيد من تعزيز استنساخ وتوحيد الدراسات السلوكية.

المقدمة

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

وقد أدت التطورات السريعة في مجال الهندسة الوراثية على مدى العقود القليلة الماضية إلى انتشار غير مسبوق من النماذج الحيوانية من الأمراض التي تصيب الإنسان. اكتسبت الفئران وضع مواضيع التجريبية الأولية في العلوم الطبية الحيوية لعدة أسباب. من الناحية العملية، لديهم معدل التكاثر عالية، وغير مكلفة نسبيا، وسهلة لإيواء. من وجهة نظر المفاهيمية للعرض، أنها قريبة جينيا إلى البشر، يمكن تعديلها وراثيا مع السهولة النسبية، وقد غاية نموا الغدد الصماء، في مأمن، والجهاز العصبي. وبالإضافة إلى الآفات عند مستويات الوراثية والخلوية، والدراسات المعاصرة للاضطرابات الدماغ تتطلب مظاهرة من عجز وظيفي للتكرار ذلك الوجه تسليط الضوء، بناء، أو صحة التنبؤية للنموذج الفأر الجديد 1.

عدوى حادة في الثدييات homoeothermic غالبا ما يؤدي إلى الاستجابة الحموية، التي جنبا إلى جنب مع سلوك المرض، ويشكل واحدا منآليات البقاء الرئيسية 2. تماما عرض الحيوانات المريضة تعديلات كبيرة في الغذاء / استهلاك المياه والأداء في المهام تعكس التفاعل العاطفي، والسلوك الاستكشافي، والقدرة على التعلم / الذاكرة. هذه التغييرات تمثل إلى حد كبير عن ضعف النشاط الجنسي / الاجتماعي والحفاظ على الطاقة للتفاعلات مناعية دفاعية. ومع ذلك، عندما تتحول الحالات الحادة المزمنة (كما رأينا في العديد من المناعية، والغدد الصماء والأمراض العصبية)، والأداء السلوكي يمكن أن تزيد من تدهور بسبب الضرر الهيكلي من مختلف الأجهزة، بما في ذلك الدماغ 3.

وغالبا ما يصحب أمراض الاعصاب الإنسان والحيوان من خلال كوكبة من العجز العصبية والسلوكية. ولذلك، فإن الغرض الرئيسي في الدراسات السلوكية من الحيوانات المريضة بشكل مزمن هو التمييز الآثار المركزية من العجز الناجم عن الأعراض الطرفية. ومع ذلك، فإن مدة قصيرة نسبيا من المهام السلوكية القياسية يحد من اجمعأيون المعلومات المتعلقة بالتدابير الوظيفية الأساسية، مثل الشم، يستريح، والنوم، والطعام / استهلاك المياه، أو نوبات الصرع. إدراج هذه التدابير يحسن التنميط السلوكي ويسمح تفسير أفضل من الأداء في المهام التي تتطلب النشاط.

التحسينات في phenotyping السلوكية من الفئران المريضة

وقد استلزم أوجه القصور في تقييم الشخصية السلوكي من الفئران المريضة الرصد المستمر من الفئران يضم منفردة من قبل أجهزة معالجة سريعة. على الرغم من أن بطاريات السلوكية المتنوعة ويمكن تصميم 4، 5، المدرجة أدناه هي الإجراءات التي تم استخدامها لإنشاء نموذج حيواني من مرض الذئبة العصبية 6 بنجاح. يتم تطبيق هذه البطارية مرارا وتكرارا في النماذج على حد سواء شبه المزمنة والمزمنة لمرض (الشكل 1)، مثل الضعف الادراكي المعتدل ومرض الزهايمر 7. وبعد سلسلة من الاختبارات العصبية 8-10، ميلانالجهاز مصنوع ustom، المصممة لتلبية المطالب المذكورة أعلاه من خلال الاستفادة من الرصد المستمر لمخرجات سلوكية متعددة في بيئة تشبه المنزل قفص المخصب، يمكن استخدامها. مثل هذا النهج القائم على ethologically لتقييم النشاط الاستكشافي عفوية والسلوك دوافع يوفر فهم أشمل من العجز الأداء في نماذج أخرى، مثل تلك التي تعكس التعلم والذاكرة.

figure-introduction-1
الشكل 1. تمثيل تخطيطي من phenotyping السلوكية الطولي في مختبرنا. تم تصميم البطارية السلوكية في التطور من less- نحو أكثر- المهام المجهدة، التي تتكرر في نقاط زمنية مختلفة لتقييم آثار العوامل المستمرة مثل تطور المرض، العلاج الدوائي ، أو الاستجابات المناعية. يتم تنفيذ INBEST والفردية الاختبارات خلال ص الظلامهاسي، في كثير من الأحيان على مدى 10 ساعة و 2 على التوالي المختصرات:. R - ردود الفعل. BW - الحزمة المشي الاختبار؛ RR - Rotarod. OT - اختبارات الشم. SP - السكروز اختبار الأفضلية. SD - التنحي الاختبار؛ NO - اختبار كائن رواية. OF - اختبار مفتوح الميدان؛ SAB - عفوية التناوب السلوك. FS - اختبار السباحة القسري. MWM - موريس المياه المتاهة. * - جوانب الاختبار (على سبيل المثال، والموقع، والسياق واللون والشكل) التي تحتاج إلى تغيير في التجارب اللاحقة طوال مسار التجربة.

تم الإبلاغ المستمر تسجيلات الفيديو وتحليل السلوك في بيئة تشبه المنزل القفص لأول مرة في عام 2007 (11). وعرض على جهاز الآلي أكثر تعقيدا يدمج الاختبارات السلوكية المستخدمة في الدراسات على الفئران المناعة الذاتية في 'قياس السلوك "لقاء بعد عام واحد 12. محطة السلوكية المتكاملة (INBEST، الشكل 2A) هو نظام وحدات، والتي جomprises من التحفيز ضوء المأوى والتحكم الكمبيوتر، وهما lickometers التي تسيطر عليها ضوئية (واحد للمياه، واحدة للتوصل إلى حل من الفائدة)، وهو موزع الآلي الغذاء، عجلة المحوسبة التوالي، وشبكة تسلق الرقمية. ويتم فحص الإختفاء، الترددات، وفترات من سلوكيات معينة باستخدام برامج مخصصة. الحركي والنشاط الاستكشافي (على سبيل المثال، لكائن رواية أو غير مألوف مناوع) يمكن تقييم مع برنامج تتبع الفيديو (قائمة المواد / المعدات)، في حين أن النوم وأنماط سلوكية أقل تواترا، مثل السلوك والمضبوطات المضر بالنفس، يمكن أن سجل يدويا مع الفيديو البرمجيات تتبع أو حزم الحدث تسجيل مخصصة. وتستخدم ثمانية كاملة الاجهزة INBEST / الفيديو، مما يسمح بمراقبة المتزامنة من 4 الحيوانات السيطرة التجريبية و 4 (الشكل 2B).

figure-introduction-2 الشكل 2. محطة السلوكية المتكاملة. (A) تمثيل تخطيطي من الأجهزة، والبرمجيات المستخدمة في تصميم مربع INBEST (L = 39 × W = 53 × الارتفاع = 50 سم). توفر (B) ثمانية صناديق INBEST كاملة فرصة للالمتزامنة المراقبة المنزلية قفص من أربعة فئران التجارب وأربعة السيطرة. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم.

وتشمل المتغيرات التابعة قياسات كمية الغذاء / المياه، والاستجابة لتحفيز مستساغا، والنشاط المتنقلة عفوية، والتسلق والجري الطوعي، والسلوكيات المتعلقة القلق (على سبيل المثال، واستكشاف وجوه الرواية)، والاستمالة وضبطها والنوم. بالإضافة إلى ذلك، يمكن تقديم المحفزات البصرية للتكييف والتعلم النماذج. وتشمل مزايا INBEST على اختبار السلوكي القياسية القضاء على آثار الخلط inducإد عن الإجهاد والنقل، وكذلك المستمر، وجمع الآلي من التدابير عاكسة للنشاط الليلي، والتنقيب، ذات الصلة القلق والسلوكيات مثل الاكتئاب. دمج مكونات الأجهزة الحساسة مع حزمة الفيديو تتبع ينتج ثروة من المعلومات، والذي يسمح تحسن تقييم السلوك فيما يتعلق تطور مرض مزمن في النماذج الحيوانية المتنوعة. INBEST يمكن استخدامها لدراسة اضطرابات أخرى مزمنة CNS (على سبيل المثال، ومرض التوحد، الاكتئاب الشديد والفصام)، وكذلك في الدراسات الطولية التي تركز على النمو العصبي، والآثار السلوكية للاضطرابات جهازية / الأورام، والعلاج الدوائي لفترات طويلة.

البروتوكول

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

تمت الموافقة على جميع الإجراءات من قبل لجنة رعاية الحيوان جامعة ماكماستر وإجراء وفقا للمبادئ التوجيهية التي وضعتها المجلس الكندي لرعاية الحيوان.

1. الإجراءات العامة

  1. روض الفئران لمدة 1-2 أسابيع إلى 12 ساعة ضوء / دورة الظلام القائمة (على سبيل المثال، 08:00 حتي 20:00). أداء جميع الإجراءات واختبار خلال دورة الظلام، مع RT والرطوبة وشدة الضوء تكون ثابتة نسبيا.
  2. علامة أو الذيل وشم كل الفئران لسهولة، وتحديد العددي على مدى فترة طويلة والتعامل معها 1-2 ساعة يوميا على مدى 5-7 أيام.
  3. القياسات اليومية كرر من درجة حرارة الجسم، ووزن الجسم والغذاء كمية / المياه للكشف عن الحمى المحتملة و / أو سوء التغذية الناجم عن الشيخوخة أو التقدم المرض. وتشمل معايير الإقصاء القياسية منخفضة وزن الجسم نتيجة لانخفاض الغذاء / استهلاك المياه، والتقوس في الجلوس مع الفراء تكدرت، استسقاء الرأس، البورفيرين التفريغ حول العينين، الخ
  4. لidentifالعجز العصبية ذ التي قد اربكت النشاط العام والأداء، أداء الاختبارات الحسية القياسية مثل أطرافهم الخلفية منعكس القبض 13، البصرية وضع المنعكس 14، انجذاب بالجاذبية اختبار 15، اختبار سلة 16، شعاع اختبار المشي 17-19، Rotarod 20، واختبارات الشم 21.
    ملاحظة: النتائج قد تساعد أيضا في تحليل تلازميا مع تدابير INBEST، واختيار أكثر حذرا من إجراءات أخرى (على سبيل المثال، موريس متاهة الماء إذا الفئران هي أعمى، اختبار الكائن رواية إذا الفئران هي hyposmic / شمية)، والحد من التباين داخل المجموعة، و استبعاد الفئران التي تعاني من عجز الولادة أو العدوى.
  5. تنظيف البلاستيك والأجهزة الزجاج مع مطهر لإزالة مسارات البولية أثناء اختبار الفئران من المجموعتين التجريبية والضابطة في الأزياء بالتناوب.

2. محطة المتكاملة السلوكية (INBEST) الإجراء

  1. تعيين المنزل القفص حتى
    1. ملء موزع الغذاءالصورة مع 20 ملغ الكريات الماوس طعام.
    2. ملء الزجاجات مع ماء الصنبور.
      ملاحظة: يمكن ملء زجاجة الثانية بمحلول مكون من الفائدة، مثل السكروز أو محلول سكري لاختبار تفضيل.
    3. تزن زجاجات لحساب حجم استهلاكها في نهاية الدورة.
    4. إدراج ينبثق زجاجة في lickometers. تأكد من فوهة لا يمنع جهاز استشعار الأشعة تحت الحمراء. إذا كان كذلك، والحد من طول صنبور.
    5. وضع الملاجئ في الزاوية مختارة من قفص المنزل.
  2. تعيين جهاز الكمبيوتر حتى
    ملاحظة: الأوامر البرامج المقدمة في الخطوات 2،2-2،11 هي ذات الصلة Ethovision XT حزمة 8.5 برنامج (المحددة في قائمة المواد / المعدات) وشروط الاختبار في المختبر لدينا.
    1. تضيء الغرفة مع منتشر، ضوء خافت أن يكون كافيا للفيديو لتتبع، ولكنها لا تعكس قبالة مربع، الطابق أو الجدران.
    2. فتح المشروع الافتراضي الفيديو للتتبع وإعداد إعدادات التجربة، من خلال القفلفي التفاصيل ذات الصلة (على سبيل المثال، تاريخ / وقت الدراسة، وتعيين مجموعة، وظروف الغرفة وما إلى ذلك). وفي وقت لاحق، واختيار مصدر الفيديو المناسب (PICOLO المختطف الدؤوب)، وعدد من الساحات (4)، وتتبع نقاط (center-، nose- والذيل نقطة)، وحدات القياس (سم، ثانية، ودرجة).
    3. بعد اختيار علامة التبويب قائمة الابتدائية في إطار الإعداد، وتحديد عدد من التجارب عن طريق النقر فوق الزر إضافة المحاكمات (1). وبعد ذلك، تحديد المتغيرات المستقلة (على سبيل المثال، ID الماوس، الجنس، مهمة المجموعة، وسلالة) باستخدام زر إضافة المتغير.
    4. انقر فوق علامة التبويب إعدادات الساحة والتقاط صورة الخلفية من لقطات فيديو حية. تحديد معالم الساحة الفردية من خلال تحديد المحيط الخارجي باستخدام أداة رسم المناسبة (مثل خلق المستطيل / شكل متعدد الخطوط / القطع الناقص).
    5. المقبل، إضافة مناطق من الفائدة من خلال النقر على زر إضافة مجموعة المنطقة وتحديد المناطق المختلفة (على سبيل المثال، والكلمة، lickometers، موزع الغذاء، وتسلق شبكة الخ) بطريقة متطابقة. إضافة مناطق مخفية عن المناطق التي لا يمكن أن ينظر الماوس (على سبيل المثال، والمأوى، وعجلة دوارة، الشكل 2) بالضغط على زر إضافة المخفية منطقة المجموعة. ضمان أن الدخول / الخروج يتم تحديد وربط كل منطقة المخفية.
    6. كرر الخطوات من 2.4-2.5 لكل الساحة. أداء الساحة المعايرة من خلال تسليط الضوء المعايرة واستخدام الأداة المناسبة (خلق نطاق ومعايرة / محاور) لتقديم عرض الساحة والطول. وأخيرا، تحقق من صحة إعدادات الساحة من خلال النقر على زر التحقق من صحة الساحة إعدادات.
    7. تسليط الضوء على علامة التبويب إعدادات التحكم الابتدائية وتحديد بدء / إيقاف شروط وطول المحاكمة. تعيين الشرط البداية وحتى تبدأ عندما مدة المركز نقطة تتجاوز 1 ثانية في الساحة. التلاعب في مدة المحاكمة من خلال توسيع مربع حالة توقف ووضع المحاكمة لإنهاء بعد تأخير، مثل 10 ساعة.
    8. ضمن علامة التبويب إعدادات كشفها، تسليط الضوء على طرق الكشف المناسبة (على سبيل المثالوالطرح دينامية والنموذج القائم).
    9. التالي، والاستيلاء على صورة مرجعية من الساحة فارغة من خلال النقر على زر إعدادات في التبويب كشف والضغط على الاستيلاء على زر الحالي.
    10. ضبط مجموعة من النقيض من هذا القبيل أن المركز والأنف وكشف القائم على الذيل لكل الماوس موثوقة ودقيقة ومستمرة. بالنسبة للفئران البيضاء، تحديد أن الفأر هو أكثر إشراقا من الخلفية، وأكثر قتامة من الخلفية في حالة استخدام سلالة المصطبغة.
      ملاحظة: يمكن تغيير حجم الموضوع ومعدل العينة الفيديو وفقا لبعد المسافة بين الكاميرا العلوية وهذا الموضوع، فضلا عن سرعة المعالجة للكمبيوتر المستخدمة (على سبيل المثال، 14.9 لقطة / ثانية).
    11. ضمان يتم حفظ جميع التغييرات قبل أن تخرج وحدة إعدادات الكشف.
    12. بدوره على واجهة الجهاز، وهي المسؤولة عن تحويل التناظرية الأحداث المسجلة من أجهزة الإدخال (مثل انقطاع شعاع الأشعة تحت الحمراء، وحركة عجلة دوارة وما إلى ذلك) في ديسجلات gital.
  3. الحصول على البيانات
    ملاحظة: الأوامر البرامج التالية هي ذات الصلة حسب الطلب ميد PC IV روتين ("المعالج") الذي يقدم خطوة بخطوة إدخال المعلمات الدورة (على سبيل المثال، 10 ساعة مدة المحاكمة، ID الماوس، مجموعة مهمة الخ).
    1. وضع كل الماوس في مربع المخصصة.
    2. مزامنة حزم الفيديو، والحدث تتبع عن طريق الضغط على أزرار في وقت واحد على "سجل".
    3. مغادرة القاعة بهدوء التجريبية.
    4. عند انتهاء فترة التسجيل (على سبيل المثال، بضع ساعات، يوم، أو أسبوع)، وإزالة الفئران وإعادتها إلى أقفاص وطنهم.
    5. قياس الأوزان زجاجة وحفظ جميع التسجيلات الرقمية على وسائل الإعلام الرقمية (القرص الصلب، والمحمولة USB عصا، DVD).
    6. نقل البيانات الخام إلى جدول بيانات.
    7. حفظ الملفات MPG عن التهديف لاحق من الأفعال السلوكية نادرة (على سبيل المثال، الرتابة، والمضبوطات).

النتائج

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

الرقم 3 مثالا مختلفة للقراءة الرافضة في دراسة السلوكية طويلة مع الفئران CD1. تمثل بيانات الأداء الأساسي (أيام 6-2 قبل الجراحة)، والانتعاش بعد الجراحة (2 إلى 4 أيام) والآثار السلوكية الناجمة عن الإدارة داخل الدماغي البطيني مستمرة من الأجسام المضادة في الدماغ رد الفعل (أيام 6 إلى 10، حيث 0 ترمز اليوم الجراحة). التحليل مع برنامج الحدث تسجيل يكشف عن أن المجموعة التجريبية تعرض عاهات في السلوك ابتلاعي، كما يتضح من أدنى تردد من يلعق زجاجة المياه (A)، وزيادة الكمون إلى الاقتراب من حل السكروز (B)، وانخفاض استهلاك الغذاء (C) خلال الفترة التجريبية. وبالتزامن مع هذه التغييرات، فإنها تظهر أيضا تقلص النشاط عجلة دوارة في مقارنة للسيطرة على الفئران (D). مقاسا البرمجيات التتبع، ambulates المجموعة التجريبية أيضا أقل في قفص المنزل (E) ويفضل لقضاء المزيد من الوقت في ملجأ (F). هذه الاختلافات السلوكية لإعادة مصور عن ethograms العينة (G).

figure-results-1
الشكل 3. المتغيرات التمثيلية في سلسلة من 10 ساعة جلسات يومية توضح قوة التمايز النظام INBEST. فئران التجارب (يتعرض لالأجسام المضادة في الدماغ رد الفعل أكثر من 2 أسابيع) شرب كميات أقل من المياه (A)، يستغرق وقتا أطول لنهج محلول السكروز ( B)، وتستهلك كمية أقل من الطعام (C) خلال فترة الاختبار. وبالتزامن مع هذه التغييرات، فإنها تظهر أيضا ضعف النشاط، كما يتضح من انخفاض عدد عجلة دوارة (D)، وانخفضت التمشي (E) والبقاء لفترات طويلة في ملجأ (F). ويوضح هذه الاختلافات السلوكية على ethograms العينة (G). تعرض لوحة أعلى سلوك الماوس التجريبية في يوم 6، والتي تتميز انخفاض السلوك ابتلاعي،انخفاض النشاط عجلة دوارة وزيادة الوقت المأوى بالمقارنة مع ماوس تحكم حصوله على سيارة (اللوحة السفلية). الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم.

المناقشة

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

الكشف عن الآثار الوظيفية في الحيوانات يعتمد إلى حد كبير على قدرة الباحث للحد من تقلب الأصيل في الدراسات السلوكية. ولذلك، من المهم أن بدقة السيطرة والحد من يفند المحتملة التي قد تقلل من الموثوقية واستنساخ البيانات السلوكية. في نفس الوقت، من المهم أن ندرك أن أي اختبار يعكس مجال واحد من السلوك، أن معرفة وظيفة العصبية إلزامي، وأن السلوك حساس للغاية لالضغوطات الخارجية. إذا تحظى بتقدير المسلمات المذكورة أعلاه، يمكن للمرء أن يستنتج ينبغي أن يشمل هذا التحليل السلوكي الشامل مدار الساعة من الاستجابة قياس، وكذلك، تنطوي على الصفات والنماذج التي تستفيد من الجوانب السلوكية المحددة الوظيفية الأساسية. العديد من هذه المعايير يمكن أن تتحقق باستخدام تقييم محوسب الحركات والأفعال السلوكية في بيئة غنية المنزل القفص.

وحتى الآن، فقد كان emphasiزيد phenotyping أن السلوكي للنماذج الفئران أوامر الأمراض البشرية اعتبارات إضافية. ويستند هذا المفهوم على فرضية أن التوازن الوظيفي طعن من قبل الضغوطات الداخلية والخارجية خلال بداية ظهور أعراض المرض. وعلى الرغم من كل يفند المحتملة قد لا يتم القضاء من خلال إدخال الآلي، المنزل قفص phenotyping، يتم الحد من القضايا المتعلقة إعدادات تتعارض البيئية، والإجهاد وسائل النقل، والتعامل معها المتكررة. هذا يعزز بشكل كبير الاتساق والدقة عبر الدراسات؛ يمكن حتى تخفيضات صغيرة في تقلب تحسين الكشف عن الآثار الناجمة عن مرض في بدايته. في الواقع، ويقدم INBEST ثروة من المعلومات، والذي يسمح تقييم أكثر دقة من البداية، حركية، وشدة التغيرات السلوكية، وكذلك علاقات مهمة بين مختلف العجز السلوكية الناجمة عن المرض. موثوق الفيديو تتبع يعتمد على ظروف الإضاءة اثنين. أولا، هناك حاجة ضوء منتشر في غرفة الاختبار لمنعالتحف من الأجسام التي تعكس في مكان قريب. ثانيا، لا يمكن أن يتحقق اللون عالية التباين عن طريق اختيار لون الأرضية المناسبة لتختلف عن لون الموضوع قدر الإمكان. في مختبرنا، ويتحقق ذلك عن طريق استخدام أضواء الفيضانات وضعه أسفل صندوق INBEST وصواني الطابق سوداء عند رصد الفئران البيضاء (أن خلفية بيضاء أو رمادية تكون كافية إذا اختبار سلالات المصطبغة). وفيما يتعلق بالجانب تسجيل الحدث من INBEST، الإعداد للجهاز الحالي (1 بيكولو بطاقة الفيديو مع 4 المدخلات) يحد من 4 خانات لاستخدامها في وقت واحد لكل جهاز كمبيوتر. هذا هو عدد صغير بدلا من مربعات، في حين أن أكثر ملاءمة مجموعة المتابعة يتطلب 8 أو حتى 16 الأقفاص، وبالتالي 2 أو 4 أجهزة الكمبيوتر على التوالي. ويفضل، INBEST يمكن استخدامها بشكل مستمر على مدى 24 ساعة كما قفص المنزل. هذا من شأنه أن يسمح الحيوانات في روض تماما للبيئة وإنشاء، وأنماط السلوكية الإيقاعية مستقرة، والتي يمكن تحليلها بطريقة غير متحيزة. لمنع فقدان البيانات الكمبيوتر بسبب انقطاع التيار الكهربائي، والطاقة المستمرة سوبتقديم طلب (أو على الأقل مصدر الطاقة غير المنقطعة) يجب تأمين. وأخيرا، لضمان التقييم السليم من الاستهلاك الغذائي اليومي، تجدر الإشارة إلى أن حجم الكريات الغذاء ينبغي ألا يتجاوز حجم الثقوب في موزع الغذائية (حجم الموصى بها من الغذاء بيليه واحد هو 20 ملغ).

لا يمكن تجاهلها، مع ذلك، أن هذا التحليل يجب أن تشمل أيضا كيف قد تتفاعل التدابير INBEST المختلفة مع بعضها البعض. على سبيل المثال، الفئران التي تنفق المزيد من الوقت في عجلة دوارة من المرجح أن استيعاب كميات أكبر من الغذاء والماء لتلبية الطلبات المتزايدة من السعرات الحرارية الخاصة بهم. وبالمثل، قد الفئران تناول المزيد من الحل السكروز انخفاض كمية من المواد الغذائية. تفسير هذه النتائج قد تكون معقدة مزيد من التحسن العام في الأداء مع مرور الوقت، ولا سيما فيما يتعلق ابتلاعي السلوك وتشغيل عجلة النشاط. ونظرا الحوافز ممتلكاتهم، قد المجربون أن تنظر أيضا في تقييد الوصول إلى حل السكروز ورانه تشغيل عجلة لمواجهة احتمال آثار ما بعد ابتلاعي وفقدان الوزن المفرطة، على التوالي. ومع ذلك، قد تكون هذه المخاوف أكثر أهمية في بعض سلالات من غيرها بسبب سلالات مختلفة من الفئران لها ملامح سلوكية متباينة. على الرغم من أن أداء كل من خط الأساس وضوابط التقييم التجريبية للعديد من القضايا أعلاه، تحتاج المجربون أن ندرك أن هذه المتغيرات يجب أن تؤخذ في الاعتبار عند تفسير INBEST البيانات. وفي الوقت نفسه، فإن بعض جوانب السلوك لا يمكن أن تدرس في بيئة المنزل القفص، مما يستلزم الجمع مع الاختبارات القياسية لاستكمال الملف السلوكي من المواضيع.

مراقبة محوسب ضمن موحدة، ولكن البيئات مرنة ويبدو أن الخطوة المنطقية التالية في التحليل السلوكي المعاصر. ومثل هذا، النهج القائم على ethologically غير الغازية تسمح للباحثين لمراقبة ذخيرة كاملة من الاستجابات السلوكية على مدى فترة طويلة من الزمن. الoretically، وهذا يمكن أن يتحقق من خلال دراسة السلوك في بيئة المخصب "افتراضية" التي تشبه الموائل الطبيعية. ووصف عدة مجموعات بحثية أدوات تتبع القائم على الرؤية التي تدعم phenotyping السلوكية من الفئران في هم 22-25 المنزل القفص، في dyads 26، 27، أو في سياق مجموعات اجتماعية كبيرة 28. ويمكن تحقيق دقة عالية والقرار المكانية من خلال دمج الفيديو تتبع مع ​​تكنولوجيا رقاقة لجمع في وقت واحد ومتزامن من البيانات السلوكية في مجموعة من الفئران 28. كاميرات قياس الحرارة قادرة على الكشف عن الحرارة التوقيعات يمكن الجمع بين رقائق تزرع في الجسم أو الترددات لتوفير الموقع النسبي والوظائف الفسيولوجية الأساسية لكل الماوس (على سبيل المثال، درجة حرارة الجسم والقلب / معدل التنفس). وبالإضافة إلى ذلك، فإن نظام تتبع 3D متقدمة تنتج اعتراف أكثر دقة والكمي للأعمال السلوكية. من أجل تشغيل مرارا فاريإيتي من الاختبارات، يجب أن يكون آليا مثل هذا النظام، بعد سيطرة، وحدات. على سبيل المثال، والذاكرة المكانية يمكن دراستها في بيئات أكبر عن طريق برمجة ظهور الاشارات البعيدة على الجدران LCD، أو من خلال تقديم / يختبئ موزعات مع الطعام مستساغا من الطوابق المنقولة. بطريقة مماثلة، يمكن أن يقدم أشياء جديدة / مخبأة في أوقات محددة طوال فترة الدراسة. هذا phenotyping المحوسب قد تساعد في توضيح المحددات الوراثية للسلوك، وآليات المسببة للأمراض نماذج المرض الكامنة، ووضع استراتيجيات علاجية جديدة. اذا تم التوصل الى توافق مع الاحترام لظروف الاختبار، سلسلة من الاختبارات، وكذلك الأجهزة والبرمجيات المستخدمة، يمكن للمرء أن يتوقع أن هذا التوحيد الذي طال انتظاره تحسين استنساخ الدراسات السلوكية ورفع القياس النفسي التجريبية إلى مستوى جديد.

الإفصاحات

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

ويرعى فتح المنشور الوصول من هذه المادة عن طريق ميد شركاه، وشركة (سانت ألبانز، VT).

شكر وتقدير

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

تم دعم هذا العمل من خلال منحة مؤسسة أونتاريو للصحة العقلية لبكالوريوس ، ومنحة أونتاريو للخريجين إلى M.K.

المواد

قائمة المواد المستخدمة في هذه المقالة
الاسمالشركةرقم فهرسيالتعليقات
حزمة تشغيل واجهة التحكم في الطاقةMed Associates Inc.MED-SYST-8صندوق واجهة وبطاقة PCI تدير جميع مدخلات ومخرجات بيانات A / D
ضوء التحفيزMed Associates Inc.ENV-221M28 فولت تيار مستمر ، 100 مللي أمبير ، 2.5   ؛ ضوء قطره سم (لعرض حافز مشروط)
كاشف دخول الرأسMed Associates Inc.يسمح ENV-254-CBباكتشاف دخول الرأس في وعاء الحبيبات مقياس
الشعاع الضوئيMed Associates Inc.ENV-351Wللكشف عن اعتراض الشعاع عن طريق الخطم
كريات الطعامBio-ServF0163كريات طعام بدون غبار (20 مجم نظام غذائي قائم على حبوب القوارض)
موزع طعامMed Associates Inc.ENV-203-20نظام توزيع الطعام الآلي الذي يتكون من حاوية بلاستيكية مرتفعة وأنبوب توزيع
طعامMed Associates Inc.ENV-303R2Wقاعدة حساسة للأشعة تحت الحمراء للإشارة عند توزيع حبيبات الطعام أو جمعها
شبكة التسلقMed Associates Inc.CT-Climbingدرجات معدنية متينة ، أبعاد
Med PC IV softwareMed Associates Inc.SOF-735يدمج الحصول على البيانات من جميع الأجهزة
الإلكترونية MPC2XL v1.4Med Associates Inc.SOF-731أداة نقل البيانات الخام
Soft CR Pro v1.05Med Associates Inc.SOF-722برنامج المراقبة عن بعد عبر
الإنترنت عجلة الجريMed Associates Inc.CT-MSUB-ENV-3042-X1عجلة نشاط للفئران
عداد رقميMed Associates Inc.عداد LCD ESUB-ENV-3000(4 تهم = 1 ثورة = طول 54.6 سم)
Picolo الدؤوب ملتقى الإطارEuresysبطاقة التقاط فيديو PCI عالية الدقة
Ethovision XT 8.5Noldus تكنولوجيابرنامج تتبع الفيديو
كاميراباناسونيكWV-BP334كاميرا فيديو رقمية منخفضة لوكس معلقة من حامل معدني
مخصص فيديو فيديو ADQUAD87 SplitterAmerican Dynamicsيدمج ويرقمن المدخلات من 4 كاميرات فيديو
نظام استشعار الأشعة تحت الحمراء وعاء شبكة المعلومات

المراجع

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Henn, F. A., McKinney, W. T. Ch. 67. Psychopharmacology: The Third Generation of Progress . Meltzer, H. Y. , Raven Press. 687-695 (1987).
  2. Hart, B. L. The behavior of sick animals. Vet. Clin. North Am. Small Anim. Pract. 21, 225-237 (1991).
  3. Kapadia, M., Sakic, B. Autoimmune and inflammatory mechanisms of CNS damage. Prog. Neurobiol. 95, 301-333 (2011).
  4. Rogers, D. C. Behavioral and functional analysis of mouse phenotype: SHIRPA, a proposed protocol for comprehensive phenotype assessment. Mamm. Genome. 8, 711-713 (1997).
  5. Moy, S. S. Mouse behavioral tasks relevant to autism: phenotypes of 10 inbred strains. Behav. Brain Res. 176, 4-20 (2007).
  6. Gulinello, M., Putterman, C. The MRL/lpr mouse strain as a model for neuropsychiatric systemic lupus erythematosus. J. Biomed. Biotechnol. 2011, 207504(2011).
  7. Marchese, M. Autoimmune manifestations in the 3xTg-AD model of Alzheimer's disease. J. Alzheimers. Dis. 39, 191-210 (2014).
  8. Sakic, B. A behavioral profile of autoimmune lupus-prone MRL mice. Brain Behav. Immun. 6, 265-285 (1992).
  9. Sakic, B., Szechtman, H., Denburg, S. D., Carbotte, R. M., Denburg, J. A. Spatial learning during the course of autoimmune disease in MRL mice. Behav. Brain Res. 54, 57-66 (1993).
  10. Sakic, B. Disturbed emotionality in autoimmune MRL-lpr mice. Physiol. Behav. 56, 609-617 (1994).
  11. Visser, L., van den Bos, R., Kuurman, W. W., Kas, M. J., Spruijt, B. M. Novel approach to the behavioural characterization of inbred mice: automated home cage observations. Genes Brain Behav. 5, 458-466 (2006).
  12. Sakic, B. The use of integrated behavioral station in chronic behavioral studies. Measuring Behavior. , Maastricht, Netherlands. 328(2008).
  13. Shinzawa, K. Neuroaxonal dystrophy caused by group VIA phospholipase A2 deficiency in mice: a model of human neurodegenerative disease. J. Neurosci. 28, 2212-2220 (2008).
  14. Quintana, A., Kruse, S. E., Kapur, R. P., Sanz, E., Palmiter, R. D. Complex I deficiency due to loss of Ndufs4 in the brain results in progressive encephalopathy resembling Leigh syndrome. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 107, 10996-11001 (2010).
  15. Irwin, S. Comprehensive observational assessment: Ia. A systematic, quantitative procedure for assessing the behavioral and physiologic state of the mouse. Psychopharmacologia. 13, 222-257 (1968).
  16. Crawley, J. N. What's Wrong With My Mouse?: Behavioral Phenotyping of Transgenic and Knockout Mice. , Wiley-Liss. (2007).
  17. Feeney, D. M., Gonzales, A., Law, W. A. Amphetamine, haloperidol and experience interact to affect rate of recovery after motor cortex injury. Science. 217, 855-857 (1982).
  18. Stanley, J. L. The mouse beam walking assay offers improved sensitivity over the mouse rotarod in determining motor coordination deficits induced by benzodiazepines. J. Psychopharmacol. 19, 221-227 (2005).
  19. Gulinello, M., Chen, F., Dobrenis, K. Early deficits in motor coordination and cognitive dysfunction in a mouse model of the neurodegenerative lysosomal storage disorder, Sandhoff disease. Behav. Brain Res. 193, 315-319 (2008).
  20. Rustay, N. R., Wahlsten, D., Crabbe, J. C. Influence of task parameters on rotarod performance and sensitivity to ethanol in mice. Behav. Brain Res. 141, 237-249 (2003).
  21. Kapadia, M. Altered olfactory function in the MRL model of CNS lupus. Behav. Brain Res. 234, 303-311 (2012).
  22. Jhuang, H. Automated home-cage behavioural phenotyping of mice. Nat. Commun. 1, 68(2010).
  23. Steele, A. D., Jackson, W. S., King, O. D., Lindquist, S. The power of automated high-resolution behavior analysis revealed by its application to mouse models of Huntington's and prion. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 104, 1983-1988 (2007).
  24. Zarringhalam, K. An open system for automatic home-cage behavioral analysis and its application to male and female mouse models of Huntington's disease. Behav. Brain Res. 229, 216-225 (2012).
  25. Chaumont, F. Computerized video analysis of social interactions in mice. Nat. Methods. 9, 410-417 (2012).
  26. Kabra, M., Robie, A. A., Rivera-Alba, M., Branson, S., Branson, K. JAABA: interactive machine learning for automatic annotation of animal behavior. Nat. Methods. 10, 64-67 (2013).
  27. Weissbrod, A. Automated long-term tracking and social behavioural phenotyping of animal colonies within a semi-natural environment. Nat. Commun. 4, 2018(2013).

إعادة الطباعة والأذونات

طلب إذن لإعادة استخدام النص أو الأشكال في مقالة JoVE هذه

طلب إذن

الوسوم

مقالات ذات صلة