مقدمة في نمذجة الاضطرابات السلوكية والتوتر
في الآونة الأخيرة ، تم اكتشاف أن الحالات السلوكية مثل الاكتئاب والقلق والاستجابة للإجهاد لها أساس عصبي. قد يساعد فهم الأسس البيولوجية لهذه الحالات الع…
تؤثر الحالات السلوكية مثل القلق والاكتئاب والفصام وحتى الإجهاد سلبا على نوعية حياتنا ، وبالتالي يحاول علماء الأعصاب بنشاط تطوير علاجات جديدة للتخفيف منها.
للقيام بذلك ، يستخدم العديد من الباحثين نماذج القوارض. على الرغم من الاختلافات في الحجم لدينا ، فإن البشر والقوارض متشابهون بشكل ملحوظ: كلانا من الثدييات ، ولدينا تشريح عصبي مماثل ، ونظهر هرمونات ذات وظائف متشابهة ، ويمكن أن تظهر نفس الاستجابات لبعض المحفزات. وبالتالي ، فإن القوارض هي كائنات نموذجية ممتازة لدراسة التغيرات في السلوك البشري.
يقدم هذا الفيديو بإيجاز المعايير المستخدمة لتقييم نماذج القوارض للاضطرابات السلوكية البشرية. بعد ذلك ، سوف نستكشف بعض الأسئلة المهمة التي يطرحها علماء السلوك ، والتي ستتبعها مناقشة للاختبارات السلوكية المختلفة المستخدمة في هذا المجال.
لنبدأ بمناقشة بعض المعايير التي يستخدمها العلماء بإيجاز لتقييم نماذج القوارض للاضطرابات السلوكية.
يمكن للباحثين استخدام التقنيات الجراحية أو الدوائية أو الجينية أو البيئية لإنشاء نماذج القوارض. يمكن بعد ذلك اختبار صلاحية النموذج باستخدام ثلاثة معايير "كلاسيكية".
المعيار الأول هو صلاحية الوجه. كما يوحي الاسم ، يقيم هذا المعيار التماثل العرضي بين نموذج القوارض والحالة البشرية. المعيار الثاني هو صلاحية البناء. يقيم هذا ما إذا كان نموذج القوارض والحالة البشرية تنشأ من نفس المسببات أو السبب. المعيار النهائي هو الصلاحية التنبؤية ، والتي تقيم التشابه بين نموذج القوارض واستجابة المريض البشري لنفس العلاج. نموذج القوارض المثالي للاضطراب السلوكي من شأنه أن يلبي كل هذه المعايير.
الآن بعد أن فهمت سبب استخدام نماذج القوارض لدراسة الاضطرابات السلوكية ، والمعايير اللازمة لتقييمها ، دعنا نستكشف بعض الأسئلة الرئيسية التي يحاول العلماء الإجابة عليها باستخدام هذه النماذج.
مثل معظم الأمراض الأخرى ، تم ربط حتى الاضطرابات السلوكية بالطفرات الجينية ويهتم بعض الباحثين بتحديد الجينات التي تساهم في هذه الحالات. في كثير من الأحيان ، يقوم الباحثون في هذا المجال بضرب الجينات ذات الأهمية في القوارض ويلاحظون تأثيرها على مجموعة من الاختبارات السلوكية.
يهتم العلماء أيضا بفهم الأساس التشريحي للاضطرابات السلوكية. في الأساس ، يريدون التحقيق في مناطق الدماغ التي تتأثر لدى الأشخاص الذين يعانون من هذه الاضطرابات النفسية. يقترب العلماء أحادي الاتجاه من هذا عن طريق إتلاف مناطق معينة من الدماغ في القوارض وتقييم تأثير هذا الضرر على سلوك القوارض.
يهتم باحثون آخرون ، بدلا من النظر في هياكل الدماغ بأكملها ، بتحديد المسارات الكيميائية العصبية المعقدة المتأثرة بالاضطرابات السلوكية. نظرا لأن الخلايا العصبية تتواصل مع بعضها البعض باستخدام مواد كيميائية تسمى الناقلات العصبية ، فإن بعض العلماء يقيمون أنماط التعبير عن مستقبلات الناقلات العصبية في الأدمغة المعرضة لظروف مختلفة. قدم هذا العمل دليلا على أن الاضطرابات السلوكية غالبا ما تنطوي على تغييرات في مستويات الناقلات العصبية.
بعد النظر في بعض الأسئلة الرئيسية ، دعنا نستكشف بعض الاختبارات التي يستخدمها علماء الأعصاب لفحص الاضطرابات السلوكية الشائعة والإجهاد في القوارض.
كما تعلم ، القلق هو اضطراب سلوكي يعاني فيه شخص ما من العصبية قبل التحدي. لاختبار القلق ، يمكن للباحثين وضع القوارض في هياكل مرتفعة تحتوي على مناطق مسورة وغير مسورة ، مثل متاهة الجمع المرتفعة أو اختبار الأزقة المتتالية. هنا ، يتميز سلوك القلق بأنه قوارض متبقية في المناطق المسورة. بدلا من ذلك ، يمكن للباحثين إدخال القوارض في بيئات جديدة مع الطعام ، وتحديد المدة التي يستغرقها لتناول الطعام. هذا هو اختبار نقص الورم. هنا ، يعمل زمن الوصول لتناول الطعام كمعيار لقياس القلق. أخيرا ، يمكن للباحثين أيضا اختبار القلق في القوارض عن طريق تعريضها لضوضاء عالية ومفاجئة وتقييم الاستجابة "المفاجئة" الناتجة. هذا يعطي الاختبار اسمه - اختبار "الذهول الصوتي".
اضطراب سلوكي شائع آخر هو الاكتئاب الذي يتميز باليأس والخمول. في القوارض ، يمكن قياس الاكتئاب عن طريق وضع في بيئات لا يمكنها الهروب منها. مثال على ذلك هو اختبار تعليق الذيل ، حيث يتم تعليق القوارض من منصة ، ويلاحظ العلماء سلوك هروب ويسجلونه. اختبار آخر شائع الاستخدام يعتمد على اليأس هو اختبار السباحة القسري ، حيث يتم وضع القوارض في حاويات مملوءة بالماء ويلاحظ المرء محاولات القوارض للبقاء فوق الماء. في كلا الاختبارين ، يعتبر القوارض تظهر سلوكا اكتئابيا عندما تظهر قلة الحركة وتتوقف عن محاولاتها للهروب.
بعد الاكتئاب والقلق ، دعونا نلقي نظرة على اضطراب مزاجي آخر يسمى الفصام ، والذي يتضمن تقلبات مزاجية وجنون العظمة والهلوسة. الاختبار السلوكي الشائع المستخدم لدراسة هذا الاضطراب هو اختبار تثبيط النبضات أو "PPI" ، وهو نسخة معدلة من اختبار الذهول الصوتي ويتضمن تعريض القوارض لمحفازين صوتيين متسلسلين - نبضة ومحفز مذهل ، والأخير عادة ما يكون ضوضاء عالية. عادة ما "يثبط" أو يقلل من الاستجابة الجسدية للقوارض للحافز المذهل. ومع ذلك ، ليس هذا هو الحال في نماذج الفصام. يمكن للباحثين أيضا تقييم الفصام في نماذج القوارض باستخدام اختبار "فرط النشاط الحركي" ، والذي يقوم خلاله العلماء بتقييم نشاط القوارض في حقل مفتوح بعد علاج الكائن الحي بالأدوية ، مثل الأمفيتامين. إذا أظهر القوارض مزيدا من الحركة في حقل مفتوح بعد التعرض للمخدرات ، فقد يكون هذا مؤشرا على سلوك شبيه بالفصام.
بخلاف نمذجة واختبار الاضطرابات السلوكية ، يهتم العلماء أيضا بتقييم الإجهاد ، وهو سبب مقترح للعديد من الاضطرابات السلوكية. في القوارض ، يمكن إحداث الإجهاد الاجتماعي عن طريق إضافة دخيل ذكر غير مألوف إلى قفص الذكر المقيم. في هذا السيناريو ، يعاني الدخيل من الإجهاد بسبب السلوك العدواني للمقيم ، والذي يشار إليه بمجموعة من السلوكيات. هناك طريقة أخرى للحث على الإجهاد في وهي تعريضها لمحفزات جسدية ضارة ، مثل الصدمة الكهربائية. يمكن أن يؤدي التعرض للصدمة الكهربائية إلى تعزيز السلوك القلق ، مثل زيادة دفن الرخام ، مما يدل على الإجهاد.
الآن بعد أن تعرفت على اختبارات القوارض المختلفة للاضطرابات السلوكية والإجهاد ، دعنا نلقي نظرة على بعض الأمثلة على كيفية استخدام علماء الأعصاب لها حاليا في أبحاثهم.
كما نوقش من قبل ، لفهم الأساس التشريحي العصبي للاضطرابات السلوكية ، يمكن للعلماء إتلاف مناطق معينة من الدماغ في القوارض ، ثم اختبارها باستخدام المهام السلوكية. في هذه التجربة ، أتلف الباحثون قشرة الفص الجبهي في الفئران ، ووضعوها في اختبار الأزقة المتتالية. تظهر النتائج أن الفئران المعالجة تقضي وقتا أطول في الأزقة الأبعد والأكثر إثارة للقلق مقارنة بالحيوانات الضابطة ، مما يشير إلى دور قشرة الفص الجبهي في السلوكيات الشبيهة بالقلق.
يمكن أن توفر النماذج أيضا نظرة ثاقبة للجينات المشاركة في الاضطرابات السلوكية. هنا ، بالغ الباحثون في التعبير عن جين يسمى DISC1 ، في مناطق معينة من الدماغ من القوارض ، ثم عالجوا هذه إما بالمحلول الملحي أو الأمفيتامين وأدخلوها في حقل مفتوح. تظهر النتائج أن القوارض المصابة بالإفراط في التعبير الجيني تظهر تأثيرا واضحا للعلاج بالأمفيتامين.
أخيرا ، يمكن للباحثين استخدام النماذج لتوصيف علم وظائف الأعضاء الأساسي للاضطرابات السلوكية بشكل أفضل. هنا ، أنشأ العلماء نموذجا للقوارض لاضطراب ما بعد الصدمة ودرسوا التغيرات الفسيولوجية الناتجة. للقيام بذلك ، شدد الباحثون أولا على القوارض من خلال تعريضها للصدمات الكهربائية ، ثم بحثوا عن تغييرات في مستويات هرمون التوتر الرئيسي ، المسمى الكورتيزول. تم العثور على مستويات الكورتيزول أعلى بشكل ملحوظ في نماذج اضطراب ما بعد الصدمة مقارنة بنظيراتها الأصحاء.
لقد شاهدت للتو مقدمة JoVE للاضطرابات السلوكية والتوتر. استعرض هذا الفيديو سبب استخدام علماء السلوك لنماذج القوارض في هذا المجال ، ووصف معايير الصلاحية لهذه النماذج. بعد ذلك ، ناقشنا الأسئلة الرئيسية التي تسلط الضوء على المشكلات التي لم يتم حلها في هذا المجال ، تليها النماذج السلوكية المستخدمة حاليا للإجابة على هذه الأسئلة. كما هو الحال دائما ، شكرا على المشاهدة!
تسجيل الدخول أو للوصول إلى المحتوى الكامل. تعرّف على المزيد حول وصول مؤسستك إلى محتوى JoVE هنا
تؤثر الحالات السلوكية مثل القلق والاكتئاب والفصام وحتى الإجهاد سلبا على نوعية حياتنا ، وبالتالي يحاول علماء الأعصاب بنشاط تطوير علاجات جديدة للتخفيف منها.
للقيام بذلك ، يستخدم العديد من الباحثين نماذج القوارض. على الرغم من الاختلافات في الحجم لدينا ، فإن البشر والقوارض متشابهون بشكل ملحوظ: كلانا من الثدييات ، ولدينا تشريح عصبي مماثل ، ونظهر هرمونات ذات وظائف متشابهة ، ويمكن أن تظهر نفس الاستجابات لبعض المحفزات. وبالتالي ، فإن القوارض هي كائنات نموذجية ممتازة لدراسة التغيرات في السلوك البشري.
يقدم هذا الفيديو بإيجاز المعايير المستخدمة لتقييم نماذج القوارض للاضطرابات السلوكية البشرية. بعد ذلك ، سوف نستكشف بعض الأسئلة المهمة التي يطرحها علماء السلوك ، والتي ستتبعها مناقشة للاختبارات السلوكية المختلفة المستخدمة في هذا المجال.
لنبدأ بمناقشة بعض المعايير التي يستخدمها العلماء بإيجاز لتقييم نماذج القوارض للاضطرابات السلوكية.
يمكن للباحثين استخدام التقنيات الجراحية أو الدوائية أو الجينية أو البيئية لإنشاء نماذج القوارض. يمكن بعد ذلك اختبار صلاحية النموذج باستخدام ثلاثة معايير "كلاسيكية".
المعيار الأول هو صلاحية الوجه. كما يوحي الاسم ، يقيم هذا المعيار التماثل العرضي بين نموذج القوارض والحالة البشرية. المعيار الثاني هو صلاحية البناء. يقيم هذا ما إذا كان نموذج القوارض والحالة البشرية تنشأ من نفس المسببات أو السبب. المعيار النهائي هو الصلاحية التنبؤية ، والتي تقيم التشابه بين نموذج القوارض واستجابة المريض البشري لنفس العلاج. نموذج القوارض المثالي للاضطراب السلوكي من شأنه أن يلبي كل هذه المعايير.
الآن بعد أن فهمت سبب استخدام نماذج القوارض لدراسة الاضطرابات السلوكية ، والمعايير اللازمة لتقييمها ، دعنا نستكشف بعض الأسئلة الرئيسية التي يحاول العلماء الإجابة عليها باستخدام هذه النماذج.
مثل معظم الأمراض الأخرى ، تم ربط حتى الاضطرابات السلوكية بالطفرات الجينية ويهتم بعض الباحثين بتحديد الجينات التي تساهم في هذه الحالات. في كثير من الأحيان ، يقوم الباحثون في هذا المجال بضرب الجينات ذات الأهمية في القوارض ويلاحظون تأثيرها على مجموعة من الاختبارات السلوكية.
يهتم العلماء أيضا بفهم الأساس التشريحي للاضطرابات السلوكية. في الأساس ، يريدون التحقيق في مناطق الدماغ التي تتأثر لدى الأشخاص الذين يعانون من هذه الاضطرابات النفسية. يقترب العلماء أحادي الاتجاه من هذا عن طريق إتلاف مناطق معينة من الدماغ في القوارض وتقييم تأثير هذا الضرر على سلوك القوارض.
يهتم باحثون آخرون ، بدلا من النظر في هياكل الدماغ بأكملها ، بتحديد المسارات الكيميائية العصبية المعقدة المتأثرة بالاضطرابات السلوكية. نظرا لأن الخلايا العصبية تتواصل مع بعضها البعض باستخدام مواد كيميائية تسمى الناقلات العصبية ، فإن بعض العلماء يقيمون أنماط التعبير عن مستقبلات الناقلات العصبية في الأدمغة المعرضة لظروف مختلفة. قدم هذا العمل دليلا على أن الاضطرابات السلوكية غالبا ما تنطوي على تغييرات في مستويات الناقلات العصبية.
بعد النظر في بعض الأسئلة الرئيسية ، دعنا نستكشف بعض الاختبارات التي يستخدمها علماء الأعصاب لفحص الاضطرابات السلوكية الشائعة والإجهاد في القوارض.
كما تعلم ، القلق هو اضطراب سلوكي يعاني فيه شخص ما من العصبية قبل التحدي. لاختبار القلق ، يمكن للباحثين وضع القوارض في هياكل مرتفعة تحتوي على مناطق مسورة وغير مسورة ، مثل متاهة الجمع المرتفعة أو اختبار الأزقة المتتالية. هنا ، يتميز سلوك القلق بأنه قوارض متبقية في المناطق المسورة. بدلا من ذلك ، يمكن للباحثين إدخال القوارض في بيئات جديدة مع الطعام ، وتحديد المدة التي يستغرقها لتناول الطعام. هذا هو اختبار نقص الورم. هنا ، يعمل زمن الوصول لتناول الطعام كمعيار لقياس القلق. أخيرا ، يمكن للباحثين أيضا اختبار القلق في القوارض عن طريق تعريضها لضوضاء عالية ومفاجئة وتقييم الاستجابة "المفاجئة" الناتجة. هذا يعطي الاختبار اسمه - اختبار "الذهول الصوتي".
اضطراب سلوكي شائع آخر هو الاكتئاب الذي يتميز باليأس والخمول. في القوارض ، يمكن قياس الاكتئاب عن طريق وضع في بيئات لا يمكنها الهروب منها. مثال على ذلك هو اختبار تعليق الذيل ، حيث يتم تعليق القوارض من منصة ، ويلاحظ العلماء سلوك هروب ويسجلونه. اختبار آخر شائع الاستخدام يعتمد على اليأس هو اختبار السباحة القسري ، حيث يتم وضع القوارض في حاويات مملوءة بالماء ويلاحظ المرء محاولات القوارض للبقاء فوق الماء. في كلا الاختبارين ، يعتبر القوارض تظهر سلوكا اكتئابيا عندما تظهر قلة الحركة وتتوقف عن محاولاتها للهروب.
بعد الاكتئاب والقلق ، دعونا نلقي نظرة على اضطراب مزاجي آخر يسمى الفصام ، والذي يتضمن تقلبات مزاجية وجنون العظمة والهلوسة. الاختبار السلوكي الشائع المستخدم لدراسة هذا الاضطراب هو اختبار تثبيط النبضات أو "PPI" ، وهو نسخة معدلة من اختبار الذهول الصوتي ويتضمن تعريض القوارض لمحفازين صوتيين متسلسلين - نبضة ومحفز مذهل ، والأخير عادة ما يكون ضوضاء عالية. عادة ما "يثبط" أو يقلل من الاستجابة الجسدية للقوارض للحافز المذهل. ومع ذلك ، ليس هذا هو الحال في نماذج الفصام. يمكن للباحثين أيضا تقييم الفصام في نماذج القوارض باستخدام اختبار "فرط النشاط الحركي" ، والذي يقوم خلاله العلماء بتقييم نشاط القوارض في حقل مفتوح بعد علاج الكائن الحي بالأدوية ، مثل الأمفيتامين. إذا أظهر القوارض مزيدا من الحركة في حقل مفتوح بعد التعرض للمخدرات ، فقد يكون هذا مؤشرا على سلوك شبيه بالفصام.
بخلاف نمذجة واختبار الاضطرابات السلوكية ، يهتم العلماء أيضا بتقييم الإجهاد ، وهو سبب مقترح للعديد من الاضطرابات السلوكية. في القوارض ، يمكن إحداث الإجهاد الاجتماعي عن طريق إضافة دخيل ذكر غير مألوف إلى قفص الذكر المقيم. في هذا السيناريو ، يعاني الدخيل من الإجهاد بسبب السلوك العدواني للمقيم ، والذي يشار إليه بمجموعة من السلوكيات. هناك طريقة أخرى للحث على الإجهاد في وهي تعريضها لمحفزات جسدية ضارة ، مثل الصدمة الكهربائية. يمكن أن يؤدي التعرض للصدمة الكهربائية إلى تعزيز السلوك القلق ، مثل زيادة دفن الرخام ، مما يدل على الإجهاد.
الآن بعد أن تعرفت على اختبارات القوارض المختلفة للاضطرابات السلوكية والإجهاد ، دعنا نلقي نظرة على بعض الأمثلة على كيفية استخدام علماء الأعصاب لها حاليا في أبحاثهم.
كما نوقش من قبل ، لفهم الأساس التشريحي العصبي للاضطرابات السلوكية ، يمكن للعلماء إتلاف مناطق معينة من الدماغ في القوارض ، ثم اختبارها باستخدام المهام السلوكية. في هذه التجربة ، أتلف الباحثون قشرة الفص الجبهي في الفئران ، ووضعوها في اختبار الأزقة المتتالية. تظهر النتائج أن الفئران المعالجة تقضي وقتا أطول في الأزقة الأبعد والأكثر إثارة للقلق مقارنة بالحيوانات الضابطة ، مما يشير إلى دور قشرة الفص الجبهي في السلوكيات الشبيهة بالقلق.
يمكن أن توفر النماذج أيضا نظرة ثاقبة للجينات المشاركة في الاضطرابات السلوكية. هنا ، بالغ الباحثون في التعبير عن جين يسمى DISC1 ، في مناطق معينة من الدماغ من القوارض ، ثم عالجوا هذه إما بالمحلول الملحي أو الأمفيتامين وأدخلوها في حقل مفتوح. تظهر النتائج أن القوارض المصابة بالإفراط في التعبير الجيني تظهر تأثيرا واضحا للعلاج بالأمفيتامين.
أخيرا ، يمكن للباحثين استخدام النماذج لتوصيف علم وظائف الأعضاء الأساسي للاضطرابات السلوكية بشكل أفضل. هنا ، أنشأ العلماء نموذجا للقوارض لاضطراب ما بعد الصدمة ودرسوا التغيرات الفسيولوجية الناتجة. للقيام بذلك ، شدد الباحثون أولا على القوارض من خلال تعريضها للصدمات الكهربائية ، ثم بحثوا عن تغييرات في مستويات هرمون التوتر الرئيسي ، المسمى الكورتيزول. تم العثور على مستويات الكورتيزول أعلى بشكل ملحوظ في نماذج اضطراب ما بعد الصدمة مقارنة بنظيراتها الأصحاء.
لقد شاهدت للتو مقدمة JoVE للاضطرابات السلوكية والتوتر. استعرض هذا الفيديو سبب استخدام علماء السلوك لنماذج القوارض في هذا المجال ، ووصف معايير الصلاحية لهذه النماذج. بعد ذلك ، ناقشنا الأسئلة الرئيسية التي تسلط الضوء على المشكلات التي لم يتم حلها في هذا المجال ، تليها النماذج السلوكية المستخدمة حاليا للإجابة على هذه الأسئلة. كما هو الحال دائما ، شكرا على المشاهدة!
View the full transcript and gain access to JoVE Science Education videos
Q1: Why are rodents used as model organisms to study behavioral disorders?
Rodents are excellent model organisms because humans and rodents share fundamental biological similarities: both are mammals with similar neuroanatomy, comparable hormones with similar functions, and can exhibit identical responses to certain stimuli. These similarities allow researchers to study changes in human behavior and develop new therapies for conditions like anxiety, depression, and schizophrenia using rodent models.
Q2: What are the three classical criteria used to evaluate rodent models of behavioral disorders?
Face validity evaluates symptomatic homology between the rodent model and human condition. Construct validity assesses whether both arise from the same etiology or cause. Predictive validity examines similarity in responses to the same therapy. A perfect rodent model meets all three criteria, ensuring its reliability for studying behavioral disorders and developing effective treatments.
Q3: How do researchers test anxiety-like behavior in rodents?
Researchers use multiple anxiety tests including the elevated plus maze and successive alleys test, where anxiety is measured by rodents remaining in walled regions. The hyponeophagia test measures latency to eat in novel environments with food. The acoustic startle test evaluates startle response to loud, abrupt noise. These behavioral tests provide quantifiable parameters to assess anxiety levels in rodent models.
Q4: What behavioral indicators are used to measure depression in rodent models?
Depression is measured using despair-based tests like the tail suspension test, where rodents are hung and escape behavior is scored, and the forced swim test, where rodents are placed in water-filled containers. Rodents displaying depression show lack of movement and cease escape attempts. These tests quantify behavioral despair and lethargy characteristic of depression in animal models.
Q5: How is schizophrenia-like behavior assessed in rodent models?
The prepulse inhibition test, a modified acoustic startle test, exposes rodents to sequential acoustic stimuli. Typically, a prepulse inhibits the startle response; however, schizophrenia models show impaired inhibition. The locomotor hyperactivity test assesses rodent activity in open fields after drug treatment like amphetamine. Increased movement following drug exposure indicates schizophrenia-like behavior in rodent models.
Q6: What methods do scientists use to induce stress in rodents?
Social stress is induced by introducing an unfamiliar male intruder into a resident male's cage, causing stress through aggressive interactions. Physical stress is induced by exposing rodents to adverse stimuli like electric shock, which leads to enhanced anxious behavior such as increased marble burying. These stress induction methods allow researchers to study stress-related physiological and behavioral changes in rodent models.
Q7: How do researchers use rodent models to understand the neuroanatomical basis of behavioral disorders?
Scientists damage specific brain regions in rodents and then evaluate behavioral effects using behavioral tasks. For example, damaging the prefrontal cortex increases anxiety-like behaviors in rodents. This approach identifies which brain regions contribute to specific behavioral symptoms. Additionally, researchers study neurotransmitter receptor expression patterns and stress hormone levels like cortisol to characterize underlying physiological changes in behavioral disorders.