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方法文章

利用IntelliCage对阿尔茨海默病多种遗传模型进行认知功能的自动化长期行为检测

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DOI：

10.3791/58009

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2018年8月4日

 ,  , 
1Laboratory for Behavioral Genetics, Center for Brain Science, RIKEN, 2Organization for Research Initiatives and Development, Doshisha University

本文内容

摘要

本文介绍了一种利用IntelliCage系统对阿尔茨海默病遗传模型进行认知评估的实验方案，该系统是一种基于操作性条件反射的高通量自动化行为监测系统。

摘要

多种因素——如衰老和基因——常与认知功能下降相关。认知功能下降的转基因小鼠模型（例如阿尔茨海默病（AD）模型）已成为阐明其潜在机制并推动治疗进展的有力工具。其中关键的一步是验证和表征这些模型中预期的行为异常，在AD的情况下即为认知功能下降。为研究衰老影响而进行的动物长期行为学观察需要研究人员投入大量精力。IntelliCage系统是一种高通量且成本效益高的小鼠测试平台，可免除每日人工操作的需要。本文描述了该系统在遗传性阿尔茨海默病模型长期表型分析中的应用，特别聚焦于认知功能。本实验采用重复性测试组合，用于评估空间学习能力和执行功能。这种具有成本效益且依赖年龄的表型分析方法，使我们能够识别基因对不同认知方面所产生的暂时性和/或永久性影响。

引言

过去十年中，神经疾病动物模型的开发为理解其发病机制提供了理论基础，并推动了治疗手段的进步1,2,3。在遗传性动物模型中应用高通量行为测试组合是一种启发式研究工具，可用于探究人类疾病的潜在机制并筛选药物疗法。传统上，适用于衰老和/或痴呆模型长期观察的研究测试组合往往需要实验室投入大量专业人力和时间。而采用笼内监测系统则是一种具有成本效益的策略，可降低人工行为观察的成本。一些研究团队已开发出基于视觉的自动化工具，用于辅助在小型家庭笼具中对单一个体进行行为表型分析4,5,6。然而，这类方法限制了社会互动、测试环境的大小，以及包含认知功能在内的多种行为测量指标。IntelliCage 是第二代笼内监测系统，专为在社会性家庭笼具中执行多种认知任务而设计。重要的是，该方法可避免每日人为干预，从而实现对认知功能的长期行为监测；同时无需依赖专业操作技术，有助于获得高度可重复的数据7。本文描述了利用自动化笼内监测系统，对近期建立的阿尔茨海默病（AD）遗传小鼠模型进行的长期表型分析与验证8,9,10。我们设计了一套测试组合，包括空间学习和执行功能评估，并在多个年龄阶段（9–12 月龄和 14–17 月龄）重复实施。这种基于年龄的表型分析使我们能够识别基因对不同认知方面所产生的暂时性或持久性影响。研究发现，某些 AD 模型在利用自动化笼内监测系统进行的长期分析中，表现出部分认知指标的暂时性和持久性表型10。因此，采用笼内监测系统的自动化研究方法，在多种认知功能障碍模型的长期行为表型分析与验证中具有显著优势，且具备良好的成本效益。

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方案

所有实验程序均经机构动物护理和使用委员会批准，并依照理化学研究所脑科学研究所的动物实验指南进行。

1. 设置仪器

注意：自动化笼内监测系统的概览如图1所示。每个系统（39 cm × 58 cm × 21 cm）包含一个微处理器和四个角落腔室，每个腔室配备两个水瓶和一个环形天线，用于检测植入动物体内的应答器的射频识别信号（图1A）。微处理器的识别编号由旋转选择器设定（硬件地址）（图1B），各微处理器的识别编号不得重复。每个角落设有两扇门，由计算机控制，用于操作性条件反射实验（图1C）。通常情况下，每个笼具可容纳最多12只小鼠（参见图2以了解群养示例）。使用更多数量的小鼠也可接受，但应确保小鼠之间不会发生过度争斗，并且在执行高度竞争性任务时不会出现过度拥挤的情况。

  1. 通过 CAN 电缆将笼子依次连接到计算机。
  2. 将电池电缆连接至微处理器的插口（通电）。此时所有 LED 应亮起数秒，且所有门应移动一次。如果 LED 未熄灭或门未移动，请拔下并重新插入电源线（不良的电气连接可能导致设备运行异常）。
  3. 确保滑动门能够正确地开启和关闭。如果门动作不正常，请检查固定在黑色臂上的小磁铁。如果此问题频繁发生，建议将磁铁粘牢在臂上。
  4. 在实验过程中持续检查门的工作状态（至少每天一次）。
  5. 打开 PC。

2. 软件

注意：自动笼内监测系统的软件包含三个组成部分（“Designer”、“Controller”和“Analyzer”），均已设计为图形用户界面（图3）。用户可在实验过程中轻松控制或添加各种功能。

  1. 使用“Designer”制作实验文件
    注意：“Designer”用于生成和编辑实验文件（系统上的程序），以执行各种实验方案以及检测系统状态图3A）。一个实验文件包含动物列表、硬件设置和多个实验方案。用户还可以通过联系作者获取已发表的期刊方案。
    1. 创建动物列表
      1. 确定实验条件。构建实验总体设计，包括以下参数：1）实验小鼠数量，2）遗传品系数量（或处理组数量），3）性别（雄性动物、雌性动物或两者均有），以及 4）将使用的笼具数量。
      2. 在中央工具栏中选择适当的应答器类型（DataMars 或 Trovan）。
      3. 设置“组”。在“组”面板中，添加或删除实验组（即通过“分组”窗口中的“绿色加号 (+)”或“红色叉号 (x)”按钮，分别添加组别（如基因型或处理方式）。
      4. 设置“簇”。使用“簇”功能，通过定义正确、错误和中性角落及边来对子组进行均等操作。
        注意：访问、鼻触和舔舐事件是任何行为任务的主要数据，均与定义相关联。此设置对于空间学习任务是必需的。每个动物的已定义簇在整个实验过程中保持不变。例如，在位置偏好（PP）任务或位置偏好反转（PPR）任务的一个簇中，一个角落被定义为正确（可获得水），三个角落被定义为错误（无法获得水）。此外，可以使用“链接”功能将一个簇与另一个簇关联起来。
      5. 分配变量，包括“名称”、“标签”（应答器ID）、“性别”、“组别”和“簇”。
      6. 通过“文件”菜单栏中的“导出动物”…和“导入动物”…功能保存并粘贴动物列表，以在另一个实验中复制动物列表。
    2. 在“Setup”选项卡中设置硬件。在“Setup”选项卡中，使用各系统的对应ID编号（硬件地址）进行系统设置。确保“designer”部分中的地址数量与实际地址数量一致。
    3. 在“IntelliCage”标签页中构建实验方案
      1. 在“IntelliCage”标签页中，使用上方及下方的标签页（“Module”和“Option”标签页）构建实验方案。
      2. 在“模块空间”中，通过点击“模块”选项卡来设计实验结构图3A）。要添加新模块，请按“添加”按钮（“模块”选项卡中的绿色加号按钮）。
        注意：共有四种不同类型的组件，分别为“任务”（Tasks）、“工具”（Utils）、“报告器”（Reporters）和“事件”（Events）。通常情况下，一个实验以触发事件开始，即“访问”（Visit）、“鼻触”（Nosepoke）或“饮水”（Drinking）。要选择触发事件，请从“事件”（Events）部分拖动相应的单元以定义起始信号。随后，为特定执行器（如开门）设置输出时，请从“任务”（Tasks）部分拖动相应的单元例如“门”、“LED”、“空气”
      3. 将“单位”部分显示的单位拖动到“模块空间”中。
        注意：用户可再次从作者处获取已发表的实验方案（作为实验文件），并通过导入新的动物列表来重用这些文件。用户无需创建所有模块。
      4. 制作鼻触适配器（NPA）模块（图6A），将“Tasks”部分的“Door”单元、“Utils”部分的“Gate”和“Timer”单元，以及“Events”部分的“Visit”和“Nosepke”单元拖入“Module Space”。
      5. 将 Nosepoke 单元“ON”行的“Any”连接至 Gate 单元的“In”。将 Gate 单元的“Out”连接至“Gate”单元的“Close”。将“Gate”单元的“Out”连接至“Timer”单元的“Activate”。将“Gate”单元的“Out”连接至“Door”单元的“Open”。将“Timer”单元的“Out”连接至“Door”单元的“Close”。在 Timer 部分将“Period”设置为 5,000（ms）。
        注意：“门控”单元用于控制序列的输入与输出。在“开启”状态（默认状态）下，连接至“输出”端的序列将被执行；而在“关闭”状态时，连接至输出端的序列将被停止。可设定开启状态的概率（图6A, 图8A，以及 图9A）。 “模块选择器”用于在同一个实验周期内随机或按特定顺序切换模块。例如，在序列反应时间（SRT）任务中，使用与“访问”单元的“END”线路相连的模块选择器（设置为“RandomExcludeDefault”模式），在每次访问结束时随机切换不同延迟长度的模块。图8A）。"Splitter"单元将用于将输入信号引导至角落的指定一侧。这对于某些更复杂的模块是必需的，例如在SRT或延迟折扣（DD）任务中使用的模块，这些任务需要对特定一侧进行操作。例如，在DD任务中，仅有一侧（加糖侧）会在延迟后打开图9A).
      6. 在“选项”标签中定义笼内门的初始状态。在非饮水阶段，将所有门指定为关闭状态，作为PP或PPR任务的典型初始状态。
      7. 在“选项”选项卡中设置时间计划。模块将在特定时间点进行切换，并执行“日模式”窗口中定义的操作。
        注意：“日节律模式”部分可用于设置实验时间窗口。通常利用小鼠的夜间活跃期来评估其在认知任务中的行为表现。需要注意的是，任务持续时间可能影响小鼠的饮水量。如果在相对简单的任务中持续时间过长，由于饱足感的产生，小鼠在时间窗口末期的表现可能会下降。因此，需谨慎设置时间窗口。
  2. 使用“控制器”运行实验
    1. 在“控制器”的“设置”部分，按下“实验”…按钮以加载实验文件。
    2. 通过按下“控制器”（右中部）的“开始”按钮来运行实验。
    3. 监测并可视化系统及小鼠的当前状态。
      注：行为事件解释如下：访问，指进入角落（由热传感器检测）；探鼻，指将鼻子伸入角落内的孔中（由红外光束检测，可分为左侧和右侧探鼻）；舔舐，指舔舐动作由舔舐计检测（以接触时间和频率计数）。
    4. 仔细检查系统状态，尤其注意警示信息。
      警告：即使实际标签号码正确，由于动物标签（应答器编号）输入错误而导致的错误也将在日志中报告即，“未注册标签 ****”，“未注册天线时存在信号” 等等）。这可能是由于使用了即将过期的应答器所致。然而，此错误并不严重。此时，应重新检查消息中识别的动物是否可被检测到。因长时间未访问或饮水而产生的错误将显示为，例如：“****（动物编号）在过去720分钟内未进行任何访问”图3B）。仔细检查可能导致此类错误的几种情况。最严重的情况是动物已经死亡。第二严重的情况是动物检测系统出现问题（应答器无法工作或已脱落）。第三种可能是动物本身不活跃。如果动物在连续24小时内没有任何访问行为，实验人员应考虑因其健康状况将其从笼中移除。一种没有错误提示但较为严重的问题是门无法正常关闭（几乎总是由于门上的磁铁出现问题），这会导致形成不适当的饮水区域。为检查此问题，应每天至少在一次非饮水时段检查所有门的闭合状况。当存在此问题时所获取的数据不能用于PP、PPR、SRT或DD任务的分析。
    5. 通过点击“Controller”上的“Stop”按钮，输出带有时间与动物信息标签的所有行为事件图3B).
  3. 使用“Analyzer”进行数据处理
    1. 使用“Analyzer”分析并可视化数据。
    2. 将时间分段数据导出为 Excel 文件（图3C“图表”选项卡中显示的图形结果有助于理解数据。“数据”选项卡中的数据以多列形式排列，可使用任意参数进行排序和筛选。

3. 动物准备

  1. 使用体重超过15 g（年龄2个月或以上）的动物。
    注意：如果动物体重小于15 g，多只小鼠可能同时进入同一角落，导致数据采集失败。老龄动物需密切监测，以确保其能够跳跃进入角落并攀爬食槽。一些年老小鼠或携带导致运动功能障碍的基因突变的小鼠可能因无法获取水或食物而死亡。
  2. 降低攻击行为的潜在风险。
    注意：即使使用雌性小鼠，最好也在小鼠年幼时即将其全部共同饲养于同一笼中（即，实验开始前需达到1个月龄。当使用雄性小鼠进行实验时，应事先了解该小鼠品系的行为特征，尤其是攻击性方面的特性。
  3. 在异氟烷吸入麻醉下，将射频识别应答器（已灭菌，含注射针）皮下植入小鼠颈背部区域图4).
    1. 将小鼠放入麻醉诱导室。
    2. 调节氧气流量计至0.8至1.5 L/min，异氟烷挥发罐至2.0%至2.5%。
    3. 当呼吸频率变慢（约下降5%）后，将小鼠从麻醉室中取出。
    4. 使用面罩维持麻醉。
    5. 涂抹眼药膏以防止眼睛干燥。
    6. 捏起肩胛骨后部周围的皮肤，形成一个皮下 pocket。
    7. 用70%乙醇冲洗注射部位，以尽量减少毛发进入皮下空间。然后，将注射针头平行于脊柱方向刺入皮肤。
    8. 将微芯片皮下植入。
    9. 通过皮肤捏住微芯片，使其固定于肩胛间区域。
    10. 缓慢撤出针头。继续捏住穿刺部位数秒钟，以达到止血效果。
    11. 若针头插入不当，可使用给药后镇痛措施。
    12. 将小鼠从麻醉状态中唤醒。
    13. 将小鼠放入恢复笼中，并在小鼠苏醒并能够活动之前持续监测，避免让小鼠无人看管。
    14. 待小鼠完全恢复自主活动能力后，将其放回原饲养笼。
    15. 使用芯片阅读器检查植入的应答器至少1周。
      警告：植入式应答器的位置对于识别至关重要（参见 图2）。切勿将芯片垂直插入颈部，否则可能导致动物脊髓严重损伤。芯片有时会在数小时或数天后脱落。使用芯片读取器检查芯片是否正常工作。若芯片脱落，可选择重新植入；但重复植入可能引起人为的行为改变。检查芯片的有效期，过期芯片常会传输错误信号，导致数据丢失。
  4. 将动物放入笼中，使用芯片阅读器检测小鼠体内植入的电子芯片。若未检测到芯片，移除相应小鼠。

4. 运行实验

注意：小鼠被喂食 随意摄取 使用标准小鼠饲料喂养，并使用合成垫料饲养，垫料更换频率为每1至2周一次，具体取决于实验任务安排。在空间学习任务期间，尤其是最初1–2天内，应避免更换垫料。光照周期为08:00至20:00。实验模块根据科学问题依次进行。实验时间安排如图所示 图5.

  1. 一般活动性
    注意：小鼠在笼内环境中依次适应三种实验条件：自由适应（Free Adaptation），在此条件下动物可自由访问角落的水瓶（通常认为1天至1周的适应期已足够）；鼻触适应（NPA），在此条件下小鼠每次向前方门洞进行鼻触后，可获得5秒饮水机会（通常认为3天至1周的适应期已足够）；以及饮水时段适应（Drinking Session Adaptation），在此条件下小鼠仅可在每天特定时间段内饮水。
    1. 为FA、NPA和DSA任务准备实验文件。
    2. 在“Controller”中运行FA任务。
    3. 每日或定期测量访问次数、鼻触次数和/或舔水事件次数，作为一般活动性的指标。
    4. 在“Controller”中运行NPA任务。
    5. 在“Controller”中运行DSA任务。
      注意：许多学习范式需要进行饮水时段的适应。为设置DSA的时间表，需使用两个不同的实验模块：默认模块（用于水剥夺阶段）和饮水模块。在默认模块中，由于鼻触后无任何反应，小鼠无法获得饮水；饮水模块则与NPA模块相同。“Designer”中“Options”标签页定义的时间表可切换至由另一模块定义的非饮水阶段。
  2. 空间学习与记忆任务
    注意：位置偏好（PP）任务用于评估空间学习能力（通常持续5–7天）。在PP任务中，四个角落中有三个角落的饮水受到限制（一个正确角落和三个错误角落），因此动物必须在饮水时段内访问特定角落才能饮水。位置偏好反转（PPR）任务用于评估行为灵活性或强迫性以及流畅改变行为的能力（通常持续5–7天）。在PPR任务中，小鼠只能在先前PP任务中作为错误角落的对侧角落获得饮水。
    1. 为PP和PPR任务准备实验文件。在“Designer”的“Animal”标签页中通过设置“Clusters”（通常每个集群包含1–4个角落）定义小鼠的正确角落（见图6A，底部）。为避免某一角落出现过度拥挤，应将四个角落均匀分配给所有小鼠。
    2. 在“Controller”中运行PP任务。
    3. 根据正确鼻触的时间进程、次数及百分比评估空间学习表现。
      注意：当前版本的PP任务更侧重于空间学习而非空间记忆，因为该任务未要求不同试验之间存在时间间隔。若需更侧重空间记忆，可考虑使用位置回避（PA）任务，或开发一种在试验间设置特定时间间隔的新版空间任务。
    4. 在“Controller”中运行PPR任务。
    5. 根据正确鼻触的时间进程、次数及百分比评估灵活性或强迫性。
      注意：对PPR数据的解释需谨慎判断。PPR任务的初始表现高度依赖于PP任务的表现，因为PPR任务依赖于行为干扰或行为改变的必要性。因此，若PP任务表现接近100%正确，PPR表现可能特别差。灵活性可被视为执行功能之一11,12,13。
    6. 在PA任务中评估空间恐惧记忆。
      注意：PA任务包含4个连续阶段：适应期（第1天）；条件化期（在预定义角落任一侧进行鼻触即触发气流刺激[错误鼻触]，第2天）；24小时休息期（将小鼠移出测试笼，放回正常饲养笼，第3天）；无气流刺激下将小鼠重新放入测试笼（第4–10天）。
      1. 为PA任务准备实验文件。
      2. 运行适应期（第1天）。
      3. 运行条件化期（第2天）。
      4. 将小鼠转移至正常饲养笼并保持24小时（第3天）。
      5. 将小鼠重新放回测试笼并运行测试程序（第4–10天）。
      6. 基于条件化日（第2天）的错误鼻触比例评估厌恶性空间学习，基于返回测试笼当日（第3天）的比例评估厌恶性空间记忆，基于第4–10天的数据评估消退学习。
  3. 执行功能评估（冲动性、注意力与强迫性）
    1. SRT任务
      注意：该程序此前已有更详细的描述10,14。在此系列任务中，四个角落均以相同方式运行，全天24小时持续。SRT包含两个训练阶段（SRT-Training 1 和 2）和两个测试阶段（SRT-Test 1 和 2）。在第一训练阶段（SRT-Training 1）中，训练动物学会黄色LED灯为鼻触的起始信号。LED灯总是在首次鼻触后立即闪烁（延迟设为0秒）。
      在第二训练阶段（SRT-Training 2）中，延迟时间随机设置为0.5、1.0、2.0和4.0秒。在此期间，提前响应无任何后果（预训练阶段）。延迟期间的任何鼻触均视为提前鼻触，而门开启后（5秒）的首次鼻触视为正确响应。在第一测试阶段（SRT-Test 1，用于评估冲动性）中，首次鼻触确定正确侧，并启动一段延迟期（0.5–4.0秒，依任务阶段而定），随后黄色LED灯亮起特定时长（刺激持续时间=2.0秒，依任务阶段而定），之后门开启。延迟期后的首次鼻触开启门（5秒）并计为正确鼻触，延迟期间的任何鼻触均视为提前鼻触。第二测试阶段（SRT-Test 2，用于评估注意力）有若干修改：刺激开始后（0.2–1.0秒，略短于第一测试阶段），给予一段允许鼻触的时间窗口（限时保持，通常为2秒）。仅当在限时保持期间发生首次鼻触（即正确鼻触）时，门才会开启（5秒）。限时保持后的鼻触视为遗漏鼻触，不会导致结果变化。错误分为三类：提前鼻触、遗漏鼻触和完全遗漏（仅指首次鼻触）。注意力测试要求动物能够察觉LED闪烁（由刺激持续时间定义）并作出适度快速的响应（由限时保持时长定义）。试验的时间进程见图7。
      1. 为SRT任务准备实验文件。
      2. 运行SRT-Training 1，持续3天。
      3. 运行SRT-Training 2，持续7天。
      4. 运行SRT-Test 1（冲动性）7天。根据以下公式计算冲动性：
        冲动性计算公式；数学方程；教育研究分析。
        其中P为提前鼻触试验次数（或错误鼻触次数），T为总试验次数（首次鼻触次数）。
      5. 运行SRT-Test 2（注意力）7天。使用以下公式计算准确性（作为注意力的表现指标）：
        准确性计算公式；数学方程；研究、统计、数据分析。
        其中C为正确鼻触试验次数（正确第二次鼻触次数），T为总试验次数（首次鼻触次数），O为遗漏试验次数（缺少第二次鼻触的试验次数），P为提前鼻触试验次数（限时保持前的第二次错误鼻触次数）。
    2. 延迟折扣（DD）任务
      注意：这是一种简单的选择任务，动物需选择等待饮用加糖水（SW，0.5%糖精或10%蔗糖）并接受延迟，或立即饮用普通水而不等待。所选侧的门开启，而对侧门保持关闭。SW和普通水在所有角落的左右侧分配方式一致。DD任务计划包括训练和测试阶段。在训练阶段，小鼠可无等待时间地同时接触SW和普通水，从而建立对SW侧的偏好。在测试阶段，等待时间逐日增加（i.e., 0, 1, 2, …, 8秒）。通过创建多个具有不同延迟长度（0, 1, 2, …, 8秒）的模块，并在“Module”和“Options”区域设置“Link”（Day patterns），可实现每日递增的延迟。在此任务中，四个角落均以相同方式运行，全天24小时持续。
      1. 为DD任务准备实验文件。
      2. 定义SW所在侧（所有角落的右侧或左侧）。
      3. 将定义侧的水瓶更换为含SW的瓶子。
      4. 运行训练阶段，训练动物在定义侧无延迟饮用SW，持续5–7天。
      5. 计算偏好指数，即SW侧舔水或鼻触次数占总舔水或鼻触次数的比例。含SW侧的偏好指数计算如下：
        偏好指数公式：舔水次数比例；行为研究；数据分析图示。
        或
        偏好指数公式；用于分析鼻触行为实验的方程；数据分析。
        前者更侧重行为结果，后者更侧重选择行为。
        注意：确保大多数小鼠在训练结束时显著偏好SW侧（基于舔水次数的指数>90%，基于首次鼻触的指数>80%）。
      6. 随后运行DD任务测试阶段，持续9天（延迟0至8秒）。
      7. 评估对SW侧偏好的时间进程变化，以评价强迫性。
  4. 数据分析
    1. 使用“Analyzer”打开归档数据，并将所有数据导出为Excel文件。若数据量较大，建议先进行筛选（i.e., 提取空间任务的饮水时段数据，提取SRT任务的首次和第二次鼻触数据）。

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结果

在我们之前的研究中，通过使用自动化笼内监测系统进行的实验检测到了阿尔茨海默病（AD）模型中与年龄相关的认知缺陷10。AD模型在年轻成年和老年个体中的PP任务表现均保持完整；然而，其在PPR任务中的表现则出现显著且进行性的损伤（图6）。此外，在适应阶段观察动物的一般行为或焦虑水平也十分重要，因为这些特征可能影响认知功能15。AD模型在FA、NP和DSA阶段的访问次数、鼻触次数和舔舐次数方面均未表现出明显异常。因此，AD模型可能具有较低的行为灵活性。

为评估执行功能，记录了SRT和DD中的行为表现。在SRT的最后阶段（SRT-测试2），年老的AD模型（NL-G-F）准确性下降（图8）。在NL-G-F小鼠的年轻成年和老年个体中均观察到强迫行为增强...

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讨论

本文介绍了利用自动化笼内监测系统对遗传修饰的阿尔茨海默病模型进行长期认知与行为检测的方法。最关键的步骤是将应答器植入到适当位置。在进行植入操作前，需确认应答器未超过有效期。第二个重要环节是每日检查系统的运行状况，因为研究过程中出现的微小问题可能随后演变为更严重的问题。即，一扇堆叠的门，脱落的应答器，不良的电气连接， 等等第三，必须具备排除故障的能力，因为在整个实验过程中可能会出现诸多问题。

本文介绍了一套用于认知评估的基础任务包。这些任务参考了传统的行为学测试而设计，但无法完全模拟传统测试。例如，SRT任务未设置选择模式。作为SRT任务模型的五选择连续反应时间任务（5CSRTT）通常在具有9个、5个或3个鼻触孔洞的实验腔内进行，以测量准确性16,17。我们团队此前曾尝试实现SRT的选择版本，但小鼠在相对较长的时间内（两周或更久）未能学会相关规则。该系统的使用者应意识到这些差异，并谨慎地讨论实验数据。

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披露

未声明任何利益冲突。

致谢

感谢安藤玲子在材料摄影方面提供的帮助。本研究得到了探索性研究资助（日本学术振兴会科学研究费补助金 16K15196 号）的支持。

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材料

本文使用的材料清单
姓名公司目录编号评论
IntelliCageTSE Systems-2011年或之后购买
PCDellInspiron 580s-
显示器DellSI75T-WL-
ALPHA-driShepherd Specialty Papers-标准垫料
Aron Alpha (Krasy Glue) 2 gToagosei (Krasy Glue)#04612用于粘合磁铁和黑臂的氰基丙烯酸酯胶水
手持式应答器阅读器BTS-IDR-560可读取Trovan和DataMars两种应答器的阅读器
应答器DataMarsT-VA、T-VAS或其他系列应答器及植入工具基础套装
Diamond Grip PlusAnsel MicroflexDGP-INT-M实验用手套
异氟烷辉瑞1119701G1092-
小型动物麻醉蒸发器DS Pharma BiomedicalSF-B01包含面罩
Neo-Medrol辉瑞006472-001眼膏
乙醇 (70%)---
ExcelMicrosoft00202-51382-15524-AA928用于数据分析

参考文献

  1. Bryan, K. J., Lee, H., Perry, G., Smith, M. A., Casadesus, G. Transgenic Mouse Models of Alzheimer's Disease: Behavioral Testing and Considerations. Methods of Behavior Analysis in Neuroscience. , CRC Press/Taylor & Francis. (2009).
  2. Nestler, E. J., Hyman, S. E. Animal models of neuropsychiatric disorders. Nature Neuroscience. 13 (10), 1161-1169 (2010).
  3. Crawley, J. N. Behavioral Phenotyping Strategies for Mutant Mice. Neuron. 57 (6), 809-818 (2008).
  4. Zarringhalam, K., Ka, M., et al. An open system for automatic home-cage behavioral analysis and its application to male and female mouse models of Huntington's disease. Behavioural Brain Research. 229 (1), 216-225 (2012).
  5. Prusiner, S. B., 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 diseases. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 95 (23), 13363-13383 (1998).
  6. Jhuang, H., Garrote, E., et al. Automated home-cage behavioural phenotyping of mice. Nature Communications. 1 (6), 1-9 (2010).
  7. Krackow, S., Vannoni, E., et al. Consistent behavioral phenotype differences between inbred mouse strains in the IntelliCage. Genes, brain, and behavior. 9 (7), 722-731 (2010).
  8. Nilsson, P., Saito, T., Saido, T. C. New mouse model of Alzheimer's. ACS chemical. 5 (7), 499-502 (2014).
  9. Saito, T., Matsuba, Y., et al. Single App knock-in mouse models of Alzheimer's disease. Nat Neurosci. 17 (5), 661-663 (2014).
  10. Masuda, A., Kobayashi, Y., Kogo, N., Saito, T., Saido, T. C., Itohara, S. Cognitive deficits in single App knock-in mouse models. Neurobiology of Learning and Memory. , (2016).
  11. Chan, R. C. K., Shum, D., Toulopoulou, T., Chen, E. Y. H. Assessment of executive functions: Review of instruments and identification of critical issues. Archives of Clinical Neuropsychology. 23 (2), 201-216 (2008).
  12. Jurado, M. B., Rosselli, M. The Elusive Nature of Executive Functions: A Review of our Current Understanding. Neuropsychology Review. 17 (3), 213-233 (2007).
  13. Diamond, A. Executive Functions. Annual Review of Psychology. 64 (1), 135-168 (2013).
  14. Kobayashi, Y., Sano, Y., et al. Genetic dissection of medial habenula-interpeduncular nucleus pathway function in mice. Frontiers in behavioral neuroscience. 7, 17(2013).
  15. Robinson, O. J., Vytal, K., Cornwell, B. R., Grillon, C. The impact of anxiety upon cognition: perspectives from human threat of shock studies. Frontiers in human neuroscience. 7, 203(2013).
  16. Robbins, T. The 5-choice serial reaction time task: behavioural pharmacology and functional neurochemistry. Psychopharmacology. (3-4), 362-380 (2002).
  17. Asinof, S. K., Paine, T. A. The 5-Choice Serial Reaction Time Task: A Task of Attention and Impulse Control for Rodents. Journal of Visualized Experiments. (90), e51574(2014).
  18. Codita, A., Gumucio, A., et al. Impaired behavior of female tg-ArcSwe APP mice in the IntelliCage: A longitudinal study. Behavioural brain research. 215 (1), 83-94 (2010).
  19. Blumstein, D. T. Habituation and sensitization: new thoughts about old ideas. Animal Behaviour. 120, 255-262 (2016).
  20. Endo, T., Maekawa, F., et al. Automated test of behavioral flexibility in mice using a behavioral sequencing task in IntelliCage. Behavioural brain research. 221 (1), 172-181 (2011).
  21. Voikar, V., Colacicco, G., Gruber, O., Vannoni, E., Lipp, H. -P., Wolfer, D. P. Conditioned response suppression in the IntelliCage: assessment of mouse strain differences and effects of hippocampal and striatal lesions on acquisition and retention of memory. Behavioural brain research. 213 (2), 304-312 (2010).
  22. Puścian, A., Łęski, S., Górkiewicz, T., Meyza, K., Lipp, H. -P., Knapska, E. A novel automated behavioral test battery assessing cognitive rigidity in two genetic mouse models of autism. Frontiers in Behavioral Neuroscience. 8, 140(2014).
  23. Voikar, V., Colacicco, G., Gruber, O., Vannoni, E., Lipp, H. -P., Wolfer, D. P. Conditioned response suppression in the IntelliCage: assessment of mouse strain differences and effects of hippocampal and striatal lesions on acquisition and retention of memory. Behavioural brain research. 213 (2), 304-312 (2010).
  24. Harda, Z., Dzik, J. M., et al. Autophosphorylation of αCaMKII affects social interactions in mice. Genes, Brain and Behavior. , e12457(2018).
  25. Aarts, E., Maroteaux, G., et al. The light spot test: Measuring anxiety in mice in an automated home-cage environment. Behavioural Brain Research. 294, 123-130 (2015).
  26. Safi, K., Neuhäusser-Wespy, F., et al. Mouse anxiety models and an example of an experimental setup using unconditioned avoidance in an automated system -IntelliCage. Cognition Brain & Behavior. 10 (4), 475-488 (2006).
  27. Dzik, J. M., Puścian, A., Mijakowska, Z., Radwanska, K., Łęski, S. PyMICE: APython library for analysis of IntelliCage data. Behavior Research Methods. 50 (2), 804-815 (2018).

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利用IntelliCage对阿尔茨海默病多种遗传模型进行认知功能的自动化长期行为检测
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