使用最小化社交隔离的自主跑轮运动方案追踪小鼠个体跑步指标

摘要

本方案描述了一种可在多种研究背景下实施的有效自主转轮跑模型。与其他自主跑台模型不同，该方法在追踪单个大鼠跑步参数的同时，避免了隔离饲养。

摘要

啮齿类动物的自主转轮跑动（VWR）用于评估运动表现和耐力，并模拟运动状态。与其他需要厌恶刺激来诱导主动运动的运动范式相比，转轮跑动是一种自主行为。VWR 通常是在小鼠的饲养笼内放置一个跑动转轮。然而，对运动参数的分析通常只能在单只饲养的小鼠中进行，而群体饲养的小鼠则可用于报告整个笼内群体的效应。因此，现有的模型迫使研究者必须在单只饲养条件下测量个体运动参数，或在群体饲养条件下测量群体效应之间做出选择；根据具体的研究问题和实验模型，这种限制可能会影响实验设计。

因此，本方法的目的是展示一种通过量化单只小鼠的跑步参数来评估小鼠模型中自愿跑轮（VWR）活动的实验方案，同时尽量减少隔离因素。本文报告了设备设计、术前准备及实验设置。使用该VWR模型进行为期6周的训练方案结果显示，该模型能够提供足够的刺激以增强空间物体识别记忆，其效果可与运动的临床效应相媲美。这一简单且低成本的模型有助于研究VWR对多种跑轮活动指标的影响，同时最大限度地减少可能限制或影响实验结果的因素。

引言

运动对生理和心理健康具有有益影响，并可改善多种疾病的病理生理过程¹体力活动对健康寿命至关重要，世界卫生组织（WHO）在2020年报告指出，增加体力活动可降低多种疾病的风险，包括心理障碍²除了疾病预防之外，运动还能通过刺激血流来增强大脑功能³，诱导神经发生，尤其是在海马体中⁴，学习与记忆的关键脑区，激素调节⁵，并通过提高脑源性神经营养因子水平促进突触可塑性⁶通过这些机制，运动可以改善认知功能和记忆力^7,8,9运动促进的其他神经生物学机制有助于心理健康，包括内啡肽的释放¹⁰，皮质醇降低¹¹，改善睡眠质量¹²以及神经炎症的抑制¹³我们此前已
证明了自主运动可以 促进对慢性应激的适应力 雄性和雌性小鼠的焦虑样行为^14....

方案

所有实验程序均经罗文大学动物护理与使用委员会批准。雄性小鼠体重在20 g至27 g之间，实验开始时年龄为8至10周。小鼠每4只一组饲养于受控环境（12:12 h 光照/黑暗循环）中，并提供 随意摄取 食物和水的获取

1. 轮子设置

1. 在每个转轮的外侧中周位置粘贴一块磁铁。该磁铁将被速度计的传感器检测，以监测转轮转速（VWR）（图 1A）。
2. 在转轮的对侧位置，粘贴一个与磁铁重量相近的物体（如硬币），以平衡磁铁重量，防止因磁铁重量导致转轮发生不必要的旋转。
3. 为速度计和转轮制作一个支架。使用白色泡沫板，裁剪出与转轮底座形状相匹配的一块板，并用胶带固定在底座上（图 1B）。
4. 将新电池装入速度计后，在初始设置过程中通过测量转轮的外周长来设定轮径大小。
5. 将速度计的传感器粘附在支架平台上。确保速度计的传感器与转轮上的磁铁保持平行，以保证对运动的准确记录（图 1C）。每次磁铁经过传感器时，即计为一次转轮转动。
6. 用胶带将传感器及其导线包裹起来，以防止小鼠啃咬导线（图 1D）。
....

结果

本研究中，20只C57BL/6雄性小鼠被随机分为两组：不运动组（NO-EX）和运动组（VWR），干预持续6周。每日记录个体跑步参数，并以速度计记录结果，如下图±SEM所示（图3A-C）。在6周期间，小鼠在第2周活动最活跃，平均在跑轮上运动时间为2,135.87 ± 351.14 s，移动距离为1.16 ± 0.25 km，平均速度为2.25 ± 0.14 km/h。相比之下，第6周的VWR参数最低，平均运动时间为1,136.48 ± 136.61 s，平均移动距离为0.56 ± 0.08 km，平均速度为2.21 ± 0.14 km/h。在完成5周VWR干预后，小鼠接受对象位置识别测试（SORT），以评估该方案在转化运动对海马功能益处方面的有效性。SORT结果显示，小鼠对物体新位置的探索时间显著增加了26.87%，反映了VWR对海马功能的影响（P = 0.0051）（图3D）。

讨论

研究人员采用多种运动范式来评估啮齿类动物的身体活动及其影响，包括自主运动和强制运动范式。与强制运动范式相比，自主跑轮运动（VWR）允许小鼠以较低强度自由奔跑，从而最大限度地减少应激状态²²。目前，研究者可通过单只饲养小鼠来收集个体的运动参数^{23,24,25,26,27,28,29,30,31}，或记录群养小鼠笼内整体的运动参数。当小鼠群养并共用一个跑轮时^32<.......

材料

本文使用的材料清单

姓名	公司	目录编号	评论
ANY-box 5项行为测试系统	Stoelting	65000	https://stoeltingco.com/Neuroscience/ANY-box-Multi-Configuration-Behavior-Apparatus~9838
自行车有线码表和里程表	IPSXP	N/A	任何可测量距离、时间、速度的有线码表均可使用
透明自粘保护衬垫	Con-Tact 品牌	N/A	https://con-tactbrand.com/products/clear-cover%E2%84%A2-clear-matte?_pos=1&_fid=be2dc000c&_ss=c
GraphPad Prism
Loctite 496 瞬干胶 Super Bonder	Loctite	S-24546	https://www.uline.com/Product/Detail/S-24546/Adhesives-Glue-Epoxy/Loctite-Instant-Adhesive-496-Super-Bonder?pricode=WB0948&gadtype=pla&id= S-24546&gad_source=1&gclid=Cjw KCAjw68K4BhAuEiwAylp3klS0FN Ur-l_xKkue1NUmruDDV48QO5b2tVH W9Bc08s9eZKmedj-yxBoCgIEQAvD_BwE
Pro Mag 钕磁铁	Applied Magnets	ND018-6	若选用其他磁铁，需确保其磁力足够强以被传感器检测到
静音转轮小型动物运动跑轮（迷你 11.4 cm）	Kaytee	SKU# 100079369	https://www.kaytee.com/all-products/ small-animal/silent-spinner-wheel
白色泡沫板	Pacon	5553	https://pacon.com/foam-board-350/pacon-foam-board-20-x-30-white-10pkg-2.html