利用巴恩斯迷宫和困境中的破坏范式分析小鼠的空间学习和社会行为
November 17th, 2018
该协议使用巴恩斯迷宫测量空间学习和记忆。一种新的遇险损伤范式被用来评估小鼠的运动活动和亲社会行为。
此方法可以帮助回答行为神经科学领域有关基因突变或环境变量是否会影响社会行为或空间记忆的获取和保留的关键问题。这些技术的主要优点是，这两项研究都可以简单地用最少的资金投资来构建，而且两种协议都要求动物体验极端或紧张的刺激。在困境中的达姆塞尔方法可以提供对小鼠亲社会行为的洞察，但它也可以作为同理心措施在其他哺乳动物模型生物体。
在开始巴恩斯迷宫测试程序之前，用水和 70% 乙醇清洁所有迷宫组件。当组件干燥时，组装迷宫并随机将每只鼠标分配给目标孔，以在整个测试期间使用。这些孔可以在迷宫底部或迷宫外围的外侧标记为 1 到 20，在迷宫内看不到这些孔。
要开始训练测试，请用 23 到 11 厘米的黑匣替换分配的孔盘，并使用橡皮筋和挂钩将孔盘牢固地固定在迷宫上。然后，将鼠标放在杯下的巴恩斯迷宫中心，让鼠标适应30秒。在适应期结束时，开始录像并打开灯光和超声波噪声制作器。
通过串联机构提起杯子，避免偏置动物的初始标题，并在观察窗帘后面启动计时器。用迷宫的图表在一张纸上跟踪动物的移动，并使用该图分析鼠标的搜索策略，并确定在目标对面的象限中探索的孔数。当鼠标进入目标孔时，用重的不透明粘结剂盖住孔并关闭超声波噪声制造者。
如果小鼠在五分钟后未进入目标，则将动物放入目标孔中。然后，让鼠标在目标框中保持一分钟不受干扰，确保关闭超声波噪音。然后，把动物还到笼子里。
当所有小鼠都经过测试后，手动查看其记录以跟踪小鼠的整体移动，以确定在发现目标之前和之后探索的错误孔数，以及从目标孔到探索的第一个孔的孔数以及任何值得注意的梳理行为。对于探索行为 Damsel 在困境测试中，将一个封闭和空的压力室放入同理心竞技场的中心，并开始使用悬挂式摄像机进行录制。轻轻地将一只雄性老鼠放在竞技场左下角的杯子下面 30 秒。
然后，通过字符串机制取出杯子，让鼠标在录制过程中小心地探索 10 分钟，注意远离视野。在探索期结束时，将鼠标从竞技场移到保持架中五分钟，然后停止并保存记录。对于社会反应的达姆塞尔在困境测试，轻轻地手动约束雌性鼠标和降低鼠标到约束室。
关闭鼠标后面的腔室的打开端，确认鼠标无法转动。使用悬挂的摄像机开始录制，然后将约束室放在竞技场中央。让动物适应10分钟，注意保持在视野外。
然后，将雄性小鼠从持有区移回同理心竞技场 10 秒钟，让雄性小鼠多用 5 分钟探索竞技场，注意远离视野。在探索期结束时，停止并保存视频文件，然后将两只鼠标返回到它们的笼子。然后，更换玉米床上用品，用70%乙醇对竞技场和压力室进行消毒。
要分析数据，请打开相应的跟踪软件中的视频文件，并在屏幕上放置透明工作表。用标记勾勒出竞技场的正方形，将竞技场广场分成九个相等的隔间。查看初始探索测量前五分钟的视频数据，记录穿过的隔间数、在竞技场中心广场所花费的时间、挖掘和梳理情节的数量以及鼠标触摸空中心约束室的时间。
然后，在雄性被重新引入竞技场后立即查看五分钟的社会响应量的视频数据，被困女性记录与初始探索性测量相同的数据，但添加对雄性小鼠与被困雌性小鼠接触鼻子数的跟踪。当巴恩斯迷宫训练的新生儿在一次长期试验中作为成年人运行时，注射乙醇的老鼠比盐水注射控制动物更难记住目标孔的位置。乙醇处理小鼠也探索明显更多的孔在相反象限从目标，表明未能记住正确的一般空间位置，并使用顺序孔搜索在环形的方式，直到发现孔。
在"困境中的达姆塞尔"模型中，年龄较大的老鼠比年轻的老鼠跨越更多的方块。然而，在被困雌性小鼠面前，两个年龄的雄性小鼠花更少的时间探索竞技场。与单独暗示对被困雌性老鼠的焦虑或亲社会行为时，少年雄性在竞技场上挖掘时间比单独暗示焦虑或亲社会行为的时间要多。
相比之下，雄性小鼠在成年时接触含有被困雌性小鼠的管子，成年后与幼鼠接触的频率明显高于受困雌性小鼠。在尝试此程序时，重要的是要记住在试验之间和试验中保持条件恒定，以确保环境变量不会混淆研究结果。在最初使用这些行为分析之后，同样的动物可以在发育过程中的各个时间点进行重新测试，以回答有关长期记忆和社会行为可能变化的问题。
View the full transcript and gain access to thousands of scientific videos
概述
该协议使用Barnes迷宫来测量空间学习和记忆。使用一种新颖的Damsel-in-Distress范式来评估小鼠的运动活动和亲社会行为。
关键研究组成部分
科学领域
- 行为神经科学
- 空间记忆
- 亲社会行为
背景
- 该研究调查了基因突变或环境变量对社会行为的影响。
- 它探索了空间记忆的获取和保持。
- Damsel-in-Distress方法提供了对小鼠亲社会行为的洞察。
- 这种方法也可以作为其他哺乳动物模型中的同理心测量。
研究目的
- 评估遗传和环境因素对行为的影响。
- 评估小鼠的运动活动和亲社会行为。
- 使用Barnes迷宫测量空间学习和记忆。
使用的方法
- Barnes迷宫测试程序用于空间记忆评估。
- 使用Damsel-in-Distress范式来评估亲社会行为。
- 在使用前用水和70%的乙醇清洁迷宫组件。
- 在测试期间随机分配小鼠到目标孔。
主要结果
- 对遗传/环境因素与社会行为之间关系的洞察。
- Damsel-in-Distress方法的有效性示范。
- 成功测量小鼠的空间学习和记忆。
- 建立了一个低成本、无压力的测试协议。
结论
- 这些协议为行为神经科学提供了宝贵的洞察。
- 它们允许在没有极端刺激的情况下研究社会行为。
- 这些方法可以适用于各种哺乳动物模型。
常见问题
Executive Industry Relevance
Behavioral assays that measure spatial learning and prosocial responses provide early-stage mechanistic insights for neuropsychiatric target validation. The Barnes maze and Damsel-in-Distress paradigms offer low-cost, non-stressful methods to interrogate genetic and environmental influences on cognition and social behavior. These tools support predictive confidence in preclinical models by enabling longitudinal tracking of behavioral phenotypes across development.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Scientific Value: Interrogate how developmental ethanol exposure impacts spatial memory acquisition and retention in adult mice.
- Scientific Value: Assess prosocial behavior and anxiety-related responses in male mice exposed to a trapped female conspecific.
- Operational Value: Enable hypothesis testing without food restriction or extreme stressors, reducing confounding variables in behavioral readouts.
Screening & Assay Development
- Scientific Value: Quantify spatial search strategies and incorrect hole exploration to detect memory deficits following developmental insults.
- Scientific Value: Measure locomotor activity, social responsiveness, and digging/grooming episodes as indicators of prosocial and emotional states.
- Operational Value: Construct assays from common lab supplies with minimal financial investment, supporting scalable screening workflows.
Translational & Preclinical Research
- Scientific Value: Detect developmental ethanol-induced spatial memory impairments that persist into adulthood, modeling fetal alcohol spectrum disorder phenotypes.
- Scientific Value: Observe age-dependent differences in prosocial behavior, where adult males initiate contact with trapped females more frequently than juveniles.
- Operational Value: Retest the same animals across developmental timepoints to evaluate long-term memory and social behavior changes, supporting longitudinal study designs.
Pipeline & Workflow Integration
The Barnes maze and Damsel-in-Distress paradigms function as discovery-stage behavioral readouts that inform target validation and lead identification efforts in neuropsychiatric drug development.
- Discovery Biology: Test how genetic mutations or environmental variables affect spatial memory and social behavior, supporting mechanistic de-risking of therapeutic hypotheses.
- Screening: Provide standardized, reproducible assays for quantifying escape latency, hole exploration, and social interaction metrics.
- Analytics: Generate quantitative outputs such as incorrect hole explorations, time in center square, and nose-touch frequency to enable group comparisons.
- Translational Research: Model developmental insult effects on cognition and social behavior, aligning with preclinical validity for neuropsychiatric indications.
- Enterprise Reuse: Deploy as reusable behavioral platforms across multiple projects studying cognition, emotion, and social domains.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Predictive confidence in target validation through measurable changes in spatial learning and prosocial responses.
- Operational Value: Low-cost, easily assembled protocols using standard lab equipment, reducing technical barriers to adoption.
- Strategic Value: Enable early go/no-go decisions by identifying behavioral phenotypes that predict clinical relevance.
- Portfolio Impact: Support risk-adjusted prioritization of compounds targeting cognitive or social dysfunction domains.
Implementation Considerations
- Requires expertise in behavioral neuroscience and video-based tracking methodologies.
- Depends on consistent environmental conditions and proper cleaning of maze components with water and 70% ethanol.
- Necessitates standardized training for scoring search strategies, social interactions, and locomotor activity.
- Involves adaptation considerations when translating mouse behaviors to other mammalian models or disease contexts.
- Limited by the need for manual video review and tracking software for accurate data analysis, though automation potential exists.
Biopharma FAQs
Chapters in this video
0:04
Title
0:42
Barnes Maze Testing Procedure and Data Analysis
3:08
Damsel-in-Distress Testing: Exploratory Behavior and Social Responsiveness Measures and Data Analysis
6:11
Results: Representative Murine Spatial Learning and Prosocial Behavior Analyses
7:32
Conclusion
