$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
Die Paradigmen der Identitätserkennung wurden so konzipiert, dass sie in Laboren mit minimaler Spezialausrüstung und wenigen Schulungen innerhalb einer Woche einfach implementiert werden können. Alternative valenzierte Erfahrungen können je nach verfügbaren Ressourcen und der gewünschten Forschungsfrage genutzt werden. So wurde beispielsweise die negativ valenzierte Identitätserkennung nach Angriffen durch ein aggressives soziales Ziel erstmals bei Goldhamstern beschrieben und in unserem Modell an Mäuse angepasst 6,12.
Die valenzierten Identitätserkennungsparadigmen können breitere Anwendungen im Bereich des sozialen Gedächtnisses haben. Diese Aufgaben können nicht nur zur weiteren Untersuchung des sozialen Gedächtnisses oder der sozialen Valenzmechanismen verwendet werden, sondern sie können auch bei der Untersuchung von Krankheitsmodellen helfen, von denen bekannt ist, dass sie Beeinträchtigungen der sozialen Erkennung aufweisen. Beeinträchtigungen der Identitätserkennung liegen den Defiziten des Sozialverhaltens bei Störungen wie Schizophrenie 13,14,15 und Autismus-Spektrum-Störung 16,17,18 zugrunde, wobei geschätzt wird, dass ein Drittel der Erwachsenen mit Autismus Schwierigkeiten hat, sich der individuellen Identitätserkennung zu stellen 19. Zum Beispiel sind Shank3-Knockout-Mäuse und Df(16)A+/- Mausmodelle für Autismus-Spektrum-Störungen und Schizophrenie, von denen bekannt ist, dass sie eine beeinträchtigte soziale Kognition aufweisen 20,21,22. Unsere neuen Paradigmen können Defizite des sozialen Gedächtnisses rekapitulieren und für die Charakterisierung von Krankheitsmodellen und die Identifizierung von Manipulationen oder Behandlungen zur Verbesserung von Defiziten im Sozialverhalten verwendet werden. Unbelebte Objekte können auch als Ersatz für soziale Ziele untersucht werden, um die Mechanismen, die Objekte unterstützen, im Vergleich zur sozialen Anerkennung weiter zu analysieren12.
Die in Abbildung 1 verwendeten sozialen Ziele sind gleichgeschlechtliche CD1-Stammmäuse, aber wir haben eine vergleichbare valenzierte Identitätserkennung mit Zielen des gleichen Stammes C57BL/6 erreicht. Daher haben wir eine leicht anwendbare Methode entwickelt, die für die weitere Untersuchung der sozialen Valenzverarbeitung, der sozialen Identität und der Defizite dieser sozialen kognitiven Funktionen in Tiermodellen von Hirnerkrankungen eingesetzt werden kann.
Paradigmen zur Identitätserkennung betrachten das Gedächtnis für bestimmte Individuen. Bei der Konzeption der Experimente muss darauf geachtet werden, dass die Trainings- und Testsitzungen völlig unterschiedlich sind und dass der einzige Anhaltspunkt, der konstant bleibt, die Identität der sozialen Zielgruppen ist. Zum Beispiel müssen die Räume, in denen Schulungen und Tests durchgeführt werden, die Gehege, in denen sich die sozialen Ziele befinden, und die Hinweise, die mit den Schulungs- und Testkontexten verbunden sind, unterschiedlich sein.
Die vier Drahtschalen müssen identisch zueinander, aber so unterschiedlich wie möglich zu den Plexiglasgehäusen sein. Die Drahtbecher und Gehäuse müssen sich in Bezug auf Material (z. B. Plexiglas vs. Metall), Form (z. B. rechteckig vs. kreisförmig) und Farbe (z. B. transparent vs. Roségold) unterscheiden. Dies geschieht, um sicherzustellen, dass der einzige Hinweis, der das Erkundungsverhalten während des Tests beeinflusst, die Identität der sozialen Ziele ist.
Die Kontextgewöhnung wird an Tag 1 des Trainings durchgeführt. Dies geschieht, um die Erkundung sozialer Ziele während des Trainings zu fördern und nicht den Kontext, der der Probandenmaus bereits bekannt ist. Darüber hinaus wird eine Wartezeit von mindestens 2 h zwischen valenzierten und neutralen Trainingseinheiten empfohlen. Es wird angenommen, dass die Bereitstellung von Zeit zwischen den Trainingseinheiten für die Versuchsmäuse die Verallgemeinerung reduziert, da Erfahrungen, die zeitlich näher zugeordnet sind, mit größerer Wahrscheinlichkeit miteinander verknüpft sind23. Aus dem gleichen Grund wird das Training an den folgenden Tagen wiederholt, aber der Reihe nach ausgeglichen. Es wird angenommen, dass die Wiederholung die weitere Assoziation des Erlebten mit dem jeweiligen sozialen Ziel fördert. Im Idealfall kann mehr Zeit zwischen den Trainingseinheiten es den Versuchsmäusen außerdem ermöglichen, zu lernen, das soziale Ziel mit ihrer jeweiligen valenzierten Erfahrung zu verknüpfen. Aus praktischen Gründen wurde die Wartezeit auf 2 Stunden festgelegt, da so sowohl neutrale als auch valenzierte Trainingseinheiten an einem Tag in einer Kohorte von 8-12 Mäusen stattfinden konnten. Zum Beispiel kann das Training von 12 Mäusen ungefähr 2 Stunden dauern, dann wäre die Versuchsmaus, die zuerst trainiert wurde, bereit, mit der nächsten Trainingssitzung zu beginnen. Natürlich kann eine Verlängerung der Wartezeit die Leistung der Probandenmäuse verbessern, ist aber für den Experimentator zeitaufwändiger.
Versuchsmäuse und soziale Zielpersonen sollten mindestens 7 Tage vor Beginn des Verhaltenstrainings in der Tiereinrichtung eintreffen, um den Einfluss von Transportstress zu minimieren. Soziale Zielgruppen sollten in einem einzigen Haus untergebracht werden, da olfaktorische Signale von Käfigen die Identitätserkennung beeinträchtigen können. Die gleichen beiden sozialen Ziele können für eine Kohorte von bis zu 12 Probandenmäusen verwendet werden. Wichtig ist, dass die sozialen Ziele während jeder Reinigungs- und Einrichtungsphase zwischen den Versuchsmäusen in ihren Heimatkäfig zurückgebracht werden müssen. Es ist wichtig, die sozialen Ziele in ihre Heimatkäfige zurückzubringen, da eine längere Gefangenschaft in den Gehegen ihr Verhalten verändern und wiederum die Entscheidung der Versuchsmäuse zur Interaktion beeinflussen kann.
Probandmäuse und soziale Ziele können Artgenossen desselben oder verschiedener Stämme sein. Wenn soziale Ziele desselben Stammes verwendet werden, ist es entscheidend, dass sie nicht aus demselben Wurf wie die Versuchsmäuse stammen und die sozialen Ziele einander nicht bekannt sind. Dies kann sichergestellt werden, indem Probandmäuse und soziale Ziele von verschiedenen Tierlieferanten bestellt werden oder Tiere leicht unterschiedlichen Alters (d. h. 8 Wochen alte Versuchsmäuse und 7 Wochen alte soziale Ziele). Wenn Ear-Tagging-Verfahren erforderlich sind, sollten diese mindestens 24 Stunden vor Beginn des Verhaltenstrainings durchgeführt werden. Dies dient dazu, den Einfluss externer Stressoren auf das Verhalten der Maus zu minimieren. Für alle Verhaltenstrainings und -tests wird empfohlen, jeweils mit einer Probandenmaus zu arbeiten. Obwohl das gleichzeitige Training und Testen mehrerer Probandenmäuse Zeit sparen kann, erhöht es auch die olfaktorischen Signale im Versuchsraum, die die Kodierung oder den Abruf der Identitätserkennung beeinflussen können. Daher empfehlen wir Kohorten von 8-12 Probandenmäusen. Für positive Experimente mit sozialer Valenz wird empfohlen, die Tiere täglich vor dem Training zu behandeln, um den Handhabungsstress zu minimieren, der den Verzehr neuartiger Lebensmittel abschrecken kann. Es wird auch empfohlen, 2-3 Saccharose-Futterpellets pro Maus 3 Tage vor der Gewöhnung in den Heimkäfig zu legen, um den Gewöhnungsprozess zu erleichtern.
Obwohl die vorgestellten Daten manuell bewertet wurden, existieren benutzerfreundliche und automatisierte Optionen zur Verhaltensanalyse, die für ein effizienteres Scoring sozialer Interaktionen in Trainings- und Testvideos eingesetzt werden können. Zum Beispiel ist DeepLabCut eine Software, die benutzertrainierte neuronale Netze für die markerlose Annotation der Tierposition einsetzt und für die präzise Identifizierung von Frames optimiert werden kann, die dem Untersuchungsverhaltenentsprechen 24.
Weitere Kontrollexperimente können eingesetzt werden, um zu überprüfen, ob erfolgreiche Identitätserkennungsprotokolle erreicht wurden12. Die Umkehrung der Trainingsreihenfolge sollte weiterhin eine Identitätserkennung hervorrufen und bestätigen, dass die Ergebnisse nicht auf die Reihenfolge des valenzierten und neutralen Trainings zurückzuführen sind. Das Training kann auch wie beschrieben durchgeführt werden, aber Tests können mit dem neutralen und einem neuartigen sozialen Ziel stattfinden, wobei eine erhöhte Interaktion mit dem neuartigen Ziel darauf hindeuten würde, dass die Versuchsmäuse ein soziales Gedächtnis für das neutrale Ziel haben und erkannt haben, dass es vertraut ist. In ähnlicher Weise können Tests mit zwei neuartigen Probandenmäusen durchgeführt werden, um zu bestätigen, dass das Vermeidungs- oder Annäherungsverhalten tatsächlich spezifisch für die negativ bzw. positiv valenzierten sozialen Ziele ist. Obwohl es derzeit nicht getestet ist, ob ein und dieselbe Versuchsmaus sowohl negatives als auch positives soziales Valenztraining durchlaufen kann, glauben wir, dass dies möglich ist, wenn die Experimentatoren Zugang zu mehreren sozialen Zielstämmen oder Trainingskontexten haben. Die Verwendung desselben Stammes sozialer Ziele für positive und negative Valenzexperimente kann die Assoziation eines Stammes mit einer bestimmten Valenz erschweren. Wenn möglich, kann die Verwendung verschiedener sozialer Zielstämme die Erkundung fördern und eine Verallgemeinerung zwischen positiven und negativen Erfahrungen vermeiden. In ähnlicher Weise würde die Wiederverwendung derselben Trainingskontexte die Generalisierung zwischen gegensätzlich valenzierten Erfahrungen erhöhen und durch die Verwendung unterschiedlicher Kontexte für das Training minimiert werden. Wenn es der experimentelle Zeitplan zulässt, wäre auch zu empfehlen, die positiven und negativen Valenzexperimente um einige Wochen voneinander zu trennen.
Für den Fall, dass es Schwierigkeiten bei der Einrichtung der Identitätserkennungsprotokolle gibt, schlagen wir Lösungen für häufig auftretende Probleme vor, mit denen wir konfrontiert sind. Mäuse, die in einer Gruppe untergebracht sind, können als Extinktionstraining fungieren, da die mit einem sozialen Ziel verbundene Valenz nach normaler Cagemate-Interaktion ausstirbt25, ist aber notwendig, da soziale Isolation das soziale Gedächtnis beeinträchtigt und das Sozialverhalten verändert26,27. Tatsächlich fanden wir heraus, dass die Einzelhaltung bei männlichen Mäusen keine Identitätserkennung hervorrief. Eine Einzelhaltung kann jedoch erforderlich sein, wenn sich die Tiere von stereotaktischen Operationen erholen oder intrakranielle Implantate haben, die empfindlich auf Ablösung reagieren können. In solchen Fällen haben wir Mäuse erfolgreich paarweise in großen Käfigen untergebracht, die durch eine perforierte Trennwand getrennt waren, und die Identitätserkennung in dieser Bedingung repliziert12.
Für die Aufgabe der positiven sozialen Valenz ist es üblich, dass Mäuse zögern, neuartige Saccharose-Pellets zu konsumieren. Um dieses Problem zu lösen, ist es hilfreich, die Zeit des Nahrungsentzugs zu verlängern oder die Mäuse mit den Pellets vertraut zu machen, indem Sie einige Pellets 2-3 Tage vor der Gewöhnungssitzung in ihren Heimkäfig legen. In einigen Situationen, in denen die Mehrheit der Mäuse keine Futterpellets zu sich nimmt, kann es auch hilfreich sein, die Anzahl der Gewöhnungssitzungen zu erhöhen. Obwohl wir festgestellt haben, dass männliche Mäuse während der Gewöhnung an Futterpellets im Allgemeinen weniger aßen als weibliche Mäuse, hat dies keinen Einfluss auf ihre Fähigkeit, das positiv valenzierte soziale Ziel zu erkennen.
Schließlich können die Parameter der Identitätserkennungsaufgaben geändert werden, um die Schwierigkeit der Aufgabe zu verringern oder zu erhöhen. Um beispielsweise den subtilen Einfluss biologischer Faktoren auf die Identitätserkennung aufzudecken, können die Trainingszeit und die Anzahl der Trainingseinheiten reduziert werden, um die Schwierigkeit der Aufgabe zu erhöhen.
Die Verhaltensaufgaben, die wir in diesem Protokoll vorgestellt haben, sind einfach, leicht einzurichten und können an männliche und weibliche Mäuse angepasst werden, um die Identitätserkennung zu untersuchen. Der flexible Einsatz von entweder appetitiven oder aversiven Reizen in diesen Aufgaben ermöglicht es auch, die Rolle der sozialen Valenz bei der Identitätserkennung zu untersuchen. Diese Aufgaben werden nützlich sein, um biologische Mechanismen der Identitätserkennung bei gesunden Mäusen oder Defizite in diesen Mechanismen in krankheitsbedingten Mausmodellen zu untersuchen, die eine soziale Beeinträchtigung aufweisen.