Artículo de método

La introducción de adiestramiento con clicker como un enriquecimiento cognitivo para el Laboratorio de ratones

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DOI:

10.3791/55415

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6 de marzo de 2017

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1Translational Animal Research Center, University Medical Centre, Johannes Gutenberg-Universität Mainz, 2Department of Veterinary Medicine, Institute of Animal Welfare, Animal Behavior and Laboratory Animal Science, Freie Universität Berlin

* These authors contributed equally

En este artículo

Resumen

El desarrollo de nuevas estrategias de refinamiento para ratones de laboratorio es una tarea desafiante que contribuye al cumplimiento del principio de las 3R. Este protocolo introduce el entrenamiento con clicker como un programa de enriquecimiento cognitivo para ratones de laboratorio.

Resumen

Establecer nuevas estrategias de refinamiento en la ciencia con animales de laboratorio es un objetivo central para cumplir con los requisitos de la Directiva 2010/63/UE. Investigaciones anteriores determinaron un profundo impacto de los protocolos de manejo suave en el bienestar de los ratones de laboratorio. Al introducir el entrenamiento con clicker en la cría de ratones, no solo promovemos el trato amigable de los ratones, sino que también les permitimos experimentar el enriquecimiento cognitivo. El entrenamiento con clicker es una forma de entrenamiento de refuerzo positivo que utiliza un reforzador secundario condicionado, el sonido de "clic" de un clicker, que sirve como un puente de tiempo entre el comportamiento fortalecido y una próxima recompensa. La implementación efectiva del protocolo de entrenamiento con clicker con una cohorte de 12 ratones endogámicos BALB/c de cada sexo resultó ser sencilla. Los ratones aprendieron bastante rápido cuando se les desafió con las tareas del protocolo de entrenamiento con clicker, y casi todos los ratones entrenados superaron los desafíos que se les dieron (100% de los ratones hembra y 83% de los ratones machos). Este estudio ha identificado que el entrenamiento con clicker para ratones se correlaciona fuertemente con la reducción del miedo en los ratones durante las interacciones humano-ratón, como lo demuestra la reducción de los comportamientos relacionados con la ansiedad (por ejemplo, defecación, vocalización y micción) y menos comportamientos similares a la depresión (por ejemplo, flotar). Mediante el desarrollo de un protocolo fiable que pueda integrarse fácilmente en la rutina diaria de la cría de ratones de laboratorio, se puede mejorar sustancialmente la experiencia de bienestar de los ratones a lo largo de su vida.

Introducción

El desarrollo de nuevas estrategias de refinamiento de los ratones de laboratorio es una tarea difícil que contribuye al cumplimiento de las 3R (reemplazo, reducción y refinamiento) de la ciencia del animal de laboratorio 1. Las mejoras en el campo de refinamiento pueden contribuir aún más al bienestar de los millones de animales que se utilizan con fines experimentales. Por lo tanto, es necesaria una intensa investigación en el campo. Este es también un objetivo definido de la Directiva 2010/63 de la Unión Europea. Directiva 2010/63 / UE señala que la experiencia de vida de los animales de laboratorio tiene que ser mejorada y que "Los establecimientos deben elaborar programas de formación y habituación convenientes para los animales, los procedimientos y la duración del proyecto" (Artículo 3.7) 2.

Los animales de laboratorio pueden experimentar muchas situaciones de estrés, mientras que se mantienen y se crían para los experimentos. Por lo general, la interacción entre la mano de obraAtory los ratones y las personas responsables son bastante limitados. Por lo tanto, una relación de confianza no puede desarrollarse. Esto puede provocar aumento de la ansiedad y el estrés en reacción a la manipulación, que es perjudicial para el comportamiento y fisiología, y por lo tanto, el bienestar, de los animales 3, 4, 5, 6. Por otra parte, realizada de forma rutinaria los procedimientos de laboratorio como la manipulación general, restricción, y la sangre o muestras de tejidos puede causar respuestas de estrés, que pueden ser examinadas mediante la medición de diferentes parámetros, tales como hormonas o comportamientos 7, 8 estrés. Se ha demostrado que los programas de manejo pueden disminuir de manera eficiente la ansiedad hacia el investigador en roedores de laboratorio 9, 10, 11. Manejo de programas, por tanto, pueden mejorar los animales 'condiciones y podrían contribuir considerablemente al bienestar animal 5.

El objetivo de este estudio es dar a conocer la formación refuerzo positivo para los ratones como un programa de tratamiento específico. formación refuerzo positivo es una forma de condicionamiento operante que da el investigador un medio para moldear el comportamiento animal. Cuando el animal realiza un comportamiento deseado, es seguido por un estímulo positivo (aquí, una recompensa de comida). La intención es que el animal vincula la recompensa al comportamiento respectivo. El adiestramiento con clicker es una forma de entrenamiento de refuerzo positivo utilizando un reforzador secundario acondicionado, el "clic" de un clicker, y se ha demostrado para reforzar un comportamiento específico 12.

Más específicamente, el sonido de clic sirve como un "puente» entre el comportamiento y el próximo 13 de recompensa. El entrenador de encaje, precisamente cuando el animal realiza el deseadocomportamiento, sin ningún tiempo de demora 14, y luego presenta la recompensa de comida. Esto refuerza el comportamiento recompensado, que se realiza con una frecuencia más alta. El adiestramiento con clicker es ampliamente utilizado con animales de compañía y ha hecho su camino en la ciencia de animales de laboratorio, en donde se ha aplicado con éxito con primates no humanos 13, 15, 16. Dado que los ratones aprenden más rápidamente cuando se enfrentan con los paradigmas de condicionamiento operante, la introducción de un segundo refuerzo no debe sobreesfuerzo sus capacidades cognitivas 5, 17, 18, 19.

Mediante la introducción de la formación clicker para el mantenimiento de los ratones, permitimos a los ratones para experimentar el enriquecimiento cognitivo. El diseño de enriquecimiento cognitivo debe permitir a los ratones para utilizar sus habilidades cognitivas para sølvProblemas con el correo y para obtener el control sobre su entorno 20, 21. Varios estudios con diferentes especies demuestran el impacto positivo de enriquecimiento cognitivo sobre el bienestar de los animales en cautiverio 22, 23, 24. Aumento de la capacidad de los animales para hacer frente con éxito a los retos medioambientales contribuye a su bienestar, 25, 26.

Además, si los animales experimentan niveles bajos de estrés durante su vida, son menos propensos a desarrollar estrategias de supervivencia perjudiciales cuando se enfrentan a factores estresantes que se producen en la investigación biomédica. Por lo tanto, la aplicación coherente de enriquecimiento cognitivo puede contribuir a una homogeneización de los fenotipos de los sujetos. Esto contribuirá al principio 3R de reducción, ya que puede reducir el número de sujetos requeridospara satisfacer los requisitos estadísticos 27.

Mediante el desarrollo de un protocolo fiable que se puede integrar fácilmente en la rutina diaria de mantener a los ratones de laboratorio, podemos mejorar sustancialmente su experiencia de vida de bienestar.

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Protocolo

Declaración de Ética: El manejo de los ratones y los procedimientos experimentales se llevaron a cabo de acuerdo con el europeo, nacional y directrices institucionales para el cuidado de los animales.

NOTA: El protocolo incluye cinco días de intervenciones (de lunes a viernes), con pausas en los fines de semana (sábado y domingo). El protocolo se puede adaptar fácilmente a las necesidades específicas.

1. La determinación de una adecuada recompensa como segundo reforzador

NOTA: Utilice recompensas de comida, como los alimentos envasados ​​al vacío o alimentos para animales que cumpla con las normas de seguridad alimentaria. Por ejemplo, diferentes tipos de frutos secos, chocolate, ositos de goma, o frutos secos son adecuados.

  1. Insertar una pequeña placa de Petri con diferentes recompensas de comida (trozos de 0,5 cm 3) en la casa-jaula (Figura 1).
  2. Después de 10 minutos, comprobar si hay restos de comida.
  3. Si todos los premios se comen después de 10 minutos, acortar el lapso de tiempo hasta que una preferencia puede ser estimado.
  4. En los días 4 y 5 (por ejemplo, ThursdaY y viernes), añadir pequeñas cantidades de la) de recompensa preferida ( "ganador" de la casa-jaula para establecer una afectación de todos los ratones en la jaula a la recompensa.
  5. Si los ratones no están habituados a los túneles de ratón, añadir un túnel a la jaula (al menos 2 días antes de comenzar el entrenamiento, por ejemplo, el fin de semana).
  6. Repita los pasos 1.2 a 1.4 en 3 días consecutivos (por ejemplo, de lunes a miércoles).

2. Formación Clicker

  1. Las preparaciones para cada sesión de entrenamiento
    NOTA: Cada vez que tiene que ser levantado en este protocolo un ratón, levantarlo de una manera tranquila y apacible. Ponga una mano debajo del ratón para levantarla. Durante los primeros tiempos, los ratones podría ser agitado, pero el proceso de habituación se terminará después de varios días. Si este paso se crea dificultades, es útil hacer referencia al protocolo de "ahuecamiento en la mano abierta" 28.
    1. Preparar una jaula con material de cama.
    2. Transfer la jaula del ratón que está siendo entrenado a un lugar tranquilo.
    3. Preparar la recompensa y tienen un contador de tiempo y la combinación palo de clicker / blanco fácil.
      NOTA: Si los ratones se habituaron a la manipulación y ya tiene una relación de confianza con el experimentador, los ratones pueden ser alimentados a mano. De lo contrario, conecte la recompensa a un palo o una pinza de tal manera que los ratones pueden mantener una distancia de la experimentador.
    4. Retire todos los objetos de la casa-jaula, que ahora sirve como el área de formación (por ejemplo, casas de ratón, material de construcción de nidos, etc.).
    5. La transferencia de los compañeros de jaula a una jaula preparada.
  2. normas generales que se aplican para todas las sesiones de entrenamiento
    NOTA: Se aplican las siguientes reglas generales para todas las sesiones y no se mencionan de nuevo todo el protocolo.
    1. Capacitar a cada ratón durante 5 min. Alterna entre la formación de 30 s y 15 s-períodos de descanso.
    2. Deje el ratón roer la recompensa de no más de un segundo. Entonces, tomo el palo (con la recompensa) fuera de la jaula.
    3. Ejecute el siguiente patrón de recompensa:
      1 - 10 actuaciones de comportamiento: recompensa cada vez.
      11-21 desempeño de comportamiento: recompensar a cada segundo tiempo.
      Del 22 rendimiento de la conducta en: recompensar cada tres veces.
    4. Después de 4 minutos de la formación, la próxima realización de la conducta deseada se ve reforzada por una recompensa bote. Deje que el ratón para roer en la recompensa de comida tres veces más tiempo que antes.
  3. sesión de entrenamiento Día 1: "La vinculación del reforzador secundario con el premio de comida"
    1. Ajuste el temporizador de 5 minutos, pulse Inicio, y añadir el túnel de ratón para el hogar-jaula.
      NOTA: Tome ventaja de los thigmotaxis innatas de ratones y colocar el túnel junto a una pared (Figura 2). Para las primeras sesiones, esto aumentará la probabilidad de que el ratón entra en el túnel.
    2. Espere hasta que el ratón inspecciona el túnel. Tan pronto como el mouse entra en el túnel, haga clic y presentar la recompensa al final del túnel.
    3. Dejar que la alimentación del ratón sobre la recompensa mientras está sentado en el túnel.
    4. Haga clic de forma continua durante 15 s, mientras que el ratón está sentado en el túnel.
    5. Tan pronto como el ratón sale del túnel, vuelva al paso 3.2.
  4. Días sesión de entrenamiento de 2 - 5: "Corriendo a través de un túnel"
    1. Ajuste el temporizador de 5 minutos, pulse Inicio, y añadir el túnel de ratón para el hogar-jaula.
    2. Tan pronto como el ratón entra en el túnel, haga clic y presentar la recompensa al final del túnel.
    3. Siempre y cuando el ratón está en el túnel, haga clic y presentar inmediatamente la recompensa de la misma manera.
    4. Repita este procedimiento para los próximos 30 s, y luego hacer una pausa durante 15 s para tomar el túnel fuera de la jaula.
    5. Añadir el túnel de nuevo y haga clic en el ratón inmediatamente cuando vuelve a entrar en el túnel.
    6. Presentar la recompensa al final del túnel.
    7. Deje que el ratón para roer para un máximo de 1 s.
    8. Para llevar la recompensa.
    9. Tan pronto como se inicia el ratón re-entrar en el túnel por sí mismo, presentar la recompensa en frente del final del túnel (Figura 3).
  5. sesión de entrenamiento la semana 2: "Después de un palo de destino"
    1. Ajuste el temporizador de 5 minutos, pulse Inicio, y colocar el globo en el extremo del palo de destino en la jaula.
    2. Tan pronto como el ratón muestra interés en el mundo, haga clic y presentar la recompensa al lado del globo (Figuras 4 y 5).
    3. Recompensar el ratón solamente después de que toque el globo con su nariz.
    4. Cuando el ratón se ha vinculado la acción realizada a la recompensa, cambiar la posición del globo durante la sesión de entrenamiento (Figura 6).
    5. Espere a que el ratón para cumplir con este último reto.
    6. Coloque el globo en la jaula.
    7. Poco antes de la del ratón toca el globo, lenta y cuidadosamente cambiar la posición del globo por 1 cm.
    8. Haga clic y recompensar si el ratón ha recorrido la distancia y toca el globo.
    9. Repita este procedimiento hasta que el ratón sigue de forma fiable.
    10. Lentamente extienda la distancia que el ratón tiene que cruzar.
  6. sesión de entrenamiento la semana 3: "Tras el bastón diana de la mano del investigador"
    1. Coloque una mano en la jaula de entrenamiento mientras se mantiene la combinación palo de clicker / objetivo y la recompensa con la otra mano.
    2. Ajuste el temporizador de 5 minutos, pulse Inicio, y colocar el globo en el extremo del palo de destino junto a la mano.
    3. Tan pronto como el ratón muestra interés en el mundo, haga clic y presentar la recompensa al lado del globo.
    4. Tan pronto como el ratón se ha reunido este desafío, mover el globo varios pasos más cerca de la mano.
    5. Coloque el mundo en la palma de la mano. Haga clic y recompensar mientras que el ratón está sentada en la palma de la mano (Figura 7).

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Resultados

La primera y también uno de los pasos más importantes fue la determinación de un premio de comida apropiada. Por lo tanto, los ratones se ofrecen diferentes tipos de frutos secos, una solución de azúcar, mermelada, y diferentes tipos de chocolate en una placa de Petri (Figura 1). En nuestra experiencia, los ratones mostraron una evidente preferencia por el chocolate blanco. Por lo tanto, hemos utilizado el chocolate blanco para todos los procesos de formación complementa...

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Discusión

La aplicación efectiva del protocolo de entrenamiento del clicker con una cohorte de 12 ratones BALB / c endogámicos de cada sexo resultó ser complicada. Estudios previos han confirmado la eficacia de la formación clicker con varias especies, y ampliado esta a ratones. Dado que los ratones son los mamíferos más bajo desarrollados entre los animales de laboratorio, sus capacidades son a menudo subestimados. Por lo tanto, el aspecto más sorprendente de los datos es que el éxito de formación podría conseguirse con casi tod...

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Divulgaciones

Los autores no tienen nada que revelar.

Agradecimientos

Este trabajo fue apoyado por el Centro de Investigación Traslacional en Animales del Centro Médico Universitario de la Universidad Johannes Gutenberg de Maguncia. Los autores están muy agradecidos a Thomas Wacker por su apoyo técnico.

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Materiales

Lista de materiales utilizados en este artículo
NombreEmpresaNúmero de catálogoComentarios
Tapa para carcasa abiertaTecniplastGM500LID117
SealSAfe Plus top para carcasa abiertaTecniplastGM500400SU
Tipo II jaulas largas, con tapa filtranteTecniplastGM500PFSPC
Aspen material de cama Laboratorio & Vet Service GmbHH0234-300Enriquecimiento ambiental
Policarbonato rojo Casa del ratónTecniplastACRE011Enriquecimiento ambiental
Papel tisúTork, SCA Hygiene Products GmbH290179Enriquecimiento ambiental
Alimentos - ssniff M-H ExtrudatssniffV1126-000ad libitum
Target Stick con ClickerTrixie2282
Tubo de PVC (túneles) Thyssen KruppRTPVCU04003005
Chocolate blanco / cremaLa empresa no importa, preferible
pinzasFineScienceToolse.g. 11150-10O cualquier otra herramienta para fijar chocolate
Prisma Versión 6.0 para Windows Software
de chocolate blanco de calidad orgánica GraphPad

Referencias

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