מצע וקינון מוגבלים כמודל למצוקות בגיל צעיר בעכברים

סיכום

פרוטוקול זה מתאר מודל של בעלי חיים לחקר האופן שבו מצוקה בגיל צעיר, הנגרמת על ידי סביבה ענייה וטיפול אימהי בלתי צפוי במהלך התקופה המוקדמת שלאחר הלידה, משפיעה על התפתחות המוח ועל הסיכון העתידי להפרעות נפשיות.

תקציר

מצוקה בגיל צעיר (ELA), כגון התעללות, הזנחה, מחסור במשאבים וסביבה ביתית בלתי צפויה, היא גורם סיכון ידוע לפיתוח הפרעות נוירופסיכיאטריות כגון דיכאון. מודלים של בעלי חיים עבור ELA שימשו לחקר ההשפעה של לחץ כרוני על התפתחות המוח, ובדרך כלל מסתמכים על מניפולציה של איכות ו / או כמות הטיפול האימהי, שכן זהו המקור העיקרי לחוויות חיים מוקדמות אצל יונקים, כולל בני אדם. כאן מסופק פרוטוקול מפורט לשימוש במודל Limited Bedding and Nesting (LBN) בעכברים. מודל זה מחקה סביבה דלת משאבים, המעוררת דפוסים מקוטעים ובלתי צפויים של טיפול אימהי במהלך חלון התפתחותי קריטי (ימים 2-9 לאחר הלידה) על ידי הגבלת כמות חומרי הקינון הניתנים לסכר לבניית קן לגורים והפרדת העכברים מהמצעים באמצעות פלטפורמת רשת בכלוב. נתונים מייצגים מסופקים כדי להמחיש את השינויים בהתנהגות האימהית, כמו גם את הירידה במשקל הגור והשינויים ארוכי הטווח ברמות הקורטיקוסטרון הבסיסי, הנובעים ממודל LBN. כבוגרים, צאצאים שגדלו בסביבת LBN הוכחו כמפגינים תגובת דחק חריגה, ליקויים קוגניטיביים והתנהגות דמוית אנהדוניה. לכן, מודל זה הוא כלי חשוב להגדיר כיצד ההבשלה של מעגלי מוח רגישים ללחץ משתנה על ידי ELA וגורמת לשינויים התנהגותיים ארוכי טווח המקנים פגיעות להפרעות נפשיות.

מבוא

התקופה המוקדמת שלאחר הלידה היא חלון התפתחותי קריטי שבו השפעות סביבתיות יכולות לשנות את מסלול ההתפתחות. לדוגמה, מצוקה בגיל צעיר (ELA) יכולה לשנות את התפתחות המוח כדי לעורר שינויים ארוכי טווח בתפקוד הקוגניטיבי והרגשי. דוגמאות של ELA כוללות התעללות פיזית או רגשית, הזנחה, משאבים לא מספיקים, וסביבה ביתית בלתי צפויה המתרחשת במהלך הילדות או ההתבגרות¹. ידוע כי ELA הוא גורם סיכון להתפתחות הפרעות כגון דיכאון, הפרעת שימוש בחומרים, הפרעת דחק פוסט טראומטית (PTSD) וחרדה 2,3,4,5. זה חשוב בהתחשב בכך שרמות העוני בקרב ילדים בארה"ב יותר מהכפילו את עצמן לאחרונה, מ-5.2% ב-2021 ל-12.4% ב-2022⁶, ולמרות שהעוני עצמו אינו בהכרח ELA, הוא כן מגדיל את ההסתברות לסוגים שונים של ELA⁷.

מודלים של בעלי חיים היו חיוניים זה מכבר להבנת ההשפעות של לחץ נפשי בגיל צעיר על התפתחות המוח ועל התוצאות של מבוגרים. שני המודלים העיקריים של בעלי חיים המשמשים בשנים האחרונות לניתוח התופעה הם הפרדה אימהית (MS) וסביבה ענייה הנגרמת על ידי מצע מוגבל וחומרי קינון (LBN). טרשת נפוצה פותחה כמודל של חסך הורי⁸. בתוכו, סכרי מכרסמים נלקחים מהגורים שלהם, בדרך כלל למספר שעות, כל יום עד לגמילה⁸. פרדיגמת הטרשת הנפוצה נמצאה כגורמת להתנהגויות דיכאוניות וחרדתיות בבגרות⁹, כמו גם לתגובה חריגה ללחץ כרוני^10,11. לעומת זאת, מודל LBN, שפותח לראשונה במעבדת ברעם¹², אינו מפריד את הסכר מהגורים, אלא משנה את הסביבה שבה מגדלים את הגורים, ומחקה סביבה דלת משאבים^12,13. הפחתת כמות חומר הקינון ומניעת גישה ישירה למצעים בדגם זה גורמת לשיבוש הטיפול האימהי מהסכרים³. מאחר שטיפול אימהי חזק וצפוי נדרש להתפתחות תקינה של מעגלי מוח קוגניטיביים ורגשיים¹⁴, טיפול אימהי מקוטע מ-LBN יכול לגרום למגוון תוצאות, כולל ציר פעיל יתר על המידה של היפותלמוס-יותרת המוח-יותרת הכליה (HPA), שינוי איזון מעכב-עירור באזורים מרובים במוח, רמות מוגברות של הורמון משחרר קורטיקוטרופין (CRH) והתנהגות דמוית דיכאון בצאצאים^13, 15,16,17,18,19.

המנגנון המדויק שבו ELA גורם לסיכון מוגבר להפרעות נוירופסיכיאטריות אינו מובן לחלוטין. הוא חשב להיות קשור לשינויים במעגלי ציר HPA^19,20, וראיות אחרונות מראות כי זה עשוי להיגרם על ידי שינויים בגיזום סינפטי מיקרוגליאלי¹⁹. מודל LBN הוכח ככלי חיוני להבנת השפעת הסביבה הפרינטלית על התפתחות המוח ותוצאות התנהגותיות ארוכות טווח. למרות שמודל זה פותח בתחילה עבור חולדות, הוא הותאם גם לעכברים על מנת לנצל את הכלים הטרנסגניים הקיימים ^12,13. יש לציין כי המודל דומה מאוד בשני המינים ומעורר תוצאות מתכנסות מאוד, כגון שינויים בציר HPA, ליקויים קוגניטיביים והתנהגות דמוית דיכאון, ובכך מדגיש את התועלת חוצת המינים שלו ואת הפוטנציאל התרגומי שלו. מאמר זה יספק תיאור מפורט של אופן השימוש במודל המצע והקינון המוגבל בעכברים, איסוף וניתוח התנהגות אימהית ותוצאות צאצאים כדי לאמת את יעילות המודל ואת התוצאות הצפויות.

פרוטוקול

כל ההליכים המערבים בעלי חיים בוצעו בהתאם למדריך המכונים הלאומיים לבריאות לטיפול ושימוש בחיות מעבדה, ואושרו על ידי הוועדה המוסדית לטיפול ושימוש בבעלי חיים מאוניברסיטת מדינת ג'ורג'יה (אישור מספר A24011). העכברים גודלו והוחזקו במתקני בעלי חיים באוניברסיטת מדינת ג'ורג'יה. הניסויים בוצעו על זן C57BL/6J במהלך התקופה הפרינטלית (יום לאחר הלידה [P] 2-10) וכללו זכרים ונקבות. הריאגנטים והציוד ששימשו למחקר זה מפורטים בטבלת החומרים.

1. הגדרת חומרים

1. חותכים את מחיצת הרשת בהתאם למידות הכלוב, ומשאירים עודף של 3 ס"מ בצדדים הארוכים יותר.
   הערה: הרשת המסופקת בטבלת החומרים נחתכת על-ידי היצרן.
2. מקפלים את הקצוות, כולל העודפים, באופן שיוצר פלטפורמה המותאמת בדיוק לשולי הכלוב ובגובה ~2.5 ס"מ מעל הרצפה. זה יאפשר לשתן וצואה לעבור דרך מחיצת הרשת מבלי שהחיות יוכלו לשלוף את מצע קלחי התירס. לבסוף, ודא שכל הקצוות החדים מקופלים כלפי מטה כדי למנוע נזק לבעלי החיים.
   הערה: מחיצות הרשת ניתנות לשימוש חוזר ויש לנקות אותן היטב בין השימושים עם מים חמים וסבון, ולאחר מכן ריסוס באתנול 70%.
3. הציבו את המצלמות על חצובות והכינו את מערכת ההקלטה.
   הערה: מומלץ להשתמש בתוכנת ניהול וידאו. הקלטות אלה גורמות לקבצי .mp4 שנאגדים אוטומטית למקטעים של שעה אחת.
4. התאם את ההגדרות להקלטה רציפה.
   הערה: הגדרות מומלצות נוספות הן רזולוציה של 1920 x 1080 ו- 30 מסגרות לשנייה.
5. הגדר את קבצי .mp4 המתקבלים להתחלק למקטעים של שעה אחת אם לא נעשה באופן אוטומטי על ידי תוכנת ניהול וידאו.
6. אם אתה מנתח את תקופת כיבוי האורות, השתמש בתאורת אינפרא אדום.
   הערה: כדי להפחית את סנוור ההקלטה בצד הכלוב, מומלץ להשבית את האינפרא-אדום (IR) מהמצלמה. במקום זאת, השתמש בזרקורים IR בחדר במהלך הקלטת שלב החשיכה.

2. פרדיגמת מצע וקינון מוגבלת (LBN)

1. זוג 1-4 נקבות עם מגדל זכר יחיד.
   הערה: הגיל המומלץ לזיווג הראשון בנקבות ניסוי הוא P75. שימוש בנקבות אפסיות הוא אידיאלי, אך במצבים שבהם הדבר אינו אפשרי, כגון עם קווי עכברים טרנסגניים יקרי ערך, נקבות מרובות יכולות להמשיך להתרבות במשך כארבעה חודשים לאחר מכן. מומלץ, אם כי לא חובה, לבדוק אטמים בנרתיק מדי יום כדי לאשר את יום ההזדווגות (יום עוברי [E]0).
   1. ברגע שהסכרים נכנסים להריון, שמרו על הפרעות מינימליות.
      הערה: בדרך כלל ניתן לעשות שימוש חוזר בנקבות מרובות כדי לייצר עד חמש המלטות לפני ירידה בפוריות. אם נעשה שימוש חוזר בסכרים לצורך הניסוי, יש להעדיף להשתמש בהם לאותו מצב בכל פעם או רק לעבור מבקרה ל-LBN, אך לעולם לא להיפך, על מנת למנוע השפעות ארוכות טווח של LBN על הסכר.
2. ב-E17 (או אם לא נבדקו תקעים, בכל פעם שהנקבות נראות בהריון), הפרידו את הנקבות לכלוב פרספקס סטנדרטי משלהן ותנו להן קן כותנה אחד (5X5 ס"מ) לבניית קן.
   הערה: אופטימלי להעביר נקבות מופרדות לחדר שקט וקטן הרחק מחדר המושבה הראשי עם מחזור אור/חושך של 12 שעות ומינימום הפרעות מצד הצוות למערך הבקרה וה- LBN.
3. רשום את תאריך הלידה (בסביבות E19).
4. ב-P2, ספרו וסקסו את הגורים. הקצו המלטות באופן אקראי לתנאי LBN או בקרה (אם זו ההמלטה הראשונה של הסכר). אינטראקציה זו עם הגורים צריכה להסתיים בין שעה ל -4 שעות לאחר שהאורות נדלקים.
   1. הכניסו את הגורים בזהירות לכלוב חדש ונקי למיון לפי מין. המרחק האנוגניטלי בין פי הטבעת לאיברי המין גדול יותר אצל זכרים מאשר אצל נקבות וניתן להשתמש בו כמזהה.
   2. הפרידו זכרים ונקבות לקבוצות כדי לספור אותם.
   3. גורים גורים עם יותר מ-8 גורים ומשליכים המלטות עם פחות מ-4. גודל ההמלטה האופטימלי הוא 4-8 גורים, מכיוון שכל דבר מחוץ לטווח זה יכול להפריע לחלוקת הטיפול האימהי במהלך המחקר.
      הערה: המשתנים שיכולים להיות מושפעים עקב גודל ההמלטה הם משקל הגור, הזדמנות האכלה ואינטראקציות בין האם לגור, שעלולות לבלבל את הניסוי. באופן אידיאלי, עכברים לא יטופחו בהצלבה מכיוון שיש להם סיכוי נמוך יותר לשרוד מאשר חולדות.
5. הגדר את תנאי הבקרה וה- LBN כפי שמוצג באיור 1.
   1. בקרה: השתמש בכלוב קופסת נעליים עכבר בגודל סטנדרטי (19.4 ס"מ x 13.0 ס"מ x 38.1 ס"מ) עם ~ 220 גרם של מצעי קלחי תירס (בהתאם למידות הכלוב, מכוון לגובה ~ 1 ס"מ) וקן כותנה מרובע סטנדרטי אחד (5 x 5 ס"מ).
      1. כדי לעזור לעכברים להתאקלם בסביבה לא מוכרת זו, הניחו את אחת מכדורי הצואה שלהם מהכלוב הישן בכל פינה של הכלוב החדש. בנוסף, הניחו כמות קטנה (בגודל אגורה) של קן כותנה משומש מהכלוב הקודם מעל הקן החדש.
   2. LBN: הניחו את מחיצת הרשת שהוכנה בעבר בכלוב קופסת נעליים סטנדרטי עם ~110 גרם מצע קלחי תירס (מכוון לגובה ~0.5 ס"מ). הרשת אמורה למנוע מגע ישיר בין העכברים למצע קלחי התירס.
      1. לבסוף, להוסיף חצי ריבוע כותנה nestlet (2.5 x 5 ס"מ). חזור על כל השלבים לעיל כדי לסייע בהתאקלמות.
         הערה: מומלץ להחזיק כלובי קופסאות נעליים על מתלים סטנדרטיים שאינם מאווררים מכיוון שהוכח כי מערך זה שקט ואינו גורם להיפותרמיה בגורים המגודלים בכלובי LBN²¹. עם זאת, זה לא יכול להיות המקרה עם זרימת האוויר המוגברת בכלובים מאווררים; לכן, חוקרים צריכים למדוד את רמות הרעש ואת טמפרטורות הליבה של גורים במערכת שלהם אם הם משתמשים בכלובים מאווררים.
6. הוסיפו את הגורים לכלוב המיועד להם והניחו אותם על גבי הקן. לאחר מכן, הניחו את הסכר בכלוב מול הגורים, מכיוון שזה יעזור לה להבחין שהם נוכחים מהר יותר. ודא כי מספיק מזון ומים כלולים לפחות 8 ימים כדי למנוע הפרעה לכלוב עד סוף הניסוי ב P10.
7. הניחו מצלמה על חצובה מול הכלוב, ואפשרו מבט צדדי ברור על הסכר ועל הגורים שלו. לחלופין, מקם מראות סביב הכלוב כדי לצלם טוב יותר את כל הזוויות. למרות שיש לנתח רק שעה אחת של הקלטת וידאו ביום, המצלמה מוגדרת להקליט ברציפות 24/7 במהלך הניסוי, כך שניתן יהיה לפקח על הפרעות.
   הערה: עכברים ניתן לצפות גם באופן אישי, ואת ההתנהגות האימהית ניתן להבקיע ביד, אם כי עדיף להקליט וידאו כדי למנוע הפרעות עקב נוכחותו של הנסיין בחדר. אם נעשה שימוש במתלים מאווררים, ייתכן שיהיה צורך להשתמש בהליך שונה כדי לארגן מצלמות להקלטת טיפול אימהי מזה המתואר כאן.
8. בבוקר P10, החזירו את כל בעלי החיים לתנאי כלוב סטנדרטיים (זהים באופן אידיאלי למצב הבקרה לעיל) ושקלו את הגורים.
9. התייחסו לכל הגורים באותו אופן ונגמלו ב-P21 לקבוצות של 2-5 בני אותו מין.
   הערה: השתדלו לשכן יחד צאצאים חד-מיניים במידת האפשר, אך במידת הצורך, לשכן יחד צאצאים חד-מיניים מהמלטות שונות באותו מצב. מומלץ להימנע מבקרת דיור ומצאצאי LBN יחד (ראו Yang et al. להשפעת הרכב הקגמט על פנוטיפים התנהגותיים²²).

איור 1: דוגמה להגדרת כלוב. הכלוב בצד שמאל של התמונה מציג כלוב בקרה סטנדרטי (CTL) המכיל כמות מלאה של מצעים ומיקום מלא. הכלוב בצד ימין מציג מערך מצעים וקינון מוגבל (LBN) עם מחצית מכמות המצעים, חצי קינון ומחיצת רשת להפרדת בעלי החיים מהמצעים. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.

3. ניקוד התנהגות אימהית

1. למרות הקלטות רציפות נאספים בהגדרה זו, לנתח רק 1 שעה מ P3 ל P6. מומלץ לנתח סרטונים שצולמו לא לפני שעה לאחר החלפת האורות כדי לאפשר התרגלות ולנתח סרטונים מזמן קבוע בכל יום.
   הערה: התקופה שבין P3 ל- P6 מכילה בדרך כלל את ההבדלים הגדולים ביותר בטיפול האימהי עקב LBN; לכן, יש צורך רק לנתח בימים אלה. זמן התצפית/הקלטה המוצע מאפשר ללכוד את הפעילות לאחר המעבר מהמחזור הפעיל ללא פעיל או להיפך. עם זאת, השלב הלא פעיל הוא השלב שבו הסכר הוא בעל הסבירות הגבוהה ביותר לעסוק בטיפול אימהי, והוכח בעבר כי הוא מכיל את ההבדלים הקבוצתיים הגדולים ביותר בהתנהגות האימהית³.
   הערה: צלם הקלטות P2 מאוחר יותר מאשר בימים אחרים מכיוון שעכברים זקוקים לפחות שעה אחת כדי להתרגל לשינוי הכלוב. אלא אם כן מדובר במשתנה מעניין, השליכו את היום הזה מהניתוח.
2. ציון כל ההתנהגויות כפי שהן מוצגות בטבלה 1. בדרך כלל, התנהגויות מקבלות ניקוד במשך 50 הדקות הראשונות לאחר תחילת זמן איסוף הנתונים.
   הערה: ניתן לעשות זאת ביד או באופן אלקטרוני באמצעות התוכנה האינטראקטיבית Behavioral Observation Research (BORIS, תוכנת קוד פתוח), או סוג דומה של תוכנה. ההוראות להלן הן לניקוד ידני וניתן להתאים אותן לכל תוכנה שתבחר.
3. בטבלה מודפסת, רשום את ההתנהגות שנצפתה באמצעות הקיצור, שעת ההתחלה ומשך ההתקף וכל הערות תיאוריות. לדוגמה, אם הסכר יונק באופן פעיל ולאחר מכן עוזב את הקן אך הגורים עדיין מחוברים אליו, ציין זאת כ- AN, ואחריו O. תיאור הגורים (וכמה) שעדיין מחוברים צריך להישמר כפתק בצד למקרה שיהיה צורך בכך מאוחר יותר.
   הערה: כל התנהגות שאורכה פחות מ-3 שניות אינה מנותחת. כלל זה מסייע לסנן התנהגויות רגעיות עקב הפרעות חיצוניות, כגון רעש סביבתי. חריגה נעשית כאשר יש הפרעה נראית לעין להתקף AN (כגון על ידי תנועה גדולה או מתיחה) המתחדשת במהירות. במקרה זה, ההתנהגות שצוינה היא AN, ואחריה N-AN, כמתואר בטבלה 1.
4. במקרה של התנהגויות מרובות המתרחשות בבת אחת, רשום את ההתנהגות הפעילה ביותר. דוגמה לכך היא אם הסכר הוא סיעוד נמוך אבל מאוחר יותר מתחיל ליקוק וטיפוח, הנקה נמוכה הוא ציין להפסיק, ואת ההתנהגות הבאה יש לסמן כמו LG עם הערה כי זה קרה במהלך LN.

סוג ההתנהגות		קיצור	תיאור
ליקוק / טיפוח		LG	הסכר עוסק בליקוק/טיפוח הגורים שלה.
סיעוד פעיל		א	הסכר יונק את הגורים שלה בעמידה, בעוד גבה מקושת.
סיעוד פעיל חדש		נ-אן	התנהגות זו משמשת במיוחד כאשר הסכר קטע את הסיעוד, אך מתחדש במהירות. זהו חריג לכלל 3s.
סיעוד נמוך		ל.נ.	הסכר יונק באופן פעיל את הגורים שלה, אבל הגב שלה נמוך או כמעט שטוח. אופן פעולה זה בדרך כלל עוקב אחר AN לאחר פרק זמן מסוים.
סיעוד צד		ס"נ	הסכר שוכב על צדה בעת הנקה (הידוע גם בשם סיעוד פסיבי).
מחוץ לקן		O	הסכר לא נמצא על הקן, והיא לא אוכלת/שותה. ניתן לראות זאת כשהיא מסתובבת בכלוב או חוקרת.
אכילה/שתייה		E	הסכר נמצא מחוץ לקן לאכול או לשתות.
טיפוח עצמי		SG	הסכר מטפח את עצמה.
נשיאת גורים		C	הסכר נושא את הגורים, בדרך כלל כדי להעביר אותם בחזרה לקן.
בניין קן		נ.ב.	הסכר בונה או מעביר את הקן באופן פעיל.
מעבר לקן		M	הסכר נע על הקן. זה מציג את הסכר אינטראקציה עם הגורים בצורה שונה LG או כל סוג של הנקה, כגון רחרוח, גידול, או דריכה על הגורים.

טבלה 1: תיאור התנהגויות הטיפול של האם.

4. ניתוח נתוני התנהגות אימהית

1. חבר את תוצאות הניקוד לגיליון אלקטרוני.
2. אם הסרטונים נותחו באופן אלקטרוני, מחק את ההתנהגויות עם התקפים קצרים מ- 3 שניות, כמתואר בשלב 3.
3. חשב את אורך ההתקף הממוצע, התדירות הממוצעת ומשך הזמן הכולל של ליקוק וטיפוח עבור כל יום של תצפית.
   הערה: ניתן לבצע סטטיסטיקה תיאורית על כל אחת מההתנהגויות שדורגו, אך ליקוק וטיפוח יציגו בדרך כלל את השיבוש הבולט ביותר במונחים של פיצול על ידי LBN (כלומר, התקפים קצרים ותכופים יותר). משתנים אלה יכולים להיות מנותחים כממוצע על פני P3-P6, או כמדדים חוזרים ונשנים ביום כדי לחפש שינויים לאורך זמן אם זה מעניין.

5. חישוב אנטרופיה

הערה: אנטרופיה, או בלתי צפויה, של התנהגויות טיפול אימהיות מחושבת על בסיס השיטה המוצעת על ידי Vegetabile et ^al.23. שיטה זו מבוססת על ההנחה שהתנהגויות הטיפול האימהי פועלות כשרשרת מרקוב, שניתן להשתמש בה כדי להעריך את שיעור האנטרופיה של רצף התנהגותי. רצף ההתנהגויות של כל סכר מאופיין באמצעות מטריצת המעבר האמפירית

ij> _{i,j = 1... 7} של הסתברויות מותנות למעבר מהתנהגות אחת (i) להתנהגות אחרת (j), ושיעור האנטרופיה מחושב מזה כמתואר^{לעיל 3,23} וכדלקמן:

כאשר p_ij היא ההסתברות המותנית שהתנהגות j נצפית לאחר שנצפתה סכר מבצעת התנהגות i, π_i היא התדירות שבה נצפתה התנהגות i, ו-M (=7) היא המספר הכולל של התנהגויות שונות. הקורא מופנה אל Vegetabile et ^al.23 לדיון ביסודות התיאורטיים של המשוואות; כאן, המוקד הוא על איך ליישם את השיטה במודל LBN.

1. כדי לחשב זאת, סדר את הפורמט הדרוש לניתוח.
   1. שלב AN, LN, SN ו- N-AN למשתנה יחיד בשם N על ידי חיבור הזמנים יחד, מכיוון שכולם כרוכים בסיעוד.
      הערה: עיין בטבלה 1 לתיאור התנהגויות הטיפול של האם.
   2. הוסף את ההתנהגויות שאינן קשורות להתנהגויות המכוונות על ידי עצמו או גורים (M ו- O) ל- O.
   3. הזן LG, E, SG, C ו- NB בנפרד כדי לגרום ל- 7 התנהגויות בסך הכל.
2. צור גיליון אלקטרוני עם עמודות לפי סדר זה: מזהה עכבר, מזהה חול, המלטה #, טיפול, יום, שעה, התנהגות ומצב.
   1. במזהה העכבר, הוסף את קו העכבר / גנוטיפ של הסכר.
   2. במזהה המלטה, השתמש במזהה הסכר ואחריו במספר ההמלטה.
   3. בהמלטה #, ציין את מספר ההמלטות שהיו לסכר.
   4. יש לוודא כי הטיפול הוא LBN או בקרה, בהתאם לתנאים בהם הושמו בעלי החיים.
   5. ציין את היום כיום המתאים לאחר הלידה שניתח.
   6. ציין את השעה כחותמת הזמן בסרטון כאשר ההתנהגות התחילה והסתיימה (יחסית לתחילת ההקלטה).
   7. בחר את אופן הפעולה מתוך שבע המתוארות קודם לכן (N, O, LG, E, SG, C ו- NB) (טבלה 1).
   8. סמן את שני סוגי הסטטוסים, START ו- STOP. לכן, כל התנהגות תופיע פעמיים; הסימון הראשון מסמן את ההתחלה, והשני מסמן את העצירה.
3. בעקבות פורמט זה, כלול את המידע של כל הימים שנותחו.
4. בסביבת R, יבא את ערכות הנתונים שעוצבו כמתואר לעיל.
5. התקן את החבילות הזמינות ב- https://github.com/bvegetabile/entropyRate.
   הערה: הפעלת קוד זה יוצרת תיקיה בשם LBN; ללא קשר לתנאי, תיקיה זו מכילה את האנטרופיה המחושבת. בנוסף, האנטרופיה של כל יום יכולה להיות ממוצעת על ידי הנבדק עבור P3-P6 ולהשוות בין תנאים.

תוצאות

התוצאות המייצגות מראות כיצד ELA, שנכפה על ידי סביבה ענייה בכלובי LBN, משפיע על הטיפול האימהי מסכרים ועל התוצאות הפיזיולוגיות של הצאצאים. האנטרופיה היומית בהתנהגות הטיפול האימהי גבוהה יותר ב- LBN על פני ימים P3-P6 (F_1,58 = 7.21, p = 0.0094; איור 2A), וכן האנטרופיה הממוצעת של כל סכר מתקופת זמן זו (t₁₅ = 3.03, p = 0.0085; איור 2B). יש לציין כי אין הבדל משמעותי בשיעור האנטרופיה הממוצע בין המלטות שונות מאותו סכר כאשר הן נשמרות באותה קבוצת טיפול (F_1.699,4.247 = 0.57, p = 0.58; איור 2C), מה שמרמז על כך שקצב האנטרופיה עשוי להיות תכונה יציבה למדי עבור כל סכר. בין כל ההתנהגויות, ליקוק וטיפוח הוא זה שהוכח כמקוטע ביותר על ידי LBN³. סכרי LBN מציגים תדירות גבוהה יותר של ליקוק וטיפוח הגורים שלהם (LG) (t₁₆ = 4.04, p = 0.0010; איור 2D) ובהתקפים קצרים יותר (t₁₆ = 3.25, p = 0.0050; איור 2E). עם זאת, אין הבדל משמעותי במשך הכולל של LG בין סכרי הבקרה לסכרי LBN (t₁₆ = 1.52, p = 0.15; איור 2F).

איור 2: ניתוח התנהגות אימהית. (A) שיעור האנטרופיה היומי גבוה יותר בסכרי מצע וקינון מוגבלים (LBN) לעומת בקרה (CTL) כפי שנותח על ידי מודל האפקטים המעורבים (F_1,58 = 7.21, p = 0.0094). (B) שיעור האנטרופיה הממוצע גבוה יותר בסכרי LBN לעומת CTL (t₁₅ = 3.03, p = 0.0085). (C) שיעור האנטרופיה הממוצע (P3-P6) אינו שונה באופן משמעותי בין מספר המלטות בתוך אותו סכר כאשר הוא נשמר באותה קבוצת טיפול (F_1.699,4.247 = 0.57, p = 0.58). כל קו מייצג סכר יחיד. (D) התדירות המצטברת של אירועי ליקוק וטיפוח (LG) גבוהה יותר עבור סכרי LG לעומת CTL (t₁₆ = 4.04, p = 0.0010). (E) אורך ההתקף הממוצע של LG קצר יותר עבור סכרי LG לעומת CTL (t₁₆ = 3.25, p = 0.0050). (F) הזמן המצטבר המושקע ב- LG אינו שונה באופן משמעותי עקב LBN (t₁₆ = 1.52, p = 0.15). הנתונים הם ממוצעים ± SEM, * p < 0.05. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.

גורים שגודלו בתנאי LBN קטנים משמעותית ב-P10 (t₆₁ = 6.30, p < 0.0001; איור 3A). הבדל זה נמשך בדרך כלל בגיל הגמילה (t₆₂ = 6.29, p = <0.0001; איור 3B) אבל הוא כבר לא נצפה על ידי בגרות (t₃₈ = 1.08, p = 0.29; איור 3C). עם זאת, רמות הקורטיקוסטרון מוגברות בתחילת הבגרות (t_18.79 = 2.23, p = 0.038; איור 3D), מה שמרמז על השפעות פיזיולוגיות מתמשכות של LBN. אלה הם ההבדלים הצפויים במערך ניסיוני מוצלח. במקרה של מערך תת-אופטימלי, הערכים של אורך התקף LG, אנטרופיה ומשקלי גורים עשויים שלא להציג הבדלים, ככל הנראה בשל קבוצת "ביקורת" לחוצה. לצורך מאמר זה, המין קרס בעת ניתוח תוצאות הצאצאים מכיוון שהבדלים בין המינים אינם נצפים בדרך כלל בתוצאות הפיזיולוגיות המתוארות כאן; עם זאת, הבדלים בין המינים בסוגים אחרים של תוצאות, כגון התנהגות קוגניטיבית ורגשית, מדווחים בדרך כלל במודל זה ויש לחקור אותם עוד⁴.

איור 3: תוצאות הצאצאים. (A) מצע וקינון מוגבלים (LBN) מפחיתים את משקל הגור הנמדד ב-P10, ממש לפני החזרה לכלובים סטנדרטיים (t₆₁ = 6.30, p < 0.0001). (B) המשקל עדיין יורד על ידי LBN בגיל הגמילה (t₆₂ = 6.29, p < 0.0001). (C) משקל מבוגר כבר לא שונה בגלל LBN (t₃₈ = 1.08, p = 0.29). (D) הריכוז הבסיסי של קורטיקוסטרון בבגרות מוגבר על ידי LBN, כפי שנותח על ידי מבחן t של וולש (t_18.79 = 2.23, p = 0.038). עבור כל הגרפים, נקבות מוצגות עם עיגולים וזכרים עם משולשים. הנתונים הם ממוצעים ± SEM, *p < 0.05. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.

דיון

מאמר זה מספק פרוטוקול מפורט ליישום מודל LBN בעכברים. מודל זה הוא כלי חשוב להבנת האופן שבו צורה אתולוגית ותרגומית רלוונטית של לחץ כרוני בראשית החיים תורמת להתפתחות הפרעות נוירופסיכיאטריות בצאצאים¹³. הוא שימושי גם לחקר התנהגות אימהית וכל שינוי במוח הסכרים מנקודת מבט מולקולרית, נוירואנדוקרינית או מעגלית²⁴. עבור שאלות מסוג זה, ריבוי עשוי להיות משתנה חשוב יותר שיש לקחת בחשבון. ראינו שציוני האנטרופיה של התנהגות אימהית נשארים עקביים על פני המלטות מרובות באותו סכר (איור 2C), מה שמרמז על כך שאנטרופיה עשויה להיות תכונה יציבה למדי עבור כל סכר. ממצא זה עשוי להצדיק את השימוש בנקבות עכברים מרובות כאשר לא ניתן להשתמש רק בנקבות ריקות, כמו במקרה של עכברים טרנסגניים יקרים או נדירים. בשל ההשפעות הבלתי מכוונות האפשריות של ריבוי על משתנים אחרים (למשל, סביבה תוך רחמית), מומלץ לנסיין לבצע בקרה סטטיסטית על השימוש בנקבות מרובות משתתפים במהלך ניתוח הנתונים.

חשוב לציין כי מודל זה רגיש מאוד להפרעות סביבתיות. גורמים רבים יכולים לשבש את בעלי החיים, לגרום לבעיות ולתוצאות לא אופטימליות, כגון הצפה בכלוב או רעשים חזקים כגון מבנייה סמוכה. בדרך כלל, הפרעות אלה יגרמו לבעלי חיים של בקרה להיכנס לסטרס, ולכן לא יהיו הבדלים בין תנאי הבקרה לתנאי ה-LBN. אינדיקטור לבעיות אלה עשוי להיות משקלים דומים בגורי בקרה ו-LBN ב-P10 וערכי אנטרופיה דומים בהתנהגות הטיפול של האם. בשל כך, המערך האידיאלי הוא חדר טיפול ליולדות המשמש רק למטרה זו, שקט ומרוחק מהמושבה ומשאר אנשי המעבדה. הפרעות יכולות גם להוביל לקניבליזם של גורים, במיוחד בסכרים צעירים יותר מ-P75. הסיכון לאבד גורים לקניבליזם נמוך יותר בסכרים לאחר P75 ולעתים קרובות לאחר ההמלטה הראשונה. גרסה חלופית של שיטה זו מעבירה את תזמון המניפולציה הניסיונית ל-P4-P11 על מנת להפחית את הסיכון לקניבליזם עוד יותר^25,26; למרות שזה לא הכרחי בתנאי המעבדה הנוכחיים. גרסה אחרת של LBN אינה משתמשת במחיצת רשת אך עדיין מגבילה את כמות המצע וחומר הקינון לכל התקופה שלפני הגמילה²⁷. חשוב לציין כי שינוי ציר הזמן עשוי להוביל לתוצאות שונות, כגון התנהגות אימהית פוגענית, אשר עשויה, בתורה, לגרום לתוצאות צאצאים שונות, כגון התנהגויות דמויות חרדה^25,28. בעיות נפוצות אחרות כוללות אובדן נתוני התנהגות אימהיים בגלל זווית המצלמה וגודל הקן הגדול; כדי לסייע בכך, מומלץ להציב מראה בחלק האחורי של הכלוב ולהקפיד לספק רק קן אחד בתנאי הבקרה על מנת למנוע מהקן להיות גדול מדי ולהסתיר את הגורים מהמצלמה. לבסוף, חשוב לוודא שהרשת מתאימה כראוי לכלוב כדי למנוע מהגורים להיתקע או להיפגע.

היתרון של מודל LBN הוא שהוא מותאם אישית בקלות ומשולב עם גורמים ניסיוניים אחרים. דוגמאות למשתנים שניתן להוסיף לפרוטוקול זה הם דיאטה^29,30, אתגרים חיסוניים^30,31, קווים טרנסגניים שונים^32,33 וכימוגנטיקה¹⁹. יתר על כן, גרסאות מסוימות של מודל זה משתמשות במסגרת זמן P10-P17 ומשלבות אותה עם הפרדה אימהית (MS)34,35,36. פרדיגמה זו הותאמה גם כגורם לחץ טרום לידתי, שבו סכרים שוכנים בסביבת LBN מ-E14 עד E19^37,38, אך הגורים לעולם אינם נחשפים ישירות ללחץ. לבסוף, חלק מהמחקרים משתמשים במודל של שתי פגיעות הכולל ELA בשילוב עם מבחני מאמץ שונים על הצאצאים כאשר הם מגיעים לבגרות^19,39.

אחת המגבלות של שיטה זו היא שאין לה תפוקה גבוהה. כמות הנתונים שהוא מייצר מוגבלת על ידי מספר המצלמות והשטח הזמין בו זמנית, אם כי ההמלטות יכולות בקלות להיות מדשדשות לאורך זמן. הניקוד הידני של התנהגות אימהית גוזל זמן רב במיוחד ועשוי להציג הטיית צופה, אך ניקוד אוטומטי מפותח כיום⁴⁰, הודות להופעתן של גישות מבוססות למידת מכונה. אם הנתונים מקבלים ניקוד ידני, מומלץ שאותו אדם ייתן ניקוד לכל הסרטונים עבור ניסוי אחד על מנת להקטין את השונות בין הצופים. מגבלה נוספת היא שמודל זה מיועד למכרסמים המסתמכים בעיקר על טיפול אימהי, מה שמקשה על חקר הטיפול הדו-הורי. עם זאת, קבוצות מסוימות אימצו חסך אבהי כחלופה לטרשת נפוצה במינים דו-הוריים כגון עכבר קליפורניה ^41,42, כך שניתן להעלות על הדעת כי LBN יכול להיות מותאם גם עבור מינים אלה.

מלבד LBN, הפרדה אימהית היא המודל השני הבולט ביותר עבור ELA, מכיוון שצורות אחרות של לחץ המופעלות אצל מבוגרים (כלומר, לחץ ריסון) אינן רלוונטיות מבחינה אתולוגית ואינן משפיעות על גורים באותו אופן. LBN שונה מטרשת נפוצה משום שהיא צורה של לחץ כרוני הגורמת להתנהגות אימהית מקוטעת ובלתי צפויה, בעוד שבטרשת נפוצה, החסך הוא לסירוגין ומתרחש בדרך כלל בשעות צפויות בכל יום⁴³. באופן מעניין, שני המודלים יכולים לגרום לשינויים בציר HPA ולהתנהגויות דמויות דיכאון במכרסמים, אם כי LBN עשוי להיות פרוטוקול ניתן לשחזור יותר עם פחות אינטראקציה עם נסיינים ועקביות גבוהה יותר במעבדות 1,11,13,16. למרות שפרוטוקול זה שימושי במיתון מקורות מסוימים של שונות (כגון הקשורים לנסיינים), היבטים אחרים כמו הבדלים במתקני בעלי חיים, מוצא בעלי החיים או זן יכולים להשפיע על התוצאות. לדוגמה, ידוע שלעכברי BALB/c יש תגובה בולטת יותר ללחץ ריסון כרוני והם עשויים להיות רגישים באופן דיפרנציאלי ל- ELA מאשר C57BL/6J^27,44.

לסיכום, מודל LBN משתמש בסביבה דלת משאבים עם טיפול אימהי בלתי צפוי והוא גישה שימושית להבנת האופן שבו לחץ בתחילת החיים משפיע על מגוון רחב של תהליכים, כגון הסתגלות פיזיולוגית ללחץ, התנהגות אימהית והתפתחות המוח. יש לציין כי מודל זה שימש כדי להבין כיצד ומדוע ELA הוא גורם סיכון להפרעות נוירופסיכיאטריות 1,5,9,12. בעתיד, השימוש ב- LBN ישפר את הבנתנו את הבסיס הביולוגי של הפרעות נפשיות ופיזיות כאחד ויעזור להבהיר מטרות טיפוליות חדשות לטיפול בהשפעות הלחץ במהלך התקופה הפרינטלית הרגישה.

חומרים

רשימת החומרים שנעשה בהם שימוש במאמר זה

שם	חברה	מספר קטלוג	הערות
2 אינץ' 4 מגה פיקסל 4x זום IR מיני PT כיפה מצלמת רשת	Hikvision	DS-2DE2A404IW-DE3(S6)
Amazon Basics אלומיניום אור צילום חצובה מעמד עם נרתיק - חבילה של 2, 2.8 - 6.7 רגל, 3.66 פאונד, שחור	אמזון		מאמזון
כחול איריס	כחול איריס אבטחה		תוכנה
אופציונלית לניהול וידאוCAMVATE 1/4 "-20 ראש כדור מיני עם תושבת תקרה לטלוויזיה במעגל סגור & תושבת צגי קיר וידאו - 1991	Camvate
ממצעי קלחי תירס	מחלק רשת Andersons	4B
Cotton Nestlet	Ancare	NES3600
McNICHOLS	4700313244	Standard, אלומיניום, סגסוגת 3003-H14, 3/16 אינץ' מס' .032 תקן (מוגבה), 70% שטח פתוח
Tendelux DI20 IR Illuminator	Tendelux		מ אמזון