Esplorazione oggetto romanzo come un test Potenziale di ordine superiore ripetitivi comportamenti nei topi

Sommario

I comportamenti ristretti e ripetitivi (RRB) di ordine superiore sconvolgono la vita degli individui colpiti. Questi comportamenti sono difficili da modellare nei roditori, rendendo difficile la ricerca biomedica di base su potenziali trattamenti o interventi per gli RRB. Qui descriviamo l'esplorazione di nuovi oggetti come un potenziale saggio per RRB di ordine superiore nei topi.

Abstract

I comportamenti ristretti e ripetitivi (RRB) sono una caratteristica fondamentale del disturbo dello spettro autistico (ASD) e sconvolgono la vita degli individui colpiti. Gli RRB sono comunemente suddivisi in componenti di ordine inferiore e di ordine superiore, con RRB di ordine inferiore costituiti da stereotipie motorie e RRB di ordine superiore costituiti da comportamenti perseverativi e di sequenziamento. Gli RRB di ordine superiore sono difficili da modellare nei topi. Gli attuali saggi per gli RRB nei topi si concentrano principalmente sui componenti di ordine inferiore, rendendo difficile la ricerca biomedica di base su potenziali trattamenti o interventi per RRB di ordine superiore. Qui descriviamo un nuovo saggio, una nuova esplorazione di oggetti. Questo test utilizza un'arena di base in campo aperto con quattro nuovi oggetti posizionati lungo il perimetro. Il topo di prova può esplorare liberamente l'arena e viene registrato l'ordine in cui il topo indaga sui nuovi oggetti. Da questi dati, è possibile identificare sequenze di esplorazione modellate, così come l'oggetto preferito per ciascun topo. I dati rappresentativi condivisi qui e i risultati passati utilizzando il nuovo saggio di esplorazione degli oggetti illustrano che i ceppi di topo consanguinei dimostrano un comportamento diverso in questo test e che anche i ceppi con RRB di ordine inferiore elevati mostrano un comportamento pattern elevato. In quanto tale, il nuovo saggio di esplorazione dell'oggetto sembra possedere una buona validità apparente per RRB di ordine superiore nell'uomo e potrebbe essere un saggio prezioso per studi futuri che indagano nuove terapie per l'ASD.

Introduzione

Disturbo dello spettro autistico (ASD) è un disordine dello sviluppo neurologico composto da tre sintomi principali: riduzione di valore sociale, difficoltà a comunicare attraverso il linguaggio e comportamenti ripetitivi fantasia ^1. Dal 2000, il numero di individui che sono stati diagnosticati con ASD è aumentato da 1 a 150-1 a 68 nel giro di dieci anni ^2. Sebbene la prevalenza del disturbo continua ad aumentare, la causa della malattia non è ancora noto. C'è stato un aumento negli sforzi per individuare modelli murini appropriati per il core e sintomi associati di ASD, in quanto questi modelli potrebbero portare a una maggiore comprensione dei sintomi sottostanti e le cause di ASD. Ci sono più ceppi inbred mouse che compaiono per visualizzare i comportamenti con la faccia di validità per i sintomi principali della ASD, tra cui comportamenti ripetitivi ^3.

Limitati, comportamenti ripetitivi (RRBs) sono un sintomo di base di alcuni disturbi psichiatrici come ASD.RRBs può aumentare con la gravità del disturbo ^4, e possono drasticamente interrompere lo stile di vita degli individui affetti. RRBs sono in genere presenti in due categorie, di ordine inferiore comportamenti ripetitivi, che negli esseri umani consistono in azioni come dondolo e mano-sbattimento; e di ordine superiore comportamenti ripetitivi, che consistono di stretta aderenza alla routine e resistenza al cambiamento ^5-8.

Comportamenti ripetitivi di ordine inferiore sono stati ampiamente studiati nei roditori in cui si manifestano come stereotipie motorie, che possono essere facilmente osservabili nella creazione di un laboratorio ^9. Questi comportamenti sembrano avere una buona validità viso per RRBs negli esseri umani, e potenzialmente forte validità di costrutto e ^10. Test per la presenza di RRBs di ordine inferiore può essere completato attraverso il monitoraggio video di attività del mouse per studiare i periodi e la durata di queste stereotipie motorie ^11. ordine superiore comportamenti ripetitivi rappresentano una sfida per la ri biomedica di basela ricerca utilizzando i roditori, in quanto questi RRBs non sono così facilmente identificati attraverso la semplice osservazione. A causa della difficoltà nell'identificare questi comportamenti, esistono meno saggi stabilite per ordine superiore comportamento ripetitivo. Tradizionalmente, RRBs di ordine superiore sono stati misurati nei roditori utilizzando un paradigma labirinto in cui l'animale prova è addestrato per raggiungere competenza in fuga. La posizione di fuga è poi passato e il numero di prove necessarie per ri-imparare la posizione di fuga viene registrata ^12. Questi test non sono l'ideale in quanto richiedono un lungo periodo di formazione, spesso inducono ansia, e può portare a risultati molto variabili. L'esplorazione del foro di bordo è stato anche utilizzato per quantificare ordine superiore RRBs ^13,14. Questo approccio non richiede allenamenti lunghi, ma non si basano su motivazioni alimenti e / o di discriminazione olfattiva. I dosaggi più elevati per RRBs ordine che non sono ansiogeno o richiedono una formazione sarebbe un buon complemento per il repertorio esistente di foro di bordo exploratio n e saggi labirinto-based attualmente in uso.

Il C58 / J (C58) inbred ceppo di topi esemplifica fortemente alti livelli di comportamenti stereotipi associati con ASD, cioè ripetitivo, stereotipie motorie ad inutili e livelli elevati di auto-governare ^3,11. Inoltre, i topi C58 mostrano RRBs attraverso elevati livelli di allevamento, di nuovo lanciando e raspando ^11,14,16. Questo ceppo inizia mostrando questi comportamenti in anticipo nel periodo neonatale e continua a mostrare loro tutta l'età adulta. L'ideale sarebbe poter verificare la presenza di elevati ordine superiore RRBs integrare le RRBs ordine inferiore ben documentati presenti in questo ceppo così come altri ceppi di topi. Il saggio oggetto di esplorazione romanzo qui descritto prevede la possibilità per i ricercatori di osservare di ordine inferiore e RRBs di ordine superiore allo stesso tempo, in quanto dà la possibilità di misurare i comportamenti a motivi geometrici e stereotipie motorie ripetitive.

e_content "> Uso esplorazione oggetto romanzo come un saggio per ordine superiore comportamenti ripetitivi stato sviluppato da Pearson et al. ^17. Questa nuova valutazione è un'estensione del consolidata test a campo aperto ^18-21 con l'aggiunta di quattro oggetti innovativi per l'arena. i topi sono stati autorizzati a indagare liberamente questi oggetti non familiari e il numero e l'ordine delle indagini oggetto è stato rintracciato. le indagini degli oggetti sono stati poi analizzati per la presenza di modelli, con i topi BTBR visualizzare i numeri elevati di indagini fantasia tra gli oggetti. l'utilizzo di questo test, i topi in grado di visualizzare di ordine superiore comportamenti ripetitivi e fantasia, eliminando la necessità di imparare i comportamenti così come la rimozione di stimoli inutili. esplorazione oggetto Novel induce RRBs di ordine superiore, in quanto consente ai topi di creare schemi e sequenze forma attraverso la loro esplorazione naturale . Usando questo test permette al ricercatore di quantificare la presenza di questi RRBs di ordine superiore.

Pearson et al. sviluppato questo saggio e utilizzato per verificare la presenza di eventuali comportamenti ripetitivi ordine superiore nella BTBR ceppo inbred mouse, con risultati interessanti ^17. Abbiamo recentemente pubblicato uno studio di follow-up a guardare i comportamenti del C58, C57BL / 6J (C57) e / NJ (FVB) ceppi FVB, così come un esame più dettagliato in potenziali variabili confondenti presenti in questo saggio, e possibile approcci statistici per l'analisi dei dati generati ^22.

Protocollo

Il protocollo qui descritto è stato approvato dal Comitato Istituzionale cura e l'uso degli animali presso l'Università di Redlands. I topi C58, C57, e FVB utilizzati in questi studi sono stati allevati presso l'Università di Redlands Vivarium a magazzino originariamente ottenuto dalla Jackson Laboratory (Bar Harbor, ME). Sentinelle di questo vivaio sono stati sottoposti a screening ogni sei mesi e hanno trovato ad essere patogeno libero.

1. Le attrezzature e Camera Set Up

Nota: Abbiamo usato due arene diverse per i test oggetto romanzo: una gabbia rettangolare di plastica trasparente (45 cm x 24 cm x 20 cm) o una gabbia circolare opaco con un diametro alla base di 41 cm; Tuttavia, ogni gabbia può essere utilizzato. Pearson et al. Utilizzata una gabbia rettangolare più piccolo (20 cm x 30 cm x 20 cm) nel loro dosaggio. Dettagli da questo disegno sperimentale specifico si trovano più sotto, ma data la novità di questo saggio, non ci sono standard accettati nel campo della fenotipizzazione comportamentale per nessuna delle variabili descritte.

1. Riempire la scena test con circa ½ in di biancheria da letto di pannocchia.
2. Selezionare quattro diversi oggetti nuovi. Selezionare quattro oggetti che sono approssimativamente della stessa dimensione, costruiti in plastica ad alta densità per facilitare la pulizia e resistere masticazione e diversi tra loro per forma e colore. È importante sottolineare che, garantire che i topi di prova non siano esposti a questi oggetti prima di essere eseguito nel saggio.
   Nota: Per esempio, un mattone rosa giocattolo, una scimmia rossa, una piastrella bianca con scritta blu e un dado bianco standard sono stati utilizzati qui.
3. In campo rettangolare, inserire questi oggetti circa 3 cm dagli angoli. In ambito turno, posizionare gli oggetti in modo che siano a distanze uguali l'uno dall'altro e circa 10 cm dai lati. Registrare il posizionamento di ogni oggetto come un numero diverso, 1-4 (Figura 1). Assicurarsi che gli oggetti sono disposti in un ordine casuale o controbilanciato tutta test.
4. Posizionare una telecamera direttamente sopra la sperimentazioneArena per registrare l'intera scena durante i periodi di acclimatazione e di prova.
   Nota: Avendo investigatori nella stessa stanza con i topi sono potenzialmente in grado di influenzare i livelli di attività e di esplorazione durante il test.

2. Oggetto Novel Exploration test

1. Test all'inizio del ciclo luce in una stanza illuminata con luce fluorescente a circa 100 lux. Assicurarsi che l'illuminazione è uniforme in tutta l'arena test di standardizzare l'aspetto durante la registrazione video.
2. Inserire un notecard di dimensioni note nel fondo dell'arena test e iniziare la registrazione video.
3. Trasferire il mouse di prova in un'arena di test vuoto per 10 minuti per servire come un periodo di acclimatazione. registrare video il periodo di acclimatazione.
4. Dopo il periodo di acclimatazione, lasciare il mouse in campo, aggiungere rapidamente i quattro oggetti nuovi per l'arena di prova e registrare il comportamento del mouse per altri 10 min.
5. Una volta che le piene 20 min di acclimatazione / pe testriodo è trascorso, riportare il mouse di prova alla sua gabbia casa e pulire accuratamente e asciugare gli oggetti nuovi e test Arena con sapone per i piatti non profumato e l'acqua.

3. punteggio Video

1. Completare tutte scoring comportamento utilizzare il video per facilitare l'affidabilità.
   Nota: Il software di registrazione comportamentale Noldus The Observer è stato utilizzato per eseguire i passi ²² come descritto qui, ma un programma specializzato non è necessario:
   1. Prima di segnare il primo video, impostare il progetto schema di codifica nel software di registrazione comportamentale con la creazione di un nuovo progetto o per la modifica di un progetto simile già esistente.
      1. Nell'ambito del dialogo Imposta progetto, impostare l'acquisizione dei dati di 'non in linea di osservazione.' All'interno della scatola Comportamento Coding, il programma "Scrabble", "scavare", "allevamento", "grooming" e "Sniff oggetto 1, 2, 3 e 4" come «Stato Eventi '. Programma "salto" come un 'punto Evento'. Nota: Definiziones per questi comportamenti sono descritti in dettaglio altrove ^11.
         Nota: State Events hanno un inizio e di fine tempo, mentre il punto Eventi raccolgono semplicemente dati di conteggio. Le combinazioni di tasti per ogni comportamento discrete sono generate dal software e questi tasti corrispondenti sono programmati in una tastiera secondaria (fase 3.1.2).
      2. Per programmare la tastiera secondaria, aprire il software della tastiera, fare clic sul pulsante appropriato secondario tastiera visualizzata sullo schermo, digitare la combinazione di tasti appropriata e fare clic su OK. Una volta che la tastiera secondario è stato programmato, chiudere il software come il programma verrà eseguito in background del computer.
   2. Una volta che il progetto ed è stato istituito, utilizzare il software di registrazione del comportamento di segnare il numero e la durata delle posteriori (definiti come entrambe le zampe anteriori di essere immessi su un muro dell'arena), scava (definita come due zampe anteriori del mouse scavare nella la biancheria da letto dell'arena), l'auto-sposi (definito come il mOuse leccare qualsiasi regione del proprio corpo e / o il mouse toccare qualsiasi parte del viso con le zampe anteriori), e salti (definito come un allevamento mouse e poi saltare in modo che tutti i quattro piedi sono da terra contemporaneamente).
      1. Per segnare un video, andare su File> Apri progetto e quindi osservare> condizioni> Nuovo. Il programma richiede un nome di file. Una volta nominato, selezionare il file video di supporto appropriato.
      2. Iniziare il punteggio facendo clic sul pulsante Begin osservazione.
         Nota: Quando aver topo comportamento ripetitivo, tutti gli eventi statali richiedono due tasti, il primo corrispondente all'avvio del comportamento e il secondo corrispondente alla fine del comportamento. Point Events richiedono solo una battitura.
   3. Punteggio ottenuto il numero di volte che il mouse annusò ogni oggetto. Annusa sono definiti come ogni volta che un mouse si sposta il naso all'interno di 0,5 cm di un oggetto. Misurare la durata sniff utilizzando il software di registrazione comportamentale nello stesso modo in cui repetdurate comportamento itive sono stati misurati (fase 3.1.2).
      1. Ogni volta che un mouse annusa un oggetto, registrare il numero di posizione corrispondente, che porterà a una stringa di numeri dalla fine del periodo di prova 10 min (ad esempio 1.243.421 ...). registrare manualmente questi dati.
         Nota: Per facilitare l'efficienza e la coerenza, mentre i video di punteggio, i numeri corrispondono sempre ad una determinata posizione, non oggetto.
      2. Se un mouse annusa un oggetto, guarda lontano, poi annusa di nuovo l'oggetto, contare il numero due volte.
      3. Una volta che l'intero 10 min video è stato segnato, visualizzare i dati cliccando su Analizza> Analisi del Comportamento> Nuovo. Una volta che i dati appaiono sullo schermo, l'esportazione o copiare e incollare in un foglio a parte.
   4. Registrare la distanza totale il mouse viaggiato all'interno dell'arena durante il test.
      Nota: Il software di video tracking, calibrato per monitorare il mouse di prova e registrare la distanza totale spostato in centimetri, è stato utilizzatoper eseguire questa operazione. Tutti i video ottenuti dal software video inseguimento avevano un notecard di dimensioni note poste in campo all'inizio del video.
      1. Utilizzare il notecard per calibrare ogni video all'interno del software impostando una linea di calibrazione lungo ciascuna estremità del notecard e inserendo la lunghezza appropriata all'interno schermata di calibrazione del software. Una volta che le linee sono disegnate, immettere la lunghezza nota e la larghezza della notecard che corrispondono a ciascuna riga.
      2. In Impostazioni Arena, selezionare l'intera arena.
         Nota: aree separate del campo possono essere differenziati nel software, se, per esempio, il movimento del mouse lungo le pareti vs. attraverso il centro era di interesse.
      3. All'interno di Impostazioni di controllo di prova, selezionare una durata di dieci minuti. In Impostazioni di rilevamento, scegliere un oggetto scuro su uno sfondo chiaro.
         Nota: questo avrebbe bisogno di essere cambiato, se sono stati utilizzati topi albini o se lo sfondo è una tonalità più scura.
      4. Una volta che le impostazionisono stati programmati, segnare i video. Fai clic su Acquisizione> Apri acquisizione. Nella casella di acquisizione di controllo, fare clic su Nuovo Processo e quindi Inizia la prova. Dopo dieci minuti è trascorso, il programma si arresta ei dati possono essere visualizzati.
      5. Fai clic su Analizza> calcolare le statistiche. Una volta che i dati appaiono sullo schermo, l'esportazione o copiare e incollare in un foglio a parte.

4. Analisi statistica, Sequencing

1. All'interno della stringa di numeri corrispondenti ad oggetto indagini generati da ogni topo, identificare il numero totale di tutte le possibili combinazioni 3 cifre senza numeri di ripetizione (ad esempio 121, 123, 124 ma non 112 o 122).
   Nota: Un programma scritto in linguaggio di programmazione Python è stato utilizzato per identificare il numero di volte in cui ogni possibile sequenza appare nella stringa di numeri. Non è necessario usare un programma esterno, e questa fase potrebbe essere completato molti modi diversi (per esempio usandouna funzione Trova in Microsoft Word o Excel).
2. Registrare il numero di volte che si verifica ogni sequenza e identificare le tre sequenze più frequentemente utilizzate per ogni mouse.
   Nota: sequenze varieranno dal mouse e la sequenza reale è di minore interesse rispetto al numero di volte che è stato ripetuto una sequenza (cioè l'adesione ad un modello è più importante del modello stesso).
3. Poiché il numero totale di sequenze ripetizione di un topo sarà correlata positivamente al livello di attività, correggere questi valori dividendo la quantità di modelli più frequenti per il numero totale di modelli per ciascun topo. Ciò produrrà un indice di ripetizione sequenza che è indipendente dall'attività complessiva.
4. Confrontare il numero di volte che ciascun topo ripete le sue sequenze più comuni (corretta per il livello di attività) tra i gruppi utilizzando un ANOVA appropriata, multipla procedura di confronto (test di Dunnett, per esempio) e test post-hoc.

5. Analisi statistica, Preferenze Object

1. Utilizzando la stessa stringa di numeri generati in precedenza (passo 3.1.3.1), identificare l'oggetto preferenza romanzo ogni topo contando il numero totale di volte ogni oggetto è stato studiato, o in altre parole, contando il numero totale di 1 sec, 2 sec , 3 sec, e 4 sec nella stringa di dati. Corretto per livello di attività e confronto tramite ANOVA come descritto sopra (passi 4,3-4,4).
   Nota: Questi metodi pubblicati dal nostro laboratorio ²² e descritti qui si basano pesantemente sul Pearson et al ^17.

Risultati

I dati rappresentativi ²² mostrano che C58 femminile / topi J visualizzati un numero maggiore di modelli in sequenza rispetto agli altri ceppi in ambito turno (figura 2, pannello A), ma non in campo rettangolare (Figura 2, pannello C). Nessuno dei tre ceppi maschi differivano tra loro (figura 2, pannelli B e D). I dati rappresentativi mostrano che entrambi i topi C58 / J maschili e femminili mostrano una forte preferenza per o...

Discussione

Qui, vi presentiamo un test recentemente sviluppato che può essere utile per quantificare i comportamenti del mouse con la faccia di validità per ordine superiore comportamenti ripetitivi negli esseri umani. A differenza di dosaggi più affermati come la Barnes o T-labirinto, questo nuovo metodo di analisi oggetto di esplorazione non richiede alcuna formazione del mouse né è particolarmente provoca ansia. Inoltre, il romanzo di esplorazione oggetto non richiede alcun cibo o stimoli sociali, consentendo un più attenzione ...

Materiali

Elenco dei materiali utilizzati in questo articolo

Nome	Azienda	Numero di catalogo	Commenti
Gabbia per roditori standard in policarbonato (45 cm x 24 cm x 20 cm)			Sono auspicabili gabbie multiple per facilitare i test di più topi.
Arena di prova circolare opaca in plastica (diametro base 41 cm)	United States Plastic Corp.	13931	Le arene multiple sono desiderabili per facilitare i test di più topi.
Standard Corn-Cob Roditore Lettiera
Novel Object - scimmia rossa	Hasbro, Pawtucket RI		da Barrel of Monkeys
Novel Object - rettangolare 2 x 4 LEGO
Novel Object - piastrella	Thinkfun Inc., Alexandria VA		da Toot e Otto
Novel Object - standard bianco die
Videocamera
Software di registrazione comportamentale - The Observer	Noldus, Wageningen, Paesi Bassi,	altri programmi possono essere utilizzati
Software di tracciamento video - EthoVision	Noldus, Wageningen, Paesi Bassi,	altri programmi possono essere utilizzati
X-Keys, tastiera di input	P.I. Engineering, Williamstown MI	829484
MacroWorks II	P.I. Engineering, Williamstown MI