L'introduzione di Clicker Training come un arricchimento conoscitivo per topi di laboratorio

Sommario

Lo sviluppo di nuove strategie di raffinazione per topi da laboratorio è un compito impegnativo che contribuisce a soddisfare il principio delle 3R. Questo protocollo introduce l'addestramento con il clicker come programma di arricchimento cognitivo per topi da laboratorio.

Abstract

Stabilire nuove strategie di perfezionamento nella scienza degli animali da laboratorio è un obiettivo centrale per soddisfare i requisiti della Direttiva 2010/63/UE. Ricerche precedenti hanno determinato un profondo impatto dei protocolli di manipolazione delicata sul benessere dei topi di laboratorio. Introducendo l'addestramento con i clicker nell'allevamento dei topi, non solo promuoviamo il trattamento amichevole dei topi, ma consentiamo loro anche di sperimentare l'arricchimento cognitivo. L'addestramento con il clicker è una forma di allenamento di rinforzo positivo che utilizza un rinforzo secondario condizionato, il suono "click" di un clicker, che funge da ponte temporale tra il comportamento rafforzato e una ricompensa imminente. L'efficace implementazione del protocollo di addestramento clicker con una coorte di 12 topi consanguinei BALB/c di ciascun sesso si è rivelata semplice. I topi hanno imparato piuttosto rapidamente quando sono stati sfidati con i compiti del protocollo di addestramento con il clicker, e quasi tutti i topi addestrati hanno superato le sfide che gli sono state date (100% dei topi femmine e 83% dei topi maschi). Questo studio ha identificato che l'addestramento con il clicker per i topi è fortemente correlato alla riduzione della paura nei topi durante le interazioni uomo-topo, come dimostrato dalla riduzione dei comportamenti legati all'ansia (ad esempio, defecazione, vocalizzazione e minzione) e da un minor numero di comportamenti simili alla depressione (ad esempio, galleggiamento). Sviluppando un protocollo affidabile che può essere facilmente integrato nella routine quotidiana di allevamento dei topi da laboratorio, l'esperienza di benessere dei topi nel corso della vita può essere migliorata in modo sostanziale.

Introduzione

Lo sviluppo di nuove strategie di affinamento per i topi di laboratorio è un compito impegnativo che contribuisce alla realizzazione delle 3R (sostituzione, riduzione e perfezionamento) della scienza degli animali da laboratorio ^1. I miglioramenti nel settore della raffinazione possono ulteriormente contribuire al benessere dei milioni di animali che vengono utilizzati per scopi sperimentali. Pertanto, ricerca intensiva è necessaria nel settore. Questo è anche un obiettivo definito di direttiva 2010/63 dell'Unione Europea. Direttiva 2010/63 / UE sottolinea che l'esperienza di vita degli animali da laboratorio deve essere migliorato e che "gli stabilimenti devono istituire un programma di adattamento e addestramento adeguati agli animali, le procedure e la lunghezza del progetto" (articolo 3.7) ^2.

Animali da laboratorio possono sperimentare molte situazioni di stress mentre vengono tenuti e allevati per esperimenti. Solitamente, l'interazione tra la manodoperatopi Atory e le persone responsabili è piuttosto limitata. Pertanto, un rapporto di fiducia non può svilupparsi. Questo può suscitare maggiore ansia e stress in reazione al trattamento, che è dannoso per il comportamento e fisiologia, e quindi, il benessere degli animali di ^{3, 4, 5, 6.} Inoltre, routine eseguito le procedure di laboratorio, come la gestione generale, moderazione, e il sangue o il prelievo dei tessuti può provocare risposte allo stress, che possono essere esaminati misurando diversi parametri, come gli ormoni o comportamenti ^{7, 8} stress. E 'stato dimostrato che i programmi di trattamento possono efficacemente diminuire l'ansia verso il ricercatore in roditori da laboratorio ^{9, 10, 11.} programmi di movimentazione può quindi migliorare gli animali 'condizioni e potrebbero contribuire notevolmente al benessere degli animali ^5.

L'obiettivo di questo studio è quello di introdurre la formazione rinforzo positivo per i topi, come un programma di gestione specifica. formazione rinforzo positivo è una forma di condizionamento operante, che dà al ricercatore un mezzo per plasmare il comportamento degli animali. Quando l'animale esegue un comportamento desiderato, è seguito da uno stimolo positivo (qui, un premio alimentare). L'intenzione è che l'animale collega il premio al rispettivo comportamento. Il clicker training è una forma di formazione rinforzo positivo con un rinforzo secondario condizionata, il "click" suono di un clicker, ed è stato dimostrato per rafforzare uno specifico comportamento ^12.

Più in particolare, il suono del click funge da "ponte di tempo" tra il comportamento e il prossimo premio ^13. Il trainer scatta proprio quando l'animale esegue la desideratacomportamento, senza alcun tempo di ritardo ^14, e quindi presenta la ricompensa cibo. Questo rafforza il comportamento premiati, che sarà eseguita con una frequenza più alta. Il clicker training è ampiamente usato con gli animali da compagnia e si è fatto strada nella scienza degli animali da laboratorio, dove è stato implementato con successo con i primati non umani ^{13, 15, 16.} Come i topi imparano piuttosto rapidamente quando provocati con paradigmi condizionamento operante, l'introduzione di un secondo rinforzo non deve affaticare le loro capacità cognitive ^{5, 17, 18, 19.}

Con l'introduzione di clicker training per la tenuta dei topi, permettiamo ai topi per sperimentare l'arricchimento cognitivo. La progettazione di arricchimento conoscitivo deve consentire i topi di utilizzare le loro capacità cognitive per solve problemi e per ottenere il controllo sul proprio ambiente ^{di 20, 21.} Diversi studi con diverse specie dimostrano l'impatto positivo di arricchimento conoscitivo sul benessere degli animali in cattività ^{22, 23, 24.} Migliorare la capacità degli animali di affrontare con successo le sfide ambientali contribuisce al loro benessere ^{25, 26.}

Inoltre, se gli animali sperimentano bassi livelli di stress durante la loro vita, sono meno inclini a sviluppare strategie di coping dannosi quando si confronta con fattori di stress che si verificano nella ricerca biomedica. Così, l'attuazione coerente di arricchimento conoscitivo può contribuire ad una omogeneizzazione dei fenotipi dei soggetti. Ciò contribuirà al principio 3R di riduzione, si può ridurre il numero di soggetti richiesteper soddisfare i requisiti statistici ^27.

Con lo sviluppo di un protocollo affidabile che può essere facilmente integrato nella routine quotidiana di mantenere topi di laboratorio, siamo in grado di migliorare sostanzialmente la loro esperienza di vita di benessere.

Protocollo

Etica Dichiarazione: Il trattamento dei topi e le procedure sperimentali sono state condotte in conformità europeo, nazionale, e le linee guida istituzionali per la cura degli animali.

NOTA: Il protocollo include cinque giorni di interventi (dal lunedì al Venerdì), con interruzioni durante i fine settimana (sabato e domenica). Il protocollo può essere facilmente adattato per soddisfare esigenze specifiche.

1. Determinare una ricompensa adatta come seconda Reinforcer

Nota: utilizzare ricompense alimentari, come il cibo sottovuoto o animale che soddisfa gli standard di sicurezza alimentare. Ad esempio, diversi tipi di noci, cioccolato, orsetti gommosi, o frutta secca sono adatti.

1. Inserire una piccola scatola di Petri con diverse ricompense alimentari (pezzi di 0,5 cm ³⁾ nella casa-gabbia (figura 1).
2. Dopo 10 minuti, verificare la presenza di avanzi.
3. Se tutti i premi sono mangiati dopo 10 min, ridurre l'intervallo di tempo fino a quando una preferenza può essere stimato.
4. Nei giorni 4 e 5 (ad esempio, ThursdaY e Venerdì), aggiungere piccole quantità di preferito () ricompensa "vincitore" per la casa-gabbia di stabilire un vezzo di tutti i topi in gabbia per la ricompensa.
5. Se i topi non sono abituati alle gallerie del mouse, aggiungere un tunnel per la gabbia (almeno 2 giorni prima di iniziare l'allenamento, ad esempio, durante il fine settimana).
6. Ripetere i passaggi 1,2-1,4 per 3 giorni consecutivi (ad esempio, Lunedi al Mercoledì).

Formazione 2. Clicker

1. I preparativi per ogni sessione di allenamento
   NOTA: Ogni volta che un mouse deve essere innalzato in questo protocollo, sollevarlo in modo calmo e gentile. Mettere una mano sotto il mouse per sollevarlo. Durante le prime volte, i topi potrebbe essere agitato, ma il processo di assuefazione sarà terminato dopo alcuni giorni. Se questo passaggio crea difficoltà, è utile fare riferimento al protocollo per "cupping sulla mano aperta" ^28.
   1. Preparare una gabbia di una lettiera.
   2. Transfer la gabbia del mouse in formazione in un posto tranquillo.
   3. Preparare la ricompensa e hanno un timer e la combinazione bastone clicker / target pronto.
      NOTA: se i topi sono abituati alla manipolazione e hanno già un rapporto di fiducia con lo sperimentatore, i topi possono essere alimentati a mano. Altrimenti, collegare il premio ad un bastone o pinze in modo tale che i topi possono mantenere una distanza dal sperimentatore.
   4. Rimuovere tutti gli oggetti dalla casa-gabbia, che ora serve come l'area di formazione (ad esempio, le case del mouse, materiale costruzione del nido, ecc.).
   5. Trasferire i compagni gabbia per gabbia preparata.
2. Regole generali che si applicano per tutte le sessioni di allenamento
   NOTA: Le seguenti regole generali si applicano per tutte le sessioni e non saranno menzionati di nuovo in tutto il protocollo.
   1. Addestrare ogni mouse per 5 min. Si alternano tra la formazione 30-s e 15-s periodi di pausa.
   2. Sia il mouse rosicchiare sul premio non più di un secondo. Poi, prendere il bastone (con la ricompensa) fuori dalla gabbia.
   3. Eseguire il seguente modello di premiare:
      1 - 10 spettacoli di comportamento: premiare ogni volta.
      11-21 prestazioni di comportamento: premiare ogni seconda volta.
      Dal 22 prestazioni di comportamento: premiare ogni terza volta.
   4. Dopo 4 minuti di allenamento, prossima rappresentazione del comportamento desiderato è rinforzata da un premio jackpot. Lasciare che il mouse per rosicchiare presso la ricompensa cibo tre volte più a lungo rispetto a prima.
3. sessione di Training Day 1: "Collegare il rinforzo secondario con il premio cibo"
   1. Impostare il timer di 5 minuti, premere start, e aggiungere il tunnel del mouse per la casa-gabbia.
      NOTA: Approfittate delle thigmotaxis innate dei topi e posizionare il tunnel accanto a un muro (Figura 2). Per le prime sessioni, questo aumenterà la probabilità del mouse entrare nel tunnel.
   2. Attendere fino a quando il mouse ispeziona il tunnel. Appena il mouse entra nel tunnel, clicca e presentare il premio alla fine del tunnel.
   3. Lasciate che l'alimentazione del mouse sul premio mentre era seduto nel tunnel.
   4. Clicca continuamente per 15 s mentre il mouse è seduto nel tunnel.
   5. Non appena il mouse lascia il tunnel, tornare al punto 3.2.
4. sessione di allenamento Giorni 2-5: "che attraversa un tunnel"
   1. Impostare il timer di 5 minuti, premere start, e aggiungere il tunnel del mouse per la casa-gabbia.
   2. Non appena il mouse entra nel tunnel, scegliere e presentare il premio alla fine del tunnel.
   3. Finché il mouse è nel tunnel, scegliere e presentare immediatamente il premio nella stessa maniera.
   4. Ripetere questa operazione per i prossimi 30 s, e quindi sospendere per 15 s per prendere il tunnel fuori dalla gabbia.
   5. Aggiungere nuovamente il tunnel e scegliere immediatamente quando il mouse rientra tunnel.
   6. Presentare la ricompensa alla fine del tunnel.
   7. Lasciare che il mouse per rodere per un massimo di 1 s.
   8. Togliete la ricompensa.
   9. Non appena inizia topo rientrino nel tunnel stesso, presentare il premio di fronte alla fine del tunnel (Figura 3).
5. Allenamento Settimana 2: "A seguito di un bastone di destinazione"
   1. Impostare il timer per 5 min, premere start, e posizionare il globo alla fine del bastone di destinazione nella gabbia.
   2. Non appena il mouse mostra interesse nel globo, scegliere e presentare il premio accanto al globo (figure 4 e 5).
   3. Premiare il mouse solo dopo che tocca il mondo con il suo naso.
   4. Quando il mouse è collegato l'azione eseguita per la ricompensa, cambiare la posizione del globo durante la sessione di allenamento (Figura 6).
   5. Attendere che il mouse per rispondere a questa ultima sfida.
   6. Posizionare il globo nella gabbia.
   7. Poco prima il mouse tocca il globo, lentamente e con attenzione cambiare la posizione del globo da 1 cm.
   8. Fare clic e premiare se il mouse ha attraversato la distanza e tocca il globo.
   9. Ripetere questa procedura fino a quando il mouse segue in modo affidabile.
   10. Lentamente aumentare la distanza con il mouse deve attraversare.
6. settimana Allenamento 3: "Dopo il bastone di destinazione a portata di mano dello sperimentatore"
   1. Mettere una mano nella gabbia di formazione mentre si tiene la combinazione bastone clicker / target e la ricompensa con l'altra mano.
   2. Impostare il timer per 5 min, premere start, e posizionare il globo alla fine del bastone destinazione successiva alla mano.
   3. Non appena il mouse mostra interesse per il mondo, fare clic e presentare il premio accanto al globo.
   4. Non appena il mouse ha incontrato questa sfida, spostare il pianeta diversi passi più vicino alla mano.
   5. Posizionare il globo sul palmo della mano. Fare clic e premiare mentre il mouse è seduto sul palmo della mano (Figura 7).

Risultati

Il primo e anche uno dei passi più importanti è la determinazione di un adeguato premio in cibo. Pertanto, i topi sono stati proposti diversi tipi di noci, una soluzione di zucchero, marmellata, e diversi tipi di cioccolato in una capsula di Petri (Figura 1). Nella nostra esperienza, i topi hanno mostrato una preferenza evidente per il cioccolato bianco. Quindi, abbiamo usato il cioccolato bianco per tutti gli altri processi di formazione.

Discussione

L'effettiva attuazione del protocollo di clicker training con una coorte di 12 BALB / c topi inbred di ogni sesso ha dimostrato di essere semplice. Precedenti studi hanno confermato l'efficacia del clicker training con diverse specie, e abbiamo esteso questo per topi. Poiché i topi sono i mammiferi più bassi sviluppati tra gli animali da laboratorio, le loro capacità sono spesso sottovalutati. Pertanto, l'aspetto più sorprendente di dati è che successo addestramento potrebbe essere realizzato con quasi tutti...

Materiali

Elenco dei materiali utilizzati in questo articolo

Nome	Azienda	Numero di catalogo	Commenti
Coperchio per alloggiamento aperto	Tecniplast	GM500LID117
SealSAfe Plus top per alloggiamento aperto	Tecniplast	GM500400SU
Tipo II, gabbie superiori filtranti	Tecniplast	GM500PFSPC
materiale di lettiera Aspen	Laboratorio & Vet Service GmbH	H0234-300	Arricchimento ambientale
Policarbonato rosso Mouse House	Tecniplast	ACRE011	Arricchimento ambientale
Carte veline	Tork, SCA Hygiene Products GmbH	290179	Arricchimento ambientale
Alimentare - ssniff M-H Extrudat	ssniff	V1126-000	ad libitum
Target Stick con Clicker	Trixie	2282
Tubo in PVC (tunnel)	Thyssen Krupp	RTPVCU04003005
cioccolato bianco / crema			azienda non importa, preferibile qualità organica
Pinze	FineScienceTools	ad es. 11150-10	O qualsiasi altro strumento per fissare il cioccolato
Prism versione 6.0 per Windows	Software