方法論記事

環境エンリッチメントの有効性を評価する手段として秘密箱の使用

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DOI：

10.3791/52225

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2014年12月29日

 ,  ,  , 
1Discipline of Physiology, University of Sydney, 2Bosch Animal Behavioural Facility, University of Sydney

この記事について

サマリー

環境エンリッチメントは、神経変性疾患に対する潜在的な保護効果を提供します。しかし、現在のところ、濃縮手順の有効性を判断する簡単な方法はありません。 このプロトコルは、環境エンリッチメントの有効性を明らかにするために、動物の認知機能を評価するための簡単な「パズルボックス」法を説明しています。

要約

環境エンリッチメントは、神経回路の発達と機能に劇的な影響を与えることができます。 さらに、エンリッチメントは、ハンチントン病のモデル1-4で症状の発症を成功裏に遅らせることが示されており、環境要因が神経変性疾患で観察される進行性の細胞レベルの損傷に対する神経保護効果を呼び起こす可能性があることを示唆しています。 しかし、動物が環境を豊かにする方法は、かなり異なる可能性があります。 さらに、環境エンリッチメントの影響を評価するための直接的な方法はありません:ほとんどの方法では、かなり複雑な行動パラダイムおよび/または死後の解剖学的/生理学的分析が必要です。 このプロトコルは、標準的な実験室条件で飼育されたコホートと比較して、マウスに対する社会的、感覚的および運動刺激の増加の有効性を決定する堅牢な手段として、シンプルで安価な行動アッセイであるパズルボックス5〜7の使用について説明しています。 この単純な問題解決タスクは、避難所を探すことによって開いた囲いを避けたいというげっ歯類の生来の欲求を利用します。認知能力は、シェルターの入り口にますます複雑化する障害を追加することで評価されます。 特定の被験者が障害物をうまく取り除き、シェルターに入るのにかかる時間は、タスクのパフォーマンスの主要な指標として機能します。この方法は、認知機能に対するさまざまな濃縮プロトコルの有効性を迅速に評価する信頼性の高い手段を提供する可能性があり、したがって、特定の環境要因が神経発達および神経変性疾患の発症を遅らせる上で果たす役割を体系的に決定する道を開く可能性があります。

概要

環境エンリッチメント（EE）は、一貫してもたらす、動物の行動に影響を与えることが示されている社会的相互作用、運動活性、通常は標準的な実験室environment.EE経験よりも感覚刺激のために増加した機会を有する動物を提供する周囲と定義することができるそのようなストレスや不安関連の活動8-10の削減、学習や記憶のタスク8,11のパフォーマンスを改善、運動協調と探索活動11の早期発症、母親の介護の変化8だけでなく、中毒性物質に対する耐性などの変更12- 15。さらに、EEは、発症遅延およびハンチントン1-4,16、パーキンソン17およびアルツハイマー病の18の動物モデルにおける症状の重症度を減少させる、神経変性疾患の影響を改善することが明らかにされている。

これらの変更は、COREEは脳全体に誘導することが知られている解剖学的および分子変化と関連しています。開発の初期段階から濃縮環境で育った動物は、樹状が9,2-22とシナプス密度23分岐 、増加した脳重量と皮質の厚さを含む神経の変化、無数のを示しています。 EEは、感覚25,26,28,29の加速発展に寄与することが示されている成長因子の発現9,24-30、ニーモニック30、並びにモータ回路31,32のレベルおよびタイミングの両方を変更することができる。

考慮に個々の研究9,24,27,30内で使用した動物と環境の様々なタイプにすることなく、EEの影響を調査する際に以前の研究は、回相反する調査結果で明らかになった。現在、異なる株やスペックでのさまざまなEEパラダイムの有効性を測定するために使用することができず、一貫性のあるシンプルな行動のタスクがありません動物のIES。

秘密箱タスクは能力7を解決する動物のネイティブ問題を決定するために、簡単なテストとして設計されました。オープンエリアに配置された動物は、覆われた領域/避難所にアクセスするためには、小さな開口部内に位置する材料を妨害除去するために必要とされている。各被験者は、3つの異なる認知属性を評価するために、同一の障害物との3回の試験を与えられている。最初の試験は、固有またはネイティブ問題解決能力のベースライン表示が得られます。同じ日に実行二審は、改良、したがって、特定の障害物を除去するための戦略を強化する動物の能力のいくつかの指標を与える。次の日に実施第三の試験では、タスクを学んだソリューションを保持し、リコールする被験者の能力への洞察を提供しています。

動物によるこれらの「障害物パズルを "解決するための動機は、潜在的に、変化させることができるオープンフィールドを回避し、避難所を追求する生来の欲求だけでなく、その周辺6,7を探索するための固有のドライブを想起させる。パズルボックスを解決するための欲求の基礎となる可能性のある行動ドライバの多数は、脳の様々な領域は、タスクのパフォーマンスを媒介に関与していることを示唆している。以前の研究は、統合失調症のマウスモデルにおいて、前頭前皮質など海馬このタスク5の買収に関与していることが示されている。ラットにおける病変の研究はまた、様々な視床核、視床、小脳、及び辺縁系構造を含むパズルボックス性能に関与する脳の多数の領域を明らかにした。まとめると、これらの知見は、この問題解決タスクに従事する認知機能に関連した神経構造のホストを含​​むことを示している。

パズルボックスmで展示されたマウスの問題解決能力、ならびに認知障害を評価するために首尾よく使用されている統合失調症5-7の尿モデル。タスクでのパフォーマンスは非常に一貫している、と他の認知行動試験6の結果とよく相関することが示されている。この研究の目的は、EEの有効性を決定する簡単かつ信頼性のある手段となることパズルボックスタスクを適合させることであった。

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プロトコル

倫理声明：すべての手順は、シドニー大学の動物倫理委員会によって承認され、国民健康とオーストラリアのガイドラインの医学研究審議会に適合した。手順はシドニーボッシュげっ歯類施設の大学で飼育したC57 / BL6Jマウスで行った。すべてのマウスは乾燥食品や水への随意アクセスを個別換気ケージで0600時間で上のライトが付いている12時間の明暗サイクルで21℃の周囲温度でシングル十分に換気された部屋に収容した。後期妊娠雌を無作為に標準または環境豊かな住宅事情に割り当てられていた。

1.住宅（濃縮レベル）：

  1. 4後期妊娠成熟雌マウスを得る。ランダムに標準状態に2を割り当て、1赤、マウスのイグルーを含むクリーンな標準的なマウスケージ（全体寸法391 X 199 X 160ミリメートル）にそれらのそれぞれに配置します。濃縮された状態の場合は、REMAを配置シングルクリーンラットサイズのケージにining 2マウス（全体寸法462 X 403 X 404ミリメートル）。
  2. 濃縮ケージに、感覚および運動刺激（例えば走行車輪、視覚刺激、香りのコットンボール、マジックテープ）を高めるように設計さまざまなオブジェクトを配置します。
  3. 2〜3日ごとに、ケージ内の約これらのオブジェクトを移動させる。破壊されたそのいずれかをリフレッシュ。
  4. 彼らが提起された環境条件と一致して男女の分離された筐体に21日間の出生後の、セックスの動物と場所で離乳時に。豊富な条件のための標準のための2と5匹のマウスにケージ当たり3と10匹のマウスの間であることを確認してください。動物が成人期（生後12〜14週）に達すると行動試験を開始する。

秘密箱の2建設

  1. 白アクリル（または他の非多孔性材料）の6個を入手します。1 750 X 280ミリメートル、2 280 X 250ミリメートル、2 750×250 mmであり、1 150×280ミリメートル（ 図1を参照してください。）。
  2. 40×40ミリメートルの正方形開口部がこの作品の片側にカットして、黒のアクリルの一枚280 X 250ミリメートルを取得します（ 図1を参照）。
  3. 箱の側面として、280×250箱の両端mmの片、および750×250 mmのピースを使用して、箱の底として750 X 280ミリメートルピースを使用します。次のようにパズルボックスを組み立てます。
  4. 一端から箱に150ミリメートルを測定し、箱の底部と開口部のフラッシュとの二つの区画（1大、小1）に分割し、そのように箱全体にアクリルの黒い部分を置く。
  5. 白いアクリルの150×280ミリメートルピースを取り、それが暗い」目標ボックス」チャンバを提供する、完全にこの領域をカバーして確認して箱の小さいコンパートメントの上に置きます。ヒンジでメインボックスの本体にアクリルのこの作品を貼付、または完全に行動試験中に除去されて自由にしておきます。
  6. アクリル（3 4×120ミリメートル）の3枚を取り、「U-SHAPを作るために参加するED」チャンネル。

figure-protocol-1
図1：秘密箱タスクの模式図 。秘密箱は全部で750のx 280ミリメートルを測定し、オープンフィールドエリア（600×280ミリメートル）とシェルタードゴール·ボックス領域（150×280ミリメートル）からなるアクリルボックスです。二つの領域を分離するパーティション（グレー）内の40×40 mmの開口部は、動物がオープンフィールドからカバーゴール-ボックス領域にアクセスすることができます。この開口部は、テストの進行に伴って削除することがますます困難な障害物でブロックされている。動物は各条件について3回の試験を有する4つの閉塞状態からなる、5日間プロトコールを受ける。

秘密箱タスクの3.ランニング

  1. 徹底的に70％アルコールとの秘密箱をきれいに。試験した各動物の間に、この手順を繰り返します。
  2. 目標ボックスAR内クリーン赤マウスイグルーを配置秘密箱のEA、ゴール·ボックスのふたを交換してください。
  3. テストされる閉塞状態が存在する場合、目標ボックスの戸口内閉塞を配置（ 図2参照）。
  4. パズルの目標ボックスを志向ボックス、および目標-boxから遠い端でのオープンフィールドセクションにテストされているマウスを置きます。
  5. 秘密箱の目標ボックスセクションに入るために、動物のすべての4つの足にかかった時間を記録します。
  6. 動物が目標ボックスに入らない場合は、設定された制限時間は（ 表1参照）に達すると、裁判を終了します。
  7. 裁判が終了すると、秘密箱から動物を削除し、次の試行が開始されるまで別々の保持ケージに入れてください。各動物のための臨床試験の間に60から180秒のギャップを保つ。
  8. 各動物について、4閉塞条件と各条件の3回の試験で、試験を5日間連続して1日当たり3試験を行う。第三のトライ与えられた閉塞状態のアルは常に続く日に投与する必要があり（ 表1参照）。

figure-protocol-2
表1：秘密箱タスクのスキーム 。秘密箱タスクは5日間実行し、4閉塞条件で構成されている。 3最初の4日間のそれぞれに臨床試験、および5日目の1があります。各閉塞状態が3回の試験を有する。 1日に最初の2、そして三日目には、すぐに次のよう。閉塞状態の最初の試験はネイティブ問題解決能力をテストすることを目的とし、二審は、タスクの取得と強化を調べ、第三のトライアルは、溶液の保持とリコールのためのアッセイとして使用されます。

figure-protocol-3
図2：邪魔秘密箱タスク内イオン条件。この研究の中で使用秘密箱アリーナと閉塞条件の概略図。（A）条件0（C0）、オープンフィールドとゴールボックス領域の間の戸口内の障害物の存在を持つ。（B）条件1（C1 ）、オープンフィールドとゴールボックス領域間の出入り口内の「uが形状」チャンネルが存在である。（C）チャネルがクリーン寝具材料が充填されている条件2（C2）、（D）条件3（C3 ）、オープンフィールドとゴールボックスエリア間の戸口内に存在する「組織プラグ」と。（E）オープンフィールドとゴール·ボックスの間に戸口内に存在する「泡プラグ」との条件4（C4）エリア。アリーナの寸法は、方法と、図1に記載されているの通りである。

データの4.解釈

  1. COMに取らどちら時間としてデータを表すまたはnull試行回数として（ヌル動物は指定された制限時間内にタスクを完了しなかった試験を含む）裁判をpleteの。
  2. 被験者間要因として閉塞タイプ/条件（C）と、タスク番号（T）被験者内要因と（濃縮された対標準）濃縮レベルで、パズルボックス内の性能に住宅条件の効果を評価するために、反復測定ANOVAを使用してください。

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結果

ここに記載された結果は、異なるリットルからなるいくつかのコホートから得たデータと、代表的なサンプルである。すべての行動試験は、コホート内の動物の無作為化試験の順で、0700と1100時間との間で行われました。豊かな環境で育った動物（N = 14、7女性と7男性）かなり標準的な環境内で発生比べパズルボックス内の閉塞タスクを解決するためのより少ない時間がかかりました（N = 15、7女性と8オス）（参照図3）被験者間要因として環境との（反復測定ANOVAを、F = 19.525、P <0.001）。パフォーマンス上のEEのこの効果は濃縮されたマウスは、個々の障害物パズルのそれぞれを解決するために大幅に少ない時間を必要とした秘密箱、中に個々の試験の中で観察したところ、特に間のような環境と各条件の最初の試験（単変量分散分析中にマークされていた-subjectsファクター：条件1-試行1（C1T1）、F = 4.308はp = 0.048; C1T3、F = 4.317、P = 0.047。 C2T1、F = 9.466、P = 0.005。 C2T2、F = 5.164、P = 0.031。 C2T3、F...

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ディスカッション

提示されたデータは、パズルボックスEEの影響を評価するために有効に利用することができることを実証している。濃縮された環境で飼育し​​たマウスは、一貫して標準的な実験条件内で飼育される動物をやったよりも、この行動のアッセイ内の障害物パズルを解決するために大幅に少ない時間がかかりました。また、この差はタスクによって提示された問題の解決策を強化するか、保持する能力に比べて、EEは動物のネイティブな問題解決能力に大きな影響が示唆され、試験した4つの条件の3のための最初の試験の中で最も顕著であった。

秘密箱の主な利点は、その安価な材料費、建設および実装の観点から単純だけでなく、テストされる対象者の事前のトレーニングの必要性の欠如である。さらに、この方法は、閉塞物質との様々な条件を利用するように適合させることができる。例えば、ここで使用されるプロトコルは適応されましたネズミ疾患状態モデル5-7の様々な認知能力を評価するために秘密箱を採用し、以前の研究から。他の研究では、以前にこの試験領域34内の認知向上精神病薬33と観察学習の影...

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開示事項

著者らは、競合する金銭的利益はないと宣言している。

謝辞

著者には謝辞がありません。

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材料

この記事で使用された材料の一覧
名前会社カタログ番号コメント
ブラックアクリルボード280 x 250 mm 40 x 40 mm 「ドア」が片側にカットされています
ホワイトアクリルボード280 x 250 mm
ホワイトアクリルボード280 x 250 mm
ホワイトアクリルボード750 x 250 mm
ホワイトアクリルボード750 x 250 mm
ホワイトアクリルボード150 x 280 mm
の白いアクリル板
の地下道40 x 120 mmのプレキシガラスまたはアクリル
注:アクリル板にアクセスできない場合は、プレキシガラスまたは同様の非多孔質材料で十分です。
ウェブカメラLogitechC210テープで屋根に固定します。または、三脚を使用します。
VirtualDub v1.10.4VirtualDubN/A 行動ビデオを録画するためのソフトウェア。ウェブカメラからの入力。
TopScan対3.0CleverSys株式会社N/A マウスの行動の自動トップビュー追跡と分析のためのソフトウェア。キャプチャされたビデオは、事後分析されます。
の3部分電気

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