方法論記事

実験用マウスのための認知エンリッチメントとしてクリッカートレーニングの紹介

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DOI：

10.3791/55415

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2017年3月6日

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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

この記事について

サマリー

実験用マウスのための新しい改良戦略の開発は、3Rの原則を満たすための挑戦的な課題です。このプロトコルでは、実験用マウスの認知強化プログラムとしてクリッカートレーニングを導入しています。

要約

実験動物科学における新たな改良戦略を確立することは、指令2010/63/EUの要求を満たすための中心的な目標です。これまでの研究では、実験用マウスの健康状態に対する、穏やかな取り扱いプロトコルの大きな影響が明らかになっています。マウスの飼育にクリッカートレーニングを導入することで、マウスの友好的な治療を促進するだけでなく、マウスが認知能力を豊かに体験できるようにします。クリッカートレーニングは、条件付けされた二次強化子、つまりクリッカーの「カチッ」という音を使用した正の強化トレーニングの一種で、強化された行動と今後の報酬との間の時間の架け橋として機能します。各性別の12匹のBALB/c近交系マウスのコホートによるクリッカートレーニングプロトコルの効果的な実施は、複雑ではないことが証明されました。マウスは、クリッカートレーニングプロトコルの課題に挑戦するとかなり早く学習し、ほとんどすべての訓練されたマウスが与えられた課題を克服しました(雌マウスの100%と雄マウスの83%)。本研究では、マウスのクリッカートレーニングは、ヒトとマウスの相互作用におけるマウスの恐怖の軽減と強く相関していることが明らかになり、不安に関連する行動(排便、発声、排尿など)の減少や、浮遊などのうつ病様行動の減少が示されました。実験用マウスの飼育の日常業務に容易に統合できる信頼性の高いプロトコルを開発することにより、マウスの福祉の生涯経験を大幅に改善することができます。

概要

実験用マウスのための新しい洗練戦略の開発は、実験動物科学1の3Rにの履行（交換、縮小、および洗練）に寄与する困難な作業です。洗練の分野での改善はさらに実験的な目的のために使用される動物の数百万人の幸福に貢献することができます。したがって、集中的な研究は、フィールドで必要とされます。これはまた、欧州連合の指令63分の2010の定義された目的です。指令63分の2010 / EUは、実験動物の寿命の経験を強化する必要があることを指摘し、（条3.7）2」の事業所は、慣れや訓練の動物に適したプログラム、手順およびプロジェクトの長さを設定しなければならない」ということ。

彼らは維持し、実験のために飼育されている間に、実験動物は、多くのストレスの多い状況を体験することができます。労働者間の通常、相互作用atoryマウスおよび責任者はかなり限られています。したがって、信頼関係が発展することはできません。これは、動物3、4、5、6の動作と生理、したがって、健康に有害である処理に反応して増大した不安とストレスを誘発することができます。また、日常的に、一般的な取り扱いなどの実験手順を行って拘束し、血液または組織のサンプリングは、このようなストレスホルモンや行動7、8などの異なるパラメータを測定することによって調べることができるストレス応答を引き起こす可能性があります。処理プログラムを効率的に実験用げっ歯類9、10、11に研究者に向けて不安を減少させることができることが示されています。したがって、動物を「改善することができるの処理プログラム条件とは、動物福祉5にかなり貢献できます。

本研究の目的は、特定の処理プログラムとしてマウス用の正の強化トレーニングを導入することです。正の強化トレーニングは研究者に動物の行動を形作るための手段を提供しますオペラント条件付けの一形態です。動物は、所望の動作を行う場合には、正の刺激（ここでは、食物報酬）が続きます。その意図は、動物がそれぞれの行動に報酬をリンクすることです。クリッカートレーニングは、クリッカーの音」をクリックして「調整二次補強材を使用して、正の強化トレーニングの形で、特定の動作12を強化することが証明されました。

具体的には、クリック音は、行動と今後の報酬13との間の 「時間ブリッジ」として機能します。動物は、所望を行う際トレーナーは正確にクリックします動作は、任意の時間なしで14を遅らせ、その後、食品の報酬を提示します。これは、より高い頻度で実行されます報わ挙動を、強化しています。クリッカートレーニングは広くコンパニオンアニマルと一緒に使用され、それが成功したヒト以外の霊長類13、15、16で実装された実験動物学、にその方法をしました。オペラント条件付けパラダイムで攻撃したときにマウスが迅速むしろ学ぶように、第二補強材の導入は、彼らの認知能力5、17、18、19を無理しないでください。

マウスの維持にクリッカートレーニングを導入することにより、我々は、認知濃縮を体験してマウスを有効にします。認知濃縮のデザ​​インは、SOLVに彼らの認知スキルを使用するマウスを有効にする必要がありますその環境20、21の制御を取得する電子の問題と。異なる種とのいくつかの研究では、キャプティブ動物22の福祉に対する認知濃縮のプラスの影響を証明する23、24。正常に環境問題に対処する動物の能力を強化することは、それらのウェルビーイング25、26に貢献しています。

動物が彼らの一生の間にストレスの低レベルを経験する場合は、それらの生物医学研究で発生するストレス要因に直面したときに有害な対処戦略を開発することが少ない傾向があります。したがって、認知濃縮の一貫性のある実装は、被験者の表現型の均一化に寄与することができます。それが必要な被験者の数を減らすことができ、これは、還元の3R原則に貢献します統計的要件27を満たすことができます。

簡単に実験用マウスを維持する日課に統合することができます信頼性の高いプロトコルを開発することによって、我々は、実質的に福祉の生涯の経験を向上させることができます。

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プロトコル

倫理声明：マウスおよび実験手順の取り扱いは、国内、欧州、および動物のケアのための施設のガイドラインに従って行いました。

注：このプロトコルは、週末（土曜日と日曜日）に休憩して、介入の5日間（月曜〜金曜）が含まれています。プロトコルは、容易に特定のニーズを満たすように構成することができます。

1.第二補強材として適した報酬の決定

注：このような食品安全基準を満たしている真空パック食品または動物飼料として、食品の報酬を使用してください。例えば、ナッツ、チョコレート、グミ、またはドライフルーツの種類が適切です。

  1. ホームケージ（ 図1）に異なる食品の報酬（0.5センチメートル3個）の持つ小さなペトリ皿を挿入します。
  2. 10分後、残り物を確認してください。
  3. すべての報酬が10分後に食べられる場合嗜好を推定することができるまでの期間を短くします。
  4. 日に4と5（ 例えば、Thursdayおよび金曜日）、報酬にケージにすべてのマウスのふりを確立するために、ホームケージに好ま（「勝者」の少量）の報酬を追加します。
  5. マウスは、マウスのトンネルに慣らされていない場合は、（週末にかけて、少なくとも2日間のトレーニングを開始する前に、 例えば）をケージにトンネルを追加。
  6. （水曜日に例えば、月曜日）3日連続での1.4 -を繰り返して、1.2を繰り返します。

2.クリッカートレーニング

  1. 各トレーニングセッションのための準備
    注：マウスはこのプロトコルでリフトアップする必要があるたびに、静かで穏やかな方法でそれを持ち上げます。それを持ち上げるために、マウスの下に手を入れてください。最初の数回の間に、マウスが攪拌されることがありますが、馴化工程は、数日後に終了します。このステップは困難を作成する場合、28 "開いた手ですくう"のためのプロトコルを参照することが有用です。
    1. 寝具材料とケージを準備します。
    2. トラ静かな場所に訓練されたマウスのケージnsfer。
    3. 報酬を準備し、タイマーと準備クリッカー/ターゲット・スティックの組み合わせを持っています。
      注：マウスは取り扱いに慣れさせ、すでに実験者との信頼関係を持っている場合は、マウスは手で供給することができます。それ以外の場合は、マウスは実験者からの距離を保つことができるようにスティックや鉗子へのご褒美を添付してください。
    4. 今トレーニングエリアとしてホームケージからすべてのオブジェクトを削除します（ 等 例えば、マウスの家、巣、建材、。）。
    5. 準備されたケージにケージの仲間を転送します。
  2. すべてのトレーニングセッションのために適用される一般的なルール
    注：以下の一般的な規則はすべてのセッションに適用し、プロトコル全体に再び言及されることはありません。
    1. 5分間の各マウスを訓練します。 30-sの代替トレーニングおよび15-sのブレーク期間。
    2. マウスはもはや秒より報酬にかじるみましょうありません。そして、ケージの外に（報酬付き）スティックを取ります。
    3. やりがいの以下のパターンを実行します。
      1 - 行動の10公演：たびに報酬を与えます。
      11 - 行動の21性能：毎秒時間に報います。
      上の行動の22パフォーマンスから：すべてのサード時間に報います。
    4. トレーニングの4分後、目的の動作の次のパフォーマンスは、大当たりの報酬によって補強されています。マウスは以前よりも3倍長い食品の報酬でかじるすることを可能にします。
  3. トレーニングセッション1日目：「食品の報酬で二次補強のリンク」
    1. 5分、プレススタートにタイマーを設定し、ホームケージにマウストンネルを追加します。
      注：マウスの生得的な接触走性を活用し、次の壁（ 図2）にトンネルを配置します。最初のいくつかのセッションでは、これがトンネルに入るマウスの確率を向上させます。
    2. マウスはトンネルを検査するまで待ちます。すぐ覚書としてeはクリックして、トンネルの終わりに報酬を提示し、トンネルに入ります。
    3. トンネルに座っている間、報酬上のマウスフィードをしてみましょう。
    4. マウスがトンネルに座っている間に15秒間連続してクリックしてください。
    5. すぐにマウスがトンネルを出るとき、3.2に戻ってください。
  4. トレーニングセッション日2から5： "トンネルを経由して実行」
    1. 5分、プレススタートにタイマーを設定し、ホームケージにマウストンネルを追加します。
    2. すぐにマウスがトンネルに入ると、クリックして、トンネルの終わりに報酬を提示します。
    3. 限りマウスがトンネル内にあるように、クリックして、すぐに同じように報酬を提示します。
    4. 次の30秒ごとにこれを繰り返し、その後、ケージの外にトンネルを取るために15秒間一時停止します。
    5. 再びトンネルを追加して、マウスがトンネルに再び入るとき、すぐ]をクリックします。
    6. トンネルの終わりに報酬を提示します。
    7. マウスは最大1秒かじるすることができます。
    8. 報酬を奪います。
    9. すぐにマウス自体が再入力トンネルを始めると、トンネルの終わりの前の報酬（ 図3）を提示。
  5. トレーニングセッションの週2：「ターゲット・スティックに続いて "
    1. 5分、プレススタートにタイマーを設定し、ケージ内のターゲット棒の端に地球を配置します。
    2. すぐにマウスは世界中の関心を示すように、次の地球儀（ 図4、図 5）に報酬をクリックして提示します。
    3. それは、その鼻と地球に触れた後にのみ、マウスを報います。
    4. マウスが報酬に実行されたアクションをリンクした場合、トレーニングセッション（ 図6）の間に地球の位置を変更します。
    5. この最後の課題に対応するために、マウスを待ちます。
    6. ケージに地球を配置します。
    7. マウスが地球に触れる直前に、ゆっくりと慎重に1センチメートルによって地球の位置を変更します。
    8. クリックして、マウスが距離を越えて地球を触れた場合に報酬を与えます。
    9. マウスは確実に次のまで、この手順を繰り返します。
    10. ゆっくりとマウスが交差しなければならない距離を伸ばします。
  6. トレーニングセッションの週3：「実験者の手にターゲットスティックに続いて "
    1. クリッカー/ターゲットスティックの組み合わせともう一方の手で報酬を保持しながら訓練ケージに片手を置きます。
    2. 5分、プレススタートにタイマーを設定し、次のハンドにこだわるターゲットの終わりに地球を配置します。
    3. すぐにマウスは世界中の関心を示すように、クリックして、地球の隣の報酬を提示します。
    4. すぐにマウスがこの挑戦を満たしているとして、手にいくつかのステップ近い地球を移動します。
    5. 手のひらに地球を配置します。クリックして、マウスは手のひら（ 図7）の上に座っている間に報います。

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結果

最初にも最も重要なステップの一つは、適切な食品の報酬の決意でした。したがって、マウスは、ペトリ皿（ 図1）にナッツ、糖溶液、マーマレード、チョコレートの種類の異なる種類を提供しました。我々の経験では、マウスは、ホワイトチョコレートのための明らかな選好を示しました。したがって、我々はすべてのそれ以上のトレーニングプロセスのためにホワイトチョコレートを使用しました。

実際のトレーニングは、各性別の12 BALB / cの近交系マウスのコホートで実施されました。全てのマウスは、トレーニングに非常に興味を持っていました。トレーニングの成功を評価するために、我々は目的の動作の適切な性能をチェック：（ 図4）「目標スティック以下」。訓練を受けたマウス-すべての雌マウスと雄マウス-続くターゲットスティックの83％の大部分（ 図8）。雌マウスは、高を表示しましたえー、...

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ディスカッション

雌雄各12匹のBALB / cの近交系マウスのコホートとのクリッカートレーニングプロトコルの効果的な実施が複雑であることが判明しました。これまでの研究では、いくつかの種でクリッカートレーニングの有効性を確認している、と我々はマウスにこれを拡張しました。マウスは実験動物の中で最も低い開発哺乳動物であるように、その能力は、しばしば過小評価されています。したがって、データの最も驚くべき態様は、トレーニングの成功は、ほぼすべてのマウスを用いて達成することができることです。

このプロトコル内の1つの重要なステップが表示された行動と強化の間の接続を確立するために非常に重要である第二の補強、のタイミングです。マウスは非常に撹拌されるように、周りに疾走している間、正確な性能をマークするためにわずかに困難です。多くの経験のトレーナーは、高速トレーニングの成功を達成することができるされています。私たちも、経験のない列車で、マウスは非常に迅速に学んだことを観察しましたERS。少しでもミスがクリッカートレーニングプロトコルの過程で補償することができました。エラーの一般的な原因は、間違った行動やクリックした...

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開示事項

著者らは開示するものは何もない。

謝辞

この作業は、ヨハネス・グーテンベルク大学マインツの大学医療センターのトランスレーショナル動物研究センターの支援を受けました。著者は、Thomas Wackerの技術サポートに最も感謝しています。

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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
オープンハウジング用蓋TecniplastGM500LID117
SealSAfe Plus オープンハウジング用トップTecniplastGM500400SU
Type II long, filter top cagesTecniplastGM500PFSPC
Aspen 寝具材料 ラボ&獣医サービスGmbHH0234-300環境濃縮
赤ポリカーボネートマウスハウスTecniplastACRE011環境強化
ティッシュペーパーTork, SCA Hygiene Products GmbH290179環境強化
食品 - ssniff M-H ExtrudatssniffV1126-000広告 リビタム
クリッカートリクシー2282 付きターゲット スティック
PVCチューブ(トンネル) ティッセンクルップRTPVCU04003005
ホワイトチョコレート/ホワイトチョコレートクリーム会社は関係ありません、好ましい有機品質の
鉗子FineScienceTools例えば11150-10固定するための他のツール
 GraphPadソフトウェア
またはWindows用のチョコレートプリズムバージョン6.0を

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