エラスムス梯子を用いたマウスの微細運動学習と連想運動学習のモニタリング

Summary

この記事では、エラスムスラダーと呼ばれるデバイスを使用して、微細運動能力の非侵襲的で自動化された評価と、課題に対する適応的および連想的運動学習を可能にするプロトコルを紹介します。タスクの難易度を滴定して、重大な程度から微妙な程度までの運動障害を検出できます。

Abstract

行動は行動によって形作られ、行動には強さ、協調性、学習などの運動能力が必要です。生命を維持するために不可欠な行動は、ある位置から別の位置に移行する能力なしには不可能です。残念ながら、運動能力はさまざまな病気で損なわれる可能性があります。そのため、運動機能のメカニズムを細胞・分子・回路レベルで調べ、運動障害の症状や原因、進行を理解することは、効果的な治療法の開発に欠かせません。この目的のために、マウスモデルが頻繁に使用されます。

本稿では、エラスムス・ラダーと呼ばれる自動化ツールを用いて、マウスの運動能力と学習のさまざまな側面をモニタリングできるプロトコルについて述べる。このアッセイには、不規則な横木で作られた水平のはしごをマウスが移動するように訓練する初期段階(「微細運動学習」)と、移動する動物の経路に障害物を提示する第2段階の2つの段階があります。摂動は、予期せぬ場合(「運動学習の挑戦」)の場合もあれば、聴覚的な緊張が先行する(「連想運動学習」)場合もあります。このタスクは簡単に実行でき、自動化されたソフトウェアによって完全にサポートされています。

このレポートは、テストからのさまざまな読み取り値を、感度の高い統計的手法で分析した場合に、マウスの小さなコホートを使用してマウスの運動能力を詳細に監視できることを示しています。本手法は、運動機能が損なわれた変異マウスにおいて、環境変化による運動適応や初期段階の微妙な運動障害を高感度に評価することを提案します。

Introduction

マウスの運動表現型を評価するために、さまざまなテストが開発されています。各テストは、運動行動の特定の側面に関する情報を提供します¹.たとえば、オープンフィールドテストは、一般的な移動運動と不安状態について通知します。ロータロッドとウォーキングビームは、協調性とバランスに関するテストを行います。フットプリント分析は歩行に関するものです。強制的または自発的な身体運動中のトレッドミルまたはランニングホイール。そして、複雑なホイールは運動能力の学習に関するものです。マウスの運動表現型を分析するには、研究者はこれらのテストを順番に実行する必要があり、これには多くの時間と労力がかかり、多くの場合、複数の動物コホートが含まれます。細胞レベルまたは回路レベルで情報がある場合、調査員は通常、関連する側面を監視し、そこから追跡するテストを選択します。しかし、運動行動のさまざまな側面を自動化された方法で識別するパラダイムが不足しています。

本稿では、マウスの様々な運動学習機能を包括的に評価できるシステムであるエラスムス・ラ^ダー2,3を使用するためのプロトコルについて述べる。主な利点は、この方法の再現性と感度、および運動障害を滴定し、運動能力の障害を連想運動学習の障害から分離する能力です。主なコンポーネントは、はしご上のマウスの位置を検....

Protocol

今回の研究では、成体(生後2〜3ヶ月)のC57BL/6Jマウスを用いた。動物はケージごとに2〜5匹収容され、観察中の動物ユニット内の餌と水に 自由にアクセスでき 、温度制御された環境で12時間の暗/明サイクルで維持されました。すべての手続きは、ヨーロッパおよびスペインの規制(2010/63 / UE;RD 53/2013)であり、バレンシアナ州議会の倫理委員会とミゲル・エルナンデス大学の動物福祉委員会によって承認されました。

1.行動室のセットアップ

1. 行動実験室を毎日同じ時間に予約し、使用するマウスのリストと順序、およびそれらのホストの手配を確立します。
2. 実験用マウスを試験室の外に置いて、試験していないときに空気圧縮機の音やエラスムスラダーの音が聞こえないようにします。
3. エラスムスラダーシステムのすべてのコンポーネント(ネットワークルーター、ソフトウェアがインストールされたコンピューター( 材料表を参照)、エアコンプレッサー、2つのゴールボックス、ラングが適切に配置されたはしごなど、すべてのコンポーネントが整っていて、すぐに使用できる状態になっていることを確認します。
4. ゴールボックス、はしご、横木は、各動物の後に水で、各トレーニング日の終わりに水と70%エタノールで広範囲に清掃します。

Results

エラスムス・ラダーのデバイス、セットアップ、および適用されたプロトコルを 図1に示します。プロトコルは、4 つの邪魔されないセッションと 4 つのチャレンジ セッション (それぞれ 42 の試行) で構成されています。各トライアルは、開始ゴールボックスと終了ゴールボックスの間のはしごを1回実行します。セッションの開始時に、開始ボックスの 1 つにマウスが置かれます。1±5〜5秒(「静止」状態)の設定時間後、ライトが点灯します(キュー1、最大3秒)。次に、軽いエアキュー(キュー2、最大45秒)を適用して、マウスが箱を離れて反対側の端に歩くように促します。エアキューに応答する時間は、マウスとセッションとで異なる可能性があり、グループ間のモチベーションまたは不安状態を比較するためのパラメータとして使用できます。マウスが最終ゴールボックスに到達すると、すぐに新しい試行が開始されます。

WTマウスでは、1〜4日目の休息時間と光の合図に反応する時間に差は観察されなかったが、空気の合図に反応する時間は1日目と2日目の間にわずかに減少した.......

Discussion

エラスムスラダーは、現在のアプローチを超える運動表現型評価に大きな利点をもたらします。試験は実施が容易で、自動化され、再現性があり、研究者は単一のマウスコホートを使用して運動行動のさまざまな側面を個別に評価できます。本研究では、再現性により、デバイスの特性、実験計画、および解析方法を利用して、少数のWTマウスでロバストなデータを生成することができました。例えば、従来のビームウォークアッセイと比較すると、ラダーパスに入るための動機付けの手がかり(空気と光)と試験を完了するための追い風を追加することで、一貫性が向上し、ばらつきの主な原因である実験者の介入の必要性がなくなります。

マウスの方向と位置に合わせて調整できる空気の流れを生成するには、空気圧縮機システムが必要です。気流は、予定されている試験開始前にマウスがゴールボックスを離れようとすると、反対方向から時速30kmの向かい風を発生させ、マウスをゴールボックスに戻します。また、試行中、マウスがはしごを完全に横切って反対側のゴールボックスに入るまで、一定の追い風(1〜16 km / h)を発生させます。加圧された空気が梯子を渡るインセ.......

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
C57BL/6J マウス (Mus musculus)	Charles Rivers
エラスムス ラダー デバイス	ノルダス、ワーヘニンゲン、オランダ
エラスムス ラダー 2.0 ソフトウェア	ノルダス、ワーヘニンゲン、オランダ
Excel ソフトウェア	マイクロソフト
Sigmaplotソフトウェア	Systat Software, Inc.