マウスで本能的な防衛中に空間記憶の役割を調査するため行動分析
2018年7月21日
このプロトコルを記述するバーンズ迷路テストに基づいて、行動分析、空間環境の知識によって変更される操作方法本能的な防衛を研究します。
このアッセイは、動物が最近学習した目標位置に向かってどのように移動するかなど、空間記憶分野における重要な疑問に答えるのに役立ちます。このパラダイムの主な利点は、適切に制御された感覚刺激によって引き起こされる病因的に重要な目標指向のナビゲーション行動を誘発し、マウスの事前の訓練を必要としないことです。まず、マウスがプラットフォームに到達するのを防ぐために、プラットフォームの端から少なくとも2センチメートル離して、視覚的な手がかりをプラットフォームの周囲に取り付けます。
シェルターをプラットフォームに取り付けます。次に、シェルターの入り口に発光ダイオード(LED)を配置して、局所的な視覚的なランドマークの手がかりを提供します。次に、マウスを外部の遠位視覚の手がかりから分離するために、アリーナの周りのプラットフォーム表面の40センチメートル上と15センチメートル下に伸びる八角形の壁を組み立て、プラットフォームの端から10センチメートル離れた場所に配置します。
超音波スピーカーをプラットフォームの中央から50センチメートル上に配置して、嫌悪的な聴覚刺激を配信し、サウンドカードとアンプをスピーカーに接続します。次に、アリーナの64センチ上に半透明のスクリーンを配置し、プロジェクターを使用して頭上の嫌悪視覚刺激をバックプロジェクションします。プラットフォームの表面の中央に5〜10個のラグがあるように、プロジェクターのライトを調整します。
取得したビデオのプロテクターのちらつきを防ぐために、プラットフォームの上に赤外線ライトとロスパスフィルター付きの赤外線カメラを配置します。次に、行動装置を防音・防光ボックスの中に入れて、外部からの手がかりが実験に影響を与えないようにします。最後に、市販のソフトウェアを使用して、マウスの位置をオンラインで追跡します。
まず、アリーナの上にあるスクリーンに視覚刺激を投影します。オンラインでマウスの位置を追跡し、視覚刺激を動物の中心に据えるために、以前に定義した視覚刺激の位置に対応するアリーナ内の関心領域を事前に定義します。次に、17キロヘルツから20キロヘルツまでの周波数変調された3つのアップスイープの列を合計9秒間にわたって構成する聴覚刺激をテストします。
まず、プラットフォームの表面を70%エタノールで細心の注意を払って洗浄し、不要な嗅覚の手がかりを取り除きます。シェルターを水と70%エタノールですすぎ、もう一度水で洗ってエタノール臭を練習します。濡れているとネズミがシェルターに入るのを避ける可能性があるため、プラットフォームとシェルターの両方を完全に乾かします。
実験の前にプラットフォームを回転させることにより、試行ごとにプラットフォーム内のシェルターの位置を変えます。次に、マウスをホームケージに入れて実験室に持ち込み、ケージを試験台の横に置き、10分間順応させます。マウスのホームケージからシェルターの内側に2グラムの寝具を追加して、地元の嗅覚の手がかりとして機能します。
マウスをホームケージから取り外し、尻尾で取り出さないようにします。カップに入れるか、持ち上げることができるエンリッチメントアイテムに登らせてください。次に、マウスをアリーナの中央にそっと置き、ビデオ撮影を開始します。
7分間の慣れ時間を考慮し、その間、嫌悪刺激は提示されません。マウスが少なくとも一度はシェルターを見つけて入るのに十分な時間があることを確認してください。それは、4本の手足すべてがシェルターの中にいるときです。次に、動物が所定の関心領域に到達したら、マウスの上方を中心とした視覚刺激の送達を自動または手動でトリガーします。
同じセッションで複数のエスケープ応答を引き出すには、マウスが自発的にシェルターを離れるのを許可します。アッセイが終了したら、動物をホームケージに戻します。最後に、次の動物をテストする前に、プラットフォームとシェルターを掃除してください。
聴覚刺激または視覚刺激に曝露されたマウスは、刺激の開始から飛行の開始までの待ち時間が短いで、高速脱出応答を開始した。刺激から逃れるための平均潜時は、視覚刺激よりも聴覚刺激の方が有意に長かった。さらに、シェルターへのナビゲーションは正確で、飛行軌道は刺激の種類を問わず直線に近かった。
シェルターのない迷路への7分間の順応期間の後、長い視覚刺激の提示は、脱出ではなく凍結行動を引き起こしました。このテクニックを習得すると、適切に実行すれば90分で完了します。この手順を試行している間は、マウスがプラットフォームの端を調査している間ではなく、マウスの頭の上または上に視覚刺激を提示することを覚えておくことが重要です。
その開発後、この技術は、本能的行動の分野の研究者がマウスの本能的防御行動に対する学習知識の制御を探求するための道を開きました。このビデオを見れば、マウスの防御行動を引き出す方法と、逃避反応中の空間ナビゲーションを研究するためにマウスをどのように使用するかについて、十分に理解できるはずです。
概要
本プロトコルでは、空間環境の知識によって修正される本能的な防御行動を研究するための、バーンズ迷路試験に基づく行動アッセイについて解説します。本アッセイの目的は、動物が学習した目標地点に向けてどのようにナビゲートするかを明らかにすることです。
研究の主要構成要素
科学分野
- 神経科学
- 行動生物学
- 空間記憶
背景
- バーンズ迷路試験は、げっ歯類の空間学習および記憶を評価するために広く用いられている手法です。
- このアッセイにより、事前のトレーニングなしに目標指向性のナビゲーション行動を検討することが可能です。
- 空間的手がかりに関連した防御行動を理解することは、本能的な行動に関する洞察を得ることに繋がります。
- 先行研究では、感覚刺激が逃避反応に大きな影響を与えることが示されています。
研究目的
- 視覚および聴覚刺激がマウスの防御行動にどのように影響するかを調べる。
- 学習された知識と本能的な反応との関係を探索する。
- 制御された環境下で逃避行動を誘発し、測定するための信頼性の高い手法を開発する。
使用した手法
- 視覚および聴覚刺激を用いたバーンズ迷路のセットアップ。
- マウスの移動を追跡するための赤外線カメラの使用。
- 特定の逃避反応を誘発させるための感覚刺激のキャリブレーション。
- 試行前におけるマウスのテスト環境への馴化。
主な結果
- マウスは、聴覚刺激および視覚刺激に対して迅速な逃避反応を示した。
- 逃避までの潜時（レイテンシ）は、視覚刺激と比較して聴覚刺激の方が長かった。
- 刺激の種類にかかわらず、シェルターへの正確なナビゲーションが観察された。
- 馴化中にシェルターが存在しない場合、すくみ行動が認められた。
結論
- このアッセイは、感覚刺激が防御行動に及ぼす影響を効果的に実証します。
- この手法は、マウスにおける本能的な行動制御をさらに探索するために活用できます。
- これらの知見は、学習した手がかりに関連する空間ナビゲーションおよび記憶の理解に寄与します。
よくある質問
業界における重要性
本アッセイにより、バイオ医薬品研究者は、学習された空間記憶がマウスの本能的な防御行動をどのように調節するかを評価でき、嫌悪条件下での目標指向型ナビゲーションを研究するためのトランスレーショナルモデルを提供します。感覚誘発反応を認知地図に関連付けることで、本手法は神経精神疾患および神経変性疾患治療に向けたターゲットバリデーションにおけるメカニズム的なリスク低減を支援します。また、トレーニング不要で行動学的に妥当なパラダイムを提供するため、恐怖、不安、または空間認知に影響を与える化合物の前臨床スクリーニングにおける予測信頼性を向上させます。
バイオ医薬品研究開発における戦略的応用
初期探索およびターゲットバリデーション
- 科学的価値： 空間記憶が防御行動にどのように影響するかを究明し、脅威応答とナビゲーションに関与する神経回路を明らかにします。
- 運用的価値： 事前トレーニングなしでの仮説検証を可能にし、ばらつきを抑え、初期段階のターゲットエンゲージメント研究を加速させます。
スクリーニングおよびアッセイ開発
- 科学的価値： 脱出潜時とナビゲーション精度の定量的リードアウトを提供し、感覚処理および意思決定に対する化合物の影響の標準化された評価を可能にする。
- 運用的価値： 制御された刺激提示と自動トラッキングを通じてアッセイの標準化をサポートし、スクリーニングキャンペーン全体の再現性を向上させる。
トランスレーショナル・前臨床研究
- 科学的価値： 生得的行動と学習による認知を結びつけ、環境的コンテキストが疾患に関連するシステムにおける薬剤反応性経路をどのように変化させるかについての洞察を提供します。
- 運用上の価値： 変動する環境条件下での適応行動をモデル化することにより、発見から前臨床検証までの継続性を促進します。
パイプラインおよびワークフローの統合
このアッセイは、標的の同定からリード化合物の最適化に至る創薬の連続的なプロセスに適合しており、特に恐怖、不安、または空間記憶の神経回路を標的とする化合物に適しています。
- ディスカバリーバイオロジー： 学習された目標が本能的な反応をどのように調節するかというメカニズムの解明をサポートし、ターゲットのデリスキング（リスク低減）に寄与します。
- スクリーニング： 神経活性化合物のハイスループット・コンテンツスクリーニングに適した、再現性のある定量的な行動出力を提供します。
- アナリティクス： 薬力学的リードアウトとして、逃避潜時、経路効率、およびシェルター到達精度などの測定を可能にします。
- トランスレーショナルリサーチ： 空間知識が防御戦略にどのように影響するかをモデル化し、PTSD、アルツハイマー病、および依存症の研究に関連します。
- エンタープライズでの再利用： 複数の創薬段階にわたってCNS（中枢神経系）標的治療薬を評価するための、拡張可能なプラットフォームとなります。
運用および企業への影響
- 科学的価値：空間記憶が防御行動に寄与する影響を分離することで、メカニズム上の曖昧さを軽減します。
- 運用的価値：事前トレーニングの必要性をなくし、運用の負担を軽減するとともに、行動コアファシリティにおけるスループットを向上させます。
- 戦略的価値：標準的なアッセイでは見逃される可能性のある、文脈依存的な薬剤効果を明らかにすることで、go/no-go判断を改善します。
- ポートフォリオへの影響：行動学的に妥当で環境的に困難なシナリオにおける効果に基づいた、リスク調整済みの化合物の優先順位付けを可能にします。
実施上の留意点
- 行動神経科学およびビデオベースのトラッキングシステムの専門知識が必要です。
- 聴覚・視覚刺激および赤外線イメージングセットアップの精密なキャリブレーションに依存します。
- 嗅覚的な混同要因を制御するため、プラットフォームの洗浄およびシェルター準備の標準化が必要です。
- 馴化過程における探索およびシェルター探索行動の個体差を考慮する必要があります。
- マウスモデルに限定されており、他種への外挿には行動学的および解剖学的な検証が必要です。
