Methodenartikel

Geautomatiseerd, op lange termijn gedrags Assay voor cognitieve functiestoornissen bij meerdere genetische modellen de ziekte van Alzheimer, met behulp van IntelliCage

DOI:

10.3791/58009

⸱

4 augustus 2018

 ,  , 
1Laboratory for Behavioral Genetics, Center for Brain Science, RIKEN, 2Organization for Research Initiatives and Development, Doshisha University

In dit artikel

Samenvatting

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Dit witboek beschrijft een protocol voor cognitieve evaluaties voor genetische modellen de de ziekte van Alzheimer met behulp van het IntelliCage systeem, dat een hoge-doorvoer geautomatiseerde gedrags controlesysteem met Operante conditionering is.

Samenvatting

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Meerdere factoren — zoals veroudering en genen — worden vaak geassocieerd met cognitieve achteruitgang. Genetisch gemodificeerde Muismodellen van cognitieve achteruitgang, zoals de ziekte van Alzheimer (AD), zijn een veelbelovend instrument ter verheldering van de onderliggende mechanismen en bevordering van de vooruitgang op therapeutische gebied geworden. Een belangrijke stap is de validerings- en karakterisering van verwachte gedrags afwijking in de modellen, in het geval van AD, cognitieve achteruitgang. De lange termijn gedrags onderzoeken van proefdieren te bestuderen van het effect van de veroudering van de aanzienlijke inspanningen van de vraag van onderzoekers. Het IntelliCage systeem is een high-throughput en kosteneffectieve testbatterij voor muizen die de noodzaak voor dagelijkse menselijke behandeling elimineert. Hier beschrijven we hoe het systeem wordt gebruikt in de lange termijn fenotypering van het model van een genetische ziekte van Alzheimer, specifiek gericht op de cognitieve functies. Het experiment heeft herhaalde batterij van tests die beoordelen van ruimtelijke leren en uitvoerende taken. Deze kosteneffectieve leeftijd-afhankelijke fenotypering laat ons de tijdelijke en/of permanente effecten van genen op verschillende cognitieve aspecten te kunnen identificeren.

Inleiding

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

De ontwikkeling van diermodellen voor neuronale ziekte de afgelopen tien jaar heeft verstrekt een mechanistische begrip van hun basis en ter bevordering van de vooruitgang op therapeutische gebied1,2,3. Toepassing van een high-throughput gedrags testbatterij in genetische diermodellen is een heuristische onderzoekhulpmiddel te onderzoeken van de onderliggende mechanismen van ziekten bij de mens en de identificatie van drugs therapieën. Onderzoek test batterijen aangepast voor de lange termijn waarneming van veroudering en/of dementie modellen hebben traditioneel gedwongen laboratoria te consumeren van grote hoeveelheden van gespecialiseerde mankracht en tijd. Een huis-kooi controlesysteem zou een kostenefficiënte strategie aangezien het afbreuk doen aan de kosten van gedrags observatie door de mens. Sommige onderzoeksteams hebben geautomatiseerde visie gebaseerde tools die gedrags fenotypering van één individu in een kleine kooi4,5,6 helpenontwikkeld. Echter, dergelijke methoden beperken de sociale interactie, de grootte van testen omgevingen en de verscheidenheid van gedrags maatregelen waarin cognitieve functies. De IntelliCage is een tweede generatie home-kooi controlesysteem dat is ontworpen voor het uitvoeren van verschillende cognitieve taken in een sociaal huis kooi. Nog belangrijker is, deze methode kan elimineren dagelijks verwerken dat maakt ons voor het uitvoeren van langdurige gedrags monitoring met evaluatie van cognitieve functies, en het kan elimineren de behoefte aan gespecialiseerde praktische afhandeling, en zeer reproduceerbaar inschakelen data acquisitie7. Hier beschrijven we de lange termijn fenotypering en validatie in genetische Muismodellen van de ziekte van Alzheimer (AD) dat is gegenereerd onlangs8,9,10 met behulp van het geautomatiseerde toezicht op de home-kooi systeem. Een testbatterij, waaronder evaluaties van ruimtelijke leren en uitvoerende taken, werd herhaaldelijk uitgevoerd op meerdere punten van de leeftijd (9-12 en 14-17 maanden oud). Deze leeftijd-afhankelijke fenotypering konden we de effecten van de transiënte en/of permanente van genen op verschillende cognitieve aspecten te kunnen identificeren. We vonden dat sommige modellen van AD bleek zowel tijdelijke als permanente fenotypes van verschillende cognitieve aspecten in de lange termijn analyse met behulp van de geautomatiseerde huis-kooi monitoring systeem10getest. De geautomatiseerde studie met behulp van home-kooi monitoringsysteem is dus nuttig en rendabel voor de lange termijn gedrags fenotypering en validatie in verschillende modellen van cognitieve dysfunctie.

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Protocol

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Al de procedures werden goedgekeurd door de institutionele dier zorg en gebruik van de Commissie, en zij werden uitgevoerd volgens de richtlijnen van de RIKEN hersenen wetenschap van het Instituut voor dierproeven.

1. instelling toestellen

Opmerking: Een overzicht van het geautomatiseerde systeem van het toezicht van de huis-kooi is afgebeeld in Figuur 1. Elk systeem (39 x 58 cm x 21 cm) bevat een microprocessor en vier hoek kamers, die allemaal twee flessen van water en een ring antenne voor het opsporen van radiofrequentie identificatie van de transponders ingeplant op de dieren (figuur 1A). De identificatienummers van de microprocessor worden gedefinieerd door de roterende selector (hardwareadressen) (figuur 1B). De identificatienummers van de microprocessor moeten niet overlappen. Twee deuren in elke hoek worden geregeld door computers, die worden gebruikt voor de Operante conditionering (Figuur 1 c). Normaal gesproken kan elke kooi beoordelen tot 12 muizen (Zie Figuur 2 als voorbeeld van groepshuisvesting). Met behulp van een groter aantal muizen is aanvaardbaar. Echter een moet ervoor zorgen dat de muizen niet overdreven vechten doen en dat zij niet zijn overvol wanneer zij sterk concurrerende taken uitvoert.

  1. De kooien verbinden met een computer serieel via CAN kabels.
  2. De batterij-kabels verbinden de stekkers in de microprocessor (Power-on). Alle LEDs moeten vervolgens worden ingeschakeld voor een paar seconden en alle deuren moeten verplaatsen. Als de LED's niet uitschakelen of als de deuren niet verplaatsen, koppel en replug het netsnoer (slechte elektrische aansluitingen kunnen leiden tot onjuiste werking).
  3. Zorg dat de schuifdeuren open en nauwe correct. Als de deuren niet goed bewegen, controleert u de kleine magneten gekoppeld aan de zwarte arm. Als dit probleem vaak optreedt, kunt u overwegen de magneet aan de tak te lijmen.
  4. Blijven de voorwaarden van de deuren in de experimenten (ten minste eenmaal per dag) te controleren.
  5. De PC inschakelt.

2. software

Opmerking: Alle drie de componenten van de software ("Ontwerper", "Controller" en "Analyzer") voor het geautomatiseerde systeem van het toezicht van de huis-kooi zijn ontworpen als grafische user interfaces (Figuur 3). Gebruikers kunnen eenvoudig bepalen of verschillende functies toe te voegen tijdens het experiment.

  1. Het maken van bestanden met behulp van de 'Designer' experimenteren
    Opmerking: De 'Designer' wordt gebruikt voor het genereren en bewerken van experimentele bestanden (programma's op het systeem) voor het uitvoeren van verschillende experimentele protocollen en voor het testen van de status van het systeem (figuur 3A). Een experimentele bestand sluit de dierlijke lijst, hardware instelling en meerdere experimentele protocollen. Gebruikers kunnen ook gepubliceerd Dagboek protocollen verkrijgen door contact opnemen met de auteurs.
    1. De dierlijke lijst maken
      1. De voorwaarden worden vastgesteld. Bouwen van het grand proefopzet, waarin de volgende parameters: 1) het aantal onderwerp muizen, 2) het aantal genetische lijnen (of behandelgroepen), 3) seks (mannelijke dieren, vrouwelijke dieren of beide), en 4) het nummer van de kooi moet worden gebruikt.
      2. Selecteer het type van de passende transponder (DataMars of Trovan) in de centrale werkbalk.
      3. Instellen "groepen". In het deelvenster 'Groepen' toevoegen of verwijderen van de experimentele groepen (dwz., genotypen of behandelingen) door op de "groene plustekens (+)" of "Rode Kruis (x)" knop in het venster "Groepen" respectievelijk.
      4. Hoofdknooppuntverzamelingsclusters "". De functie 'Cluster' werken van subgroepen even door het definiëren van de juiste, onjuiste en neutrale hoeken en zijden.
        Opmerking: Het bezoek, nosepoke en lik gebeurtenissen, de belangrijkste gegevens voor gedrags taken, zijn allemaal gekoppeld aan de definitie. Deze instelling is vereist voor ruimtelijke leertaken. De gedefinieerde clusters voor elk dier ongewijzigd gedurende het gehele experiment. Bijvoorbeeld in een cluster voor plaats voorkeur (PP) taak of plaats voorkeur omkering (PPR), een hoek wordt gedefinieerd als juiste (water-toegankelijk) en drie hoeken worden gedefinieerd als onjuist (water ontoegankelijke). Clusters kunnen bovendien worden gekoppeld aan een ander met behulp van de "Link" functie.
      5. Het toewijzen van variabelen met inbegrip van de "Naam", "Tag" (transponder-ID), "Sex", "Groep" en "Cluster".
      6. Opslaan en plak de dierlijke lijsten door het selecteren van "exporteren"... en "Import dieren"... in het menu "Bestand" om te repliceren de dierlijke lijsten voor een ander experiment.
    2. De hardware in de 'Setup' tab. Set van alle systemen die gebruikmaken van hun bijbehorende id-nummers (hardware-adres) in het "Setup"-tab. dialoogven het aantal adressen in de 'designer'-sectie aan het werkelijke aantal adressen instellen.
    3. Bouwen van de experimentele protocollen op het tabblad "IntelliCage"
      1. Het bouwen van de experimentele protocollen op het tabblad van de "IntelliCage" met behulp van de volgende hoofd- en inferieur tabs (tabbladen "Module" en "Optie").
      2. Ontwerp de experimentele structuren in de ruimte"Module" door te klikken op het tabblad van de "Module" (figuur 3A). Als u wilt toevoegen van nieuwe modules, drukt u op de "Add" (green plus knop op het tabblad "Module").
        Opmerking: Er zijn vier verschillende soorten componenten, namelijk "Taken", "Utils", "Journalisten" en "Evenementen". Meestal begint een experiment met een trigger-evenement, namelijk "Bezoek", "Nosepoke" of "Drinken". Om de trigger gebeurtenis selecteert, sleept u de bijbehorende eenheid in de evenementen sectie om te definiëren van het eerste teken. Sleep vervolgens de output voor bepaalde actuatoren (zoals deuropening) stelt de eenheden van de sectie van "Taken" (bv., "Deur", "LED" en "Air").
      3. Sleep de eenheden, aangetoond in "Eenheden" deel, in de "Module ruimte".
        Opmerking: Nogmaals, gebruikers kunnen gepubliceerde protocollen (als experimentele bestanden) verkrijgen bij de auteurs en de bestanden opnieuw te gebruiken door nieuwe dierlijke lijst importeren. Gebruikers hebben niet te maken van alle modules.
      4. Sleep om een nosepoke aanpassing (NPA) module (figuur 6A), de "Deur" eenheid van de sectie "Taken", "Poort" en "Timer" eenheden van de sectie van de "Utils" en de "Bezoek" en "Nosepke" eenheden uit de 'Events' sectie in de "Module ruimte".
      5. Link "Any" op de "ON"-lijn van de eenheid van de Nosepoke "In" in de Gate-eenheid. Link "Out" naar "Close" in de "Poort" eenheid. Link "Out" in de "poort" in "Activeren" in de "Timer" eenheid. Link "Out" in de poort openen in de "Deur"-eenheid. Koppelen "Uit" in het "Timer" eenheid "Close" in de "Deur" eenheid. "Periode" als 5.000 (ms) in de sectie van de Timer instellen.
        Opmerking: De "Poort" eenheid is gebruikt om de input en output van de reeks. In de "Open" staat (de standaardstatus), zal de volgorde die is aangesloten op de "uitgang" worden beheerd. In tegenstelling, in de "Close" staat, zal de volgorde die is aangesloten op de uitgang worden gestopt. De kans van de opening tarief kan worden opgegeven (figuur 6A, figuur 8Aen figuur 9A). De "Module Selector" wordt gebruikt voor het wijzigen van de modules willekeurig of in een bepaalde volgorde van dezelfde experimentele periode. In de seriële reactietijd (SRT) taak, bijvoorbeeld, zijn de modules (van variabele vertraging lengtes) willekeurig overgeschakeld op elk uiteinde van het bezoek met behulp van de Module Selector (set "RandomExcludeDefault"-modus) gekoppeld aan de regel "END" van de "Bezoek" eenheid (figuur 8A ). De eenheid "Splitter" zal worden gebruikt om een ingangssignaal naar een opgegeven kant van de hoek. Dit is vereist voor meer ingewikkelde modules zoals die welke worden gebruikt in de SRT of vertraging discontering (DD) taak, waarvoor de operatie van een specifieke kant. Bijvoorbeeld, wordt de taak van de DD, slechts één kant (gezoete kant) geopend met een vertraging (figuur 9A).
      6. Define de aanvankelijke status van de deuren in kooien in het "Options" tab. opgeven alle deuren moet worden gesloten in de sessie niet-drinken als de typische Beginstatus voor PP of PPR taken.
      7. Stel het tijdschema in het tabblad "Opties". De Modules op bepaalde tijdstippen zijn gewijzigd en de actie die is gedefinieerd in het venster "Dag Patterns" wordt uitgevoerd.
        Opmerking: Het deel van de "Dag Patterns" kan worden gebruikt om in te stellen van het venster van de experimentele tijd. Typisch, de nachttijd, actieve fase van de muizen, wordt gebruikt ter beoordeling van het gedrag in de cognitieve taken. Het moet opgemerkt worden dat de duur van de taak invloed kunnen zijn op de hoeveelheid water inname. Als de duur lang in relatief eenvoudige taken is, afnemen de prestaties in het einde van de tijd-venster als gevolg van tevredenheid. Het venster van de tijd is dus moet zorgvuldig worden ingesteld.
  2. Uitvoeren experiment met behulp van het "Controller"
    1. Het experimentele bestand laden door op te drukken de "Experiment"... knop in de sectie van de "Instelling" in het "Controller".
    2. Voer het experiment door te drukken op de knop "Start" van de "Controller" (juiste middengedeelte).
    3. Bewaken en visualiseren van de huidige status van het systeem en de muizen.
      Opmerking: De gedrags gebeurtenissen worden als volgt verklaard: bezoek, invoeren naar een hoek (gedetecteerd door thermische sensor); nosepoke, de neus om het gat in de hoek (gedetecteerd door de infrarood-straal, en kan worden onderverdeeld in linker- en nosepoke); likken, likt gedetecteerd door lickometer (geteld als contacttijd en frequentie).
    4. Controleer zorgvuldig de status van het systeem, met vooral aandacht voor de waarschuwingen.
      Let op: Fouten als gevolg van een onjuiste dierlijke tag (transponder nummer) zal worden gerapporteerd in het logboek zelfs als de werkelijke tag-nummer juist is (dwz., "Unregistered label ***", "Aanwezigheid signaal zonder antenne registratie", enz.). Dit kan worden veroorzaakt door het gebruik van een transponder die is verlopen. Deze fout is echter niet een ernstig probleem. In dit geval, moet een gecontroleerd of dat het dier geïdentificeerd in het bericht kan worden gedetecteerd. Fouten als gevolg van lange periodes zonder een bezoek of een drankje worden weergegeven als, bijvoorbeeld, "*** (dier ID) maakten geen bezoeken tijdens de laatste 720 minuten" (figuur 3B). Controleer zorgvuldig de verschillende mogelijkheden die tot dergelijke fouten leiden kunnen. Het meest ernstige geval is dat het dier al dood is. De tweede meest ernstige mogelijkheid is dat er een probleem met het detectiesysteem voor het dier (de transponder werkt niet of is uitgevallen). De derde mogelijkheid is dat het dier net niet actief is. Als het dier niet alle bezoeken voor een volledige 24-uurs periode maakt, moet de experimentator overwegen het verwijderen van het dier uit de kooi wegens zijn gezondheidstoestand. Een ernstig probleem waaraan nog geen foutindicatie is het falen van de deur te sluiten (bijna altijd als gevolg van de problemen met de magneten op de deur). Dit resulteert in de creatie van een ongepast drinken hoek. Om dit probleem, moeten de voorwaarden van alle deuren tijdens een sessie niet-drinkende ten minste eenmaal per dag worden gecontroleerd. De gegevens verkregen wanneer dit probleem aanwezig is kan niet worden gebruikt voor de analyse van PP, PPR, SRT of DD taken.
    5. Output alle gedrags gebeurtenissen met de tag voor de tijd en de dierlijke informatie door op de toets "Stop" te drukken op de "Controller" (figuur 3B).
  3. Gegevensverwerking met behulp van de "Analyzer"
    1. Met behulp van de "Analyzer", analyseren en visualiseren van de gegevens.
    2. De tijd-weggegooid gegevens exporteren als Excel-bestanden (Figuur 3 c). De grafische resultaten die worden weergegeven in het tabblad "Charts" kunnen het vergemakkelijken van het inzicht in de gegevens. In het tabblad "Gegevens", de gegevens in meerdere kolommen zijn gerangschikt en kunnen worden gesorteerd en gefilterd met eventuele parameters.

3. dierlijke voorbereiding

  1. Gebruik maken van dieren meer dan 15 g (leeftijd 2 maanden of ouder).
    Opmerking: Als de dieren kleiner dan 15 g zijn, meerdere muizen kunnen bezoeken een hoek gelijktijdig, wat leidt tot de mislukking in het verzamelen van gegevens. Leeftijd dieren moeten zorgvuldig worden gecontroleerd om ervoor te zorgen dat ze zijn in staat om te springen in de hoeken en beklim de feeder. Sommige oudere muizen of muizen met genetische mutaties vertonen motor waardeverminderingen kunnen sterven omdat ze geen toegang het water of voedsel tot.
  2. Het potentiële risico van agressie.
    Opmerking: Zelfs bij het gebruik van vrouwelijke muizen, is het beter om te beginnen alle de muizen samen in een kooi op een jonge leeftijd (dat wil zeggen, op de leeftijd van 1 maand) huisvesting vóór het opstarten van het experiment. Een profiel van de muis-regel, met name met betrekking tot agressiviteit, moet worden verkregen bij het gebruik van mannelijke muizen in de kooi.
  3. De radiofrequentie-identificatie transponders (gesteriliseerde, inbegrepen naald) subcutaan implantaat in de muizen dorso-cervicale regio onder Isofluraan inademing verdoving (Figuur 4).
    1. Hiermee plaatst u de muisaanwijzer in de zaal voor de inductie van de anesthesie.
    2. Aanpassen van de zuurstof debietmeter aan 0.8 aan 1,5 L/min en Isofluraan vaporisator aan 2.0 tot 2,5%.
    3. Laat de muisknop los uit de zaal inductie nadat het respiratoire tarief traag geworden (ongeveer 5% daling).
    4. Het handhaven van de narcose met een gezichtsmasker.
    5. Ophthalmic zalf toepassen ogen om te voorkomen dat het drogen van het oog.
    6. Knijpen en til de huid rond het posterieure deel van de scapulae maken een zak.
    7. Doven de injectieplaats met 70% ethanol om te minimaliseren van de invoering van haar in de subcutane ruimte. Plaats vervolgens de injecterende naald via de huid evenwijdig aan de ruggengraat.
    8. De microchip subcutaan uitwerpen.
    9. Knijp de microchip via de huid te houden tussen Scapulier ruimte.
    10. De naald langzaam trekken. Blijven om te knijpen het gebied voor een paar seconden om hemostase.
    11. Gebruik na toediening pijnstilling als de naald is onjuist geplaatst.
    12. Laat de muisknop los van anesthesie.
    13. Plaatst u de muisaanwijzer in een kooi van herstel en het volgen totdat ze wakker en bewegen. Te voorkomen dat de muis zonder toezicht.
    14. De muis op de kooi terugkomen zodra het volledig ambulant is geworden.
    15. Controleer de geïmplanteerde transponder met een transponder lezer voor ten minste 1 week.
      Let op: De positie van de geïmplanteerde transponders is cruciaal voor de identificatie (Zie Figuur 2). Voeg geen de transponder verticaal in de hals; Dit kan leiden tot, dieren ontvangen ernstig letsel aan het ruggenmerg van het dier. Transponders, soms uitvallen na enkele uren of dagen. Controleren of de transponder werkt met behulp van een transponder-lezer. In optioneel, implantaat transponder opnieuw als het valt; Als u echter de herhaalde opnieuw implantaat, kan kunstmatige gedragsveranderingen veroorzaken. Controleer de vervaldatum. Verlopen transponders zal vaak onjuiste signalen doorgeven dat resulteert in het ontbreken van gegevens.
  4. Voeren van de dieren in de kooi en de transponders geïmplanteerd in de muizen met behulp van de lezers van de transponder controleren. Verwijder de muizen als de transponders worden niet gedetecteerd.

4. running experimenten

Opmerking: Muizen zijn ad libitum met standaardmuis chow gevoed en onderhouden met synthetische beddengoed dat elke 1 of 2 weken afhankelijk van de planning van de taak wordt gewijzigd. Vermijd het wijzigen van beddengoed tijdens ruimtelijke Leeropdracht vooral eerste 1-2 dagen. De lichten zijn op tussen 08:00 en 20:00 uur. De experimentele modules worden achter elkaar uitgevoerd volgens de wetenschappelijke vragen. De experimentele planning wordt geïllustreerd in Figuur 5.

  1. Algemene activiteit
    Opmerking: Muizen zijn sequentieel aangepast aan het milieu in de kooi met behulp van drie experimentele omstandigheden: de gratis aanpassing, waar de dieren altijd toegang de flessen water in de hoeken royaal tot (één dag tot 1 week voor gewenning wordt meestal beschouwd als adequaat zijn); VZW, waar de muizen kunnen toegang hebben tot de waterflessen voor 5 s na elke nosepoke in de gaten voor de deuren in de hoeken (3 dagen tot 1 week gewenning is meestal voldoende geacht); en het drinken sessie aanpassing, waar de muizen kunnen toegang hebben tot de flessen water op een bepaald tijdstip van de dag.
    1. Bereid de bestanden voor experiment voor de FA, NPA en DSA taken.
    2. De FA-taak wordt uitgevoerd in de "Controller".
    3. Meten van het aantal bezoeken, nosepokes en/of likken afleveringen dagelijks of circadiane activiteit regelmatig als een index van algemene activiteit.
    4. De NPA taak uitvoeren in de "Controller".
    5. De DSA-taak wordt uitgevoerd in de "Controller".
      Opmerking: Veel leren paradigma's moeten worden aangepast voor het drinken sessie. Gebruik om het tijdschema voor de DSA, twee verschillende experimentele modules: de standaard (voor water ontbering) sessie, en drinken sessie. De muizen geen toegang tot de flessen water, omdat er niets na een nosepoke in de standaard module gebeurt. Het drinken sessie is identiek aan de module van de NPA. Het tijdschema dat is gedefinieerd op het tabblad 'Opties' in de 'Designer' kan dan verschuiven naar de niet-drinken sessie gedefinieerd door een andere module.
  2. Ruimtelijk leren en geheugen taken
    Opmerking: De PP-taak wordt gebruikt ter beoordeling van ruimtelijke leren (gewoonlijk 5-7 dagen). In de taak van de PP, hebben de muizen beperkte toegang tot water in drie van de vier hoeken (een juiste hoek en drie onjuiste hoeken). Dus, zou de dieren hebben voor een bezoek aan een bepaalde hoek om te drinken van water tijdens het drinken sessies. De PPR taak wordt gebruikt ter beoordeling van flexibiliteit of compulsivity en de mogelijkheid om gedrag te veranderen vloeiend (gewoonlijk 5-7 dagen). In de taak van de PPR, de muizen kunnen alleen toegang tot water in de tegenoverliggende hoeken gebruikt als de juiste hoek in de PP-taak.
    1. Bereid de bestanden voor experiment voor de PP en PPR taken. Definieer de juiste hoeken voor de muizen door te stellen van de "Clusters" (meestal 1-4 hoeken elke) in het tabblad 'Dier' van de 'Designer' (Zie figuur 6A, beneden). Voorkom zwaar verkeer in een van de hoeken, verdelen de vier hoeken alle muizen uniform.
    2. De PP-taak uitvoeren in de Controller.
    3. Evalueer de prestaties van de ruimtelijke leren op het tijdsverloop, de nummers en het percentage van de juiste nosepokes.
      Opmerking: De huidige versie van de PP-taak richt zich meer op ruimtelijke leren in plaats van, ruimtelijke geheugen, aangezien de taak niet een tijdsverschil tussen de verschillende proeven vereist. Om meer te richten op ruimtelijke geheugen, kunt u overwegen de plek vermijden (PA) taak of een ongedefinieerde nieuwe versie van de ruimtelijke taak die gebruikmaakt van specifieke tijd kloof tussen proeven.
    4. De PPR taak uitvoeren in de "Controller".
    5. Evalueren van flexibiliteit of compulsivity gebaseerd op het tijdsverloop, het nummer en het percentage van de juiste nosepokes.
      Opmerking: Interpretatie van de gegevens van de PPR vereist verscheidene zorgvuldige beslissingen. Eerste vervulling van de taak van de PPR is sterk afhankelijk van de prestaties in de PP-taak. Dit is omdat de PPR taak afhankelijk is van de storing of de noodzaak om te veranderen van gedrag. Daarom kunnen de prestaties van de PPR zijn vooral arme als de vervulling van de taak van de PP bijna 100% correct is. Flexibiliteit kan worden beschouwd als een van de uitvoerende functies11,12,13.
    6. Beoordelen van ruimtelijke angst geheugen in PA.
      Opmerking: De taak van de PA bestaat uit 4 continu sessies: gewenning (dag 1); conditioning (lucht-bladerdeeg wordt ingevoerd na nospoke aan alle zijden van een vooraf gedefinieerde hoek [onjuiste nosepoke], dag 2); 24u einde buiten de testen kooi (de muizen zijn weer in hun normale huis-kooien, dag3 geplaatst); brengen muizen terug in de testen kooi zonder lucht-bladerdeeg (4-10 dagen).
      1. Het experiment-bestanden voorbereiden op PA.
      2. Gewenning (dag 1) worden uitgevoerd.
      3. Airconditioning (dag 2) worden uitgevoerd.
      4. De muizen rekening normale huis kooien en houden gedurende 24 uur (dag3).
      5. De muizen terug te nemen naar de testen kooi en uitvoeren van het testprotocol (dag 4-10).
      6. Evalueren van de aversieve ruimtelijke leren op basis van de verhouding van onjuiste nosepokes op de dag van de conditionering (dag 2), de aversieve ruimtelijke geheugen op basis van die op de dag van terugkeer naar de testen kooi (dag 3), en uitsterven leren op basis van dat op 4-10 dagen.
  3. Beoordeling van de uitvoeringsfunctie (impulsiviteit, aandacht en Compulsivity)
    1. SRT taken
      Opmerking: Deze procedure was eerder beschreven in meer detail10,14. In deze reeks taken, worden alle vier de hoeken geëxploiteerd op dezelfde manier, 24 uur per dag. De SRT bestaat uit twee trainingen (SRT-Training 1 en 2) en twee testen sessies (SRT-Test 1 en 2). In de eerste trainingssessie (SRT-Training 1), zijn de dieren opgeleid om te leren dat de gele LED licht een startschot voor een nosepoke is. De LED-lampjes flash altijd onmiddellijk na de initiële nosepoke (vertraging is ingesteld op 0 s).
      In de tweede training (SRT-Training 2), is de vertraging ingesteld op willekeurig variëren tussen 0.5, 1.0, 2.0 en 4.0 s. Tijdens deze periode hebben vroegtijdige reacties geen gevolg (pre opleiding). Eventuele nosepoke tijdens de vertragingsperiode wordt beschouwd als een voortijdige reactie, terwijl de eerste nosepoke wanneer de deur wordt geopend (5 s) wordt beschouwd als een correcte reactie. In de eerste testsessie (SRT-Test 1, gebruikt ter beoordeling van impulsiviteit), de eerste nosepoke definieert de juiste kant en initieert een vertragingstijd (0,5 – 4.0 s, afhankelijk van de fase van de taak), na die gele LEDs zijn ingeschakeld voor een bepaalde periode (stimulans duur = 2.0 s, afhankelijk van de fase van de taak). De deur is dan geopend. De eerste nosepoke na de vertragingsperiode de deur opent (5 s) en wordt geteld als een juiste nosepoke, terwijl een nosepoke tijdens de vertragingsperiode wordt beschouwd als vroegtijdige nosepoke. Er zijn verschillende wijzigingen in de tweede testsessie (SRT-Test 2, gebruikt ter beoordeling van de aandacht). Na het starten van een stimulus (0,2 – 1,0 s, iets korter dan de eerste test), de muizen zijn voorzien van een periode waarin nosepokes zijn toegestaan (de beperkte houden, meestal 2 s). De deuren open (5 s) pas na een juiste nosepoke, die de eerste nosepoke tijdens de beperkte greep is. Nosepokes nadat de beperkte wachtruimte worden beschouwd als nosepoke weggelaten en niet leiden tot wijzigingen in het resultaat. De fouten worden onderverdeeld in drie typen: vroegtijdige nosepoke, weggelaten nosepoke en verzuim (alleen eerste nosepoke). Detest aandacht vereist vermogen te merken LED-flitser (gedefinieerd door de duur van de prikkel duur) evenals matig snelle reactie (gedefinieerd door de duur van de beperkte hold). De tijdsverloop van het proces wordt geïllustreerd in Figuur 7.
      1. Bereid de bestanden voor experiment voor SRT taken.
      2. Voer de SRT-Training 1 voor 3 dagen.
      3. De SRT-Training 2 een looptijd van 7 dagen.
      4. De SRT-Test 1 (impulsiviteit) een looptijd van 7 dagen. Bereken de impulsiviteit op basis van de volgende formule:
        figure-protocol-1
        waar P is het aantal voortijdige nosepoke proeven (of het aantal onjuiste nosepoke), en T is het aantal totale experimenten (het aantal eerste nosepoke).
      5. De SRT-Test 2 (aandacht) een looptijd van 7 dagen. De nauwkeurigheid (die wordt beschouwd als een prestatie-indicator voor de aandacht) te berekenen met de volgende formule:
        figure-protocol-2
        waar C is het aantal juiste nosepoke proeven (aantal juiste tweede nosepokes), T is het aantal totale experimenten (het aantal eerste nosepokes), O is het aantal omissie experimenten (aantal proef ontbreekt een tweede nosepoke) en P is het aantal voortijdige nosepoke proeven (of het aantal tweede onjuiste nosepoke voordat het beperkt houden).
    2. DD taak
      Opmerking: Dit is een simpele keuze taak, waar de dieren kiezen te wachten gezoete water (SW, sacharine 0,5% of 10% sucrose) te drinken met een vertraging of normale water een onverwijld te drinken. De deur aan de gekozen kant opent terwijl aan de andere kant de deur gesloten blijven. De SW en gewoon water worden toegewezen in de linker- of zijden van alle hoeken identiek. De planning van de taak DD omvat de opleiding en test sessies. In de trainingssessie, de muizen kunnen toegang krijgen tot zowel SW en water zonder een wachttijd. Aldus, zal de muizen hun voorkeur aan de SW kant ontwikkelen. In de test sessies, verhoogt de wachttijd dagelijks (dwz., 0, 1, 2,..., 8 s). De vertragingen sequentieel dagelijks te verhogen door meerdere modules tentoonstellen van verschillende vertraging lengte (0, 1, 2,..., 8 s) en het instellen van de "Link" in de "Module" en "Opties" gebieden (dag patronen). In deze taak werken alle vier de hoeken op dezelfde manier, 24 uur per dag.
      1. De experimentele bestand voor DD taak voorbereiden.
      2. Het definiëren van de kant van de SW (rechts of links zijden op de alle hoeken).
      3. De flessen water aan de gedefinieerde zijkanten vervangen door de flessen met SW.
      4. Voer de trainingssessie voor de opleiding van de dieren te drinken SW aan de gedefinieerde zijkanten zonder vertraging voor 5-7 dagen.
      5. Bereken de voorkeur-index, die is gedefinieerd als de verhouding van likken of nosepoking aan de zijkant van de SW aan het totale aantal likt of nosepokes. De index van de voorkeur voor de kant die met SW wordt dus als volgt berekend:
        figure-protocol-3
        of
        figure-protocol-4
        De voormalige index richt zich meer op het resultaat van de actie, terwijl de laatste richt zich meer op keuze gedrag.
        Opmerking: Zorg ervoor dat de meeste muizen bij voorkeur kiezen voor de zijkanten met de SW (> 90% voor de likken nummer gebaseerde index, > 80% voor de eerste nosepoke gebaseerde index) aan het einde van de opleiding.
      6. Vervolgens lopen de testsessie van DD taak voor 9 dagen (vertraging 0 tot en met 8 s).
      7. Beoordelen van het tijdsverloop van de verandering in de voorkeur naar de kant met SW om te evalueren van de compulsivity.
  4. Data-analyse
    1. Openen van de archieven met behulp van de "Analyzer" en alle gegevens exporteren naar Excel-bestanden. Als het bedrag van de hoeveelheid gegevens vrij groot is, is het beter om de gegevens te filteren (dwz., pak de drinken sessie voor de ruimtelijke taken, en de eerste en tweede nosepokes voor SRT taken).

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Resultaten

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

In onze eerdere studie, werden de leeftijd-afhankelijke cognitieve tekorten in AD modellen ontdekt door de experimenten met behulp van de geautomatiseerde huis-kooi monitoring systeem10. Hun prestaties van AD modellen in PP was intact bij zowel jonge volwassenen en oudere onderwerpen; de prestaties in de PPR was echter aanzienlijk en geleidelijk verminderde (Figuur 6). Het is ook belangrijk om het observeren van het algemene gedrag of ...

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Discussie

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Dit document wordt de methode met behulp van het geautomatiseerde systeem van het toezicht van de huis-kooi voor lange termijn cognitieve en gedragsmatige testen in genetisch gemodificeerde AD modellen beschreven. De meest kritische stap is de inplanting van de transponder in de juiste positie. Voordat u de implantatie, ervoor zorgen dat de verloopdatum van de transponder niet is verstreken. Het tweede belangrijke punt is om te controleren de werking van het systeem dagelijks, vooral naarmate een klein probleem kan vervo...

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Openbaarmakingen

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Geen belangenconflicten verklaard.

Dankbetuigingen

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

We bedanken Reiko Ando voor haar hulp bij fotograferen materialen. Dit onderzoek werd gesteund door de Grant-in-Aid voor verkennend onderzoek (JSPS KAKENHI Grant nummer 16K 15196).

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Materialen

Lijst van materialen gebruikt in dit artikel
NaamBedrijfCatalogusnummerOpmerkingen
IntelliCageTSE Systems-Aangeschaft in 2011 of later
PCDellInspiron 580s-
DisplayDellSI75T-WL-
ALPHA-driShepherd Specialty Papers-Standaard beddengoed
Aron Alpha (Krasy Glue) 2 gToagosei (Krasy Glue)#04612Cyanoacrylaten voor het lijmen van magneet en blak arm
Handheld Transponder ReaderBTS-IDR-560Transponderlezer, die zowel Trovan als DataMars leest
TransponderDataMarsT-VA, T-VAS, of een andere serieBasispakket van transponders en implanteerapparaten
Diamond Grip PlusAnsel MicroflexDGP-INT-MExperimentele handschoen
IsofluranePfizer1119701G1092-
Verdamper voor kleine dierenDS Pharma BiomedicalSF-B01Gezichtsmasker inbegrepen
Neo-MedrolPfizer006472-001Oogzalf
Ethanol (70%)---
ExcelMicrosoft00202-51382-15524-AA928Voor data-analyse

Referenties

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Bryan, K. J., Lee, H., Perry, G., Smith, M. A., Casadesus, G. Transgenic Mouse Models of Alzheimer's Disease: Behavioral Testing and Considerations. Methods of Behavior Analysis in Neuroscience. , CRC Press/Taylor & Francis. (2009).
  2. Nestler, E. J., Hyman, S. E. Animal models of neuropsychiatric disorders. Nature Neuroscience. 13 (10), 1161-1169 (2010).
  3. Crawley, J. N. Behavioral Phenotyping Strategies for Mutant Mice. Neuron. 57 (6), 809-818 (2008).
  4. Zarringhalam, K., Ka, M., et al. An open system for automatic home-cage behavioral analysis and its application to male and female mouse models of Huntington's disease. Behavioural Brain Research. 229 (1), 216-225 (2012).
  5. Prusiner, S. B., Jackson, W. S., King, O. D., Lindquist, S. The power of automated high-resolution behavior analysis revealed by its application to mouse models of Huntington's and prion diseases. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 95 (23), 13363-13383 (1998).
  6. Jhuang, H., Garrote, E., et al. Automated home-cage behavioural phenotyping of mice. Nature Communications. 1 (6), 1-9 (2010).
  7. Krackow, S., Vannoni, E., et al. Consistent behavioral phenotype differences between inbred mouse strains in the IntelliCage. Genes, brain, and behavior. 9 (7), 722-731 (2010).
  8. Nilsson, P., Saito, T., Saido, T. C. New mouse model of Alzheimer's. ACS chemical. 5 (7), 499-502 (2014).
  9. Saito, T., Matsuba, Y., et al. Single App knock-in mouse models of Alzheimer's disease. Nat Neurosci. 17 (5), 661-663 (2014).
  10. Masuda, A., Kobayashi, Y., Kogo, N., Saito, T., Saido, T. C., Itohara, S. Cognitive deficits in single App knock-in mouse models. Neurobiology of Learning and Memory. , (2016).
  11. Chan, R. C. K., Shum, D., Toulopoulou, T., Chen, E. Y. H. Assessment of executive functions: Review of instruments and identification of critical issues. Archives of Clinical Neuropsychology. 23 (2), 201-216 (2008).
  12. Jurado, M. B., Rosselli, M. The Elusive Nature of Executive Functions: A Review of our Current Understanding. Neuropsychology Review. 17 (3), 213-233 (2007).
  13. Diamond, A. Executive Functions. Annual Review of Psychology. 64 (1), 135-168 (2013).
  14. Kobayashi, Y., Sano, Y., et al. Genetic dissection of medial habenula-interpeduncular nucleus pathway function in mice. Frontiers in behavioral neuroscience. 7, 17(2013).
  15. Robinson, O. J., Vytal, K., Cornwell, B. R., Grillon, C. The impact of anxiety upon cognition: perspectives from human threat of shock studies. Frontiers in human neuroscience. 7, 203(2013).
  16. Robbins, T. The 5-choice serial reaction time task: behavioural pharmacology and functional neurochemistry. Psychopharmacology. (3-4), 362-380 (2002).
  17. Asinof, S. K., Paine, T. A. The 5-Choice Serial Reaction Time Task: A Task of Attention and Impulse Control for Rodents. Journal of Visualized Experiments. (90), e51574(2014).
  18. Codita, A., Gumucio, A., et al. Impaired behavior of female tg-ArcSwe APP mice in the IntelliCage: A longitudinal study. Behavioural brain research. 215 (1), 83-94 (2010).
  19. Blumstein, D. T. Habituation and sensitization: new thoughts about old ideas. Animal Behaviour. 120, 255-262 (2016).
  20. Endo, T., Maekawa, F., et al. Automated test of behavioral flexibility in mice using a behavioral sequencing task in IntelliCage. Behavioural brain research. 221 (1), 172-181 (2011).
  21. Voikar, V., Colacicco, G., Gruber, O., Vannoni, E., Lipp, H. -P., Wolfer, D. P. Conditioned response suppression in the IntelliCage: assessment of mouse strain differences and effects of hippocampal and striatal lesions on acquisition and retention of memory. Behavioural brain research. 213 (2), 304-312 (2010).
  22. Puścian, A., Łęski, S., Górkiewicz, T., Meyza, K., Lipp, H. -P., Knapska, E. A novel automated behavioral test battery assessing cognitive rigidity in two genetic mouse models of autism. Frontiers in Behavioral Neuroscience. 8, 140(2014).
  23. Voikar, V., Colacicco, G., Gruber, O., Vannoni, E., Lipp, H. -P., Wolfer, D. P. Conditioned response suppression in the IntelliCage: assessment of mouse strain differences and effects of hippocampal and striatal lesions on acquisition and retention of memory. Behavioural brain research. 213 (2), 304-312 (2010).
  24. Harda, Z., Dzik, J. M., et al. Autophosphorylation of αCaMKII affects social interactions in mice. Genes, Brain and Behavior. , e12457(2018).
  25. Aarts, E., Maroteaux, G., et al. The light spot test: Measuring anxiety in mice in an automated home-cage environment. Behavioural Brain Research. 294, 123-130 (2015).
  26. Safi, K., Neuhäusser-Wespy, F., et al. Mouse anxiety models and an example of an experimental setup using unconditioned avoidance in an automated system -IntelliCage. Cognition Brain & Behavior. 10 (4), 475-488 (2006).
  27. Dzik, J. M., Puścian, A., Mijakowska, Z., Radwanska, K., Łęski, S. PyMICE: APython library for analysis of IntelliCage data. Behavior Research Methods. 50 (2), 804-815 (2018).

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Herprints en machtigingen

Toestemming aanvragen om de tekst of afbeeldingen van dit JoVE-artikel te hergebruiken

Toestemming aanvragen

Trefwoorden

IntelliCage systeemtesten van cognitieve functiesmodellen voor de ziekte van Alzheimerbeoordeling van ruimtelijk lerenanalyse van executieve functiesgenetische muismodellenradiofrequente identificatienosepoke adaptatiemodelomkering van plaatsvoorkeur

Gerelateerde artikelen