Zmęczenie dotyka wielu osób, może znacznie obniżyć jakość życia i często ma niejasną lub nieznaną patogenezę. Na przykład zmęczenie związane z rakiem (CRF) jest doświadczane przez większość pacjentów onkologicznych poddawanych leczeniu i może utrzymywać się długo po zakończeniu leczenia raka i przy braku wykrywalnego raka1. Co więcej, zmęczenie jest również widocznym objawem w wielu innych chorobach i zaburzeniach, w tym zespole chronicznego zmęczenia, depresji, cukrzycy i fibromialgii. Na szczęście istnieją interwencje niefarmakologiczne, które są w stanie pomóc niektórym osobom odczuwającym zmęczenie (np. ćwiczenia mogą zmniejszyć CRF u niektórych pacjentek z rakiem piersi2,3), ale wielu osobom nadal brakuje skutecznego leczenia. Co więcej, nie stwierdzono, aby istniejące metody leczenia CRF były w szerokim zakresie, jeśli w ogóle, skuteczne4-7.
Pomimo potrzeby terapeutycznej i braku opcji leczenia farmakologicznego, brakuje przedklinicznych testów zmęczenia, które pomogłyby w odkryciu i rozwoju nowych metod leczenia zmęczenia, zwłaszcza w modelach zwierzęcych. Jednym z niewielu przedklinicznych testów zmęczenia w badaniach na gryzoniach jest dobrowolna aktywność biegowa na kole (VWRA)9-15, w której myszy lub inne gryzonie mają swobodny dostęp do koła do biegania, a ich codzienna aktywność biegowa jest rejestrowana. W wielu badaniach VWRA jest jedyną miarą zachowania podobnego do zmęczenia, przy czym zachowanie podobne do zmęczenia jest definiowane (w VWRA lub obecnym protokole) jako spadek mierzonej aktywności fizycznej w grupie eksperymentalnej. Chociaż VWRA może zapewnić użyteczną podłużną miarę zachowania podobnego do zmęczenia, jest to test o stosunkowo niskiej przepustowości, przebieg różni się znacznie między wsobnymi szczepami myszy16 i wymaga indywidualnego trzymania badanych, co może powodować zmiany w zachowaniu i wydajności testu17-19. Inne testy, takie jak monitorowanie i analiza zachowania w klatce domowej, mogą również zapewnić ciągłe gromadzenie danych, a niektóre systemy mogą zezwalać na trzymanie badanych w parach20. Testy te mają użyteczność, ale mogą być mniej czułe jako sposób wykrywania zachowania przypominającego zmęczenie i, podobnie jak jazda po kołach, są również niskoprzepustowe.
W przeciwieństwie do VWRA, testy na bieżni mysi nie opierają się na dobrowolnej aktywności i mogą być wykonane w krótkim czasie, co pozwala na większą przepustowość. W porównaniu z VWRA, testy te wykorzystują zewnętrzne czynniki motywujące. W szczególności zwykle znajduje się naelektryzowana metalowa siatka umieszczona z tyłu ruchomego pasa, aby zapewnić myszom porażenie prądem, jeśli przestaną działać. Oprócz tej siatki uderzeniowej, myszy mogą być zmotywowane do biegania na bieżni za pomocą kilku innych metod, w tym szturchania, szturchania lub dotykania ich ręką, szczotką lub innym narzędziem i kierowania na nie krótkich podmuchów powietrza. Zamiast zmęczenia, testy na bieżni mysiej są często używane do pomiaru wydolności tlenowej i/lub beztlenowej21-25. Myszy są zmotywowane do biegania, dopóki nie są w stanie lub nie chcą kontynuować biegania na bieżni jako sposób na uniknięcie dalszych wstrząsów elektrycznych. Testowanie kończy się, gdy myszy spełniają kryterium wyczerpania. W tych protokołach, aby zapewnić, że myszy osiągną prawdziwe wyczerpanie fizjologiczne, kryterium wyczerpania jest często definiowane jako spędzenie pięciu ciągłych sekund leżąc na siatce uderzeniowej i nie kontynuując biegu w obliczu powtarzających się bodźców awersyjnych. Tak więc zachowanie podobne do zmęczenia może być maskowane w typowych testach na bieżni ze względu na silny awersyjny charakter motywacji zewnętrznej i kryterium zakończenia testu. Co ciekawe, w przeciwieństwie do wielu innych badań z wykorzystaniem bieżni dla gryzoni, niedawna publikacja opisuje inną wersję testu zmęczenia bieżni, który został wykorzystany w ramach badania skutków stresu społecznego u myszy26. Chociaż metoda zastosowana przez tę grupę znacznie różniła się od obecnego protokołu (tj. wykorzystali bieżnię jednotorową i wymagali 10-sekundowego wstrząsu elektrycznego jako kryterium zakończenia testu), ich badanie podkreśla użyteczność i zainteresowanie opracowaniem szybkiego, prostego testu zmęczeniowego przy użyciu bieżni myszy.
Zmęczenie prawdopodobnie będzie wykrywalne w inny sposób niż bieganie na kołach i zmiany w rutynowych zachowaniach. CRF sprawia, że pacjenci czują się wyczerpani z powodu mniejszego zmęczenia mięśni, co stwierdzono na podstawie analizy elektromiograficznej, niż osoby bez CRF27. Dodatkowo obniżona motywacja została odnotowana i jest mierzona za pomocą kilku skal mierzących zmęczenie człowieka28,29. Tak więc użyteczny test przedkliniczny zachowania podobnego do zmęczenia powinien rozróżniać myszy zdrowe i zmęczone na podstawie miary innej niż zdolność fizjologiczna i nie powinien ukrywać spadków motywacji. Aby osiągnąć ten cel, unikając jednocześnie ograniczeń VWRA i innych testów, obecna metoda została opracowana poprzez dostosowanie testu na bieżni myszy. Ta metoda wykorzystuje siatkę wstrząsową jako jedyny zewnętrzny motywator, aby myszy biegały na bieżni. Myszy szybko uczą się, że siatka zapewnia bodziec awersyjny i natychmiast odsunie się od niej po umieszczeniu na bieżni i utrzyma od niej pewną odległość podczas biegu.
Gdy myszy się męczą, spędzają stopniowo więcej czasu w kierunku tyłu bieżni, zamiast utrzymywać prędkość w kierunku przodu. W związku z tym kryterium ukończenia testu w tym protokole jest spędzenie pięciu nieprzerwanych sekund w wyznaczonej strefie zmęczenia (tj. z tyłu bieżni, w zakresie od około jednej długości ciała od siatki wstrząsów do siatki wstrząsów włącznie). Wykorzystuje to awersyjną naturę siatki, nie wymagając od myszy otrzymywania wielu lub żadnych rzeczywistych wstrząsów po treningu. Pozwalając myszom na ukończenie testów przy użyciu aktualnego kryterium, a nie wyczerpania (jak zdefiniowano powyżej), metoda ta zapewnia sposób wykorzystania bieżni do pomiaru zachowania podobnego do zmęczenia, a nie jej maksymalnych (lub prawie maksymalnych) możliwości fizjologicznych. W związku z tym metoda ta może zapewnić prosty, wysokoprzepustowy test zachowania podobnego do zmęczenia u myszy i może służyć jako niezależna lub uzupełniająca miara do innych testów zachowania podobnego do zmęczenia.