Wprowadzenie do modelowania zaburzeń zachowania i stresu
Niedawno odkryto, że stany behawioralne, takie jak depresja, lęk i reakcja na stres, mają podłoże neurologiczne. Zrozumienie biologicznych podstaw tyc…
Stany behawioralne, takie jak lęk, depresja, schizofrenia, a nawet stres, negatywnie wpływają na jakość naszego życia, dlatego neuronaukowcy aktywnie starają się opracować nowe terapie, aby je złagodzić.
Aby to zrobić, wielu badaczy wykorzystuje modele gryzoni. Pomimo różnic w rozmiarach, ludzie i gryzonie są do siebie niezwykle podobni: obaj jesteśmy ssakami, mamy podobną neuroanatomię, hormony o podobnych funkcjach i możemy wykazywać te same reakcje na określone bodźce. Tak więc gryzonie są doskonałymi organizmami modelowymi do badania zmian w zachowaniu człowieka.
Ten film pokrótce przedstawia kryteria stosowane do oceny modeli zaburzeń zachowania człowieka u gryzoni. Następnie przyjrzymy się kilku ważnym pytaniom zadawanym przez naukowców behawioralnych, po których nastąpi dyskusja na temat różnych testów behawioralnych stosowanych w tej dziedzinie.
Zacznijmy od krótkiego omówienia niektórych kryteriów stosowanych przez naukowców do oceny modeli zaburzeń zachowania u gryzoni.
Naukowcy mogą wykorzystać techniki chirurgiczne, farmakologiczne, genetyczne lub środowiskowe do generowania modeli gryzoni. Trafność modelu może być następnie testowana przy użyciu trzech "klasycznych" kryteriów.
Pierwszym kryterium jest trafność twarzy. Jak sama nazwa wskazuje, kryterium to ocenia symptomatyczną homologię między modelem gryzonia a kondycją ludzką. Drugim kryterium jest trafność konstrukcji. Pozwala to ocenić, czy model gryzonia i kondycja ludzka wynikają z tej samej etiologii lub przyczyny. Ostatnim kryterium jest trafność predykcyjna, która ocenia podobieństwo między reakcją modelu gryzonia i ludzkiego pacjenta na tę samą terapię. Idealny model zaburzenia zachowania u gryzoni spełniałby wszystkie te kryteria.
Teraz, gdy już rozumiesz, dlaczego modele gryzoni są używane do badania zaburzeń zachowania i jakie kryteria są potrzebne do ich oceny, przyjrzyjmy się kilku kluczowym pytaniom, na które naukowcy próbują odpowiedzieć za pomocą tych modeli.
Podobnie jak większość innych chorób, nawet zaburzenia zachowania zostały powiązane z mutacjami genetycznymi, a niektórzy badacze są zainteresowani identyfikacją genów, które przyczyniają się do tych stanów. Często naukowcy w tej dziedzinie obalają interesujące nas geny u gryzoni i obserwują ich wpływ na baterię testów behawioralnych.
Naukowcy są również zainteresowani zrozumieniem anatomicznych podstaw zaburzeń zachowania. Zasadniczo chcą zbadać, które obszary mózgu są dotknięte u osób cierpiących na te zaburzenia psychiczne. Jednym ze sposobów, w jaki naukowcy podchodzą do tego problemu, jest uszkodzenie określonych obszarów mózgu u gryzoni i ocena wpływu tego uszkodzenia na zachowanie gryzoni.
Inni badacze, zamiast patrzeć na całe struktury mózgu, są zainteresowani identyfikacją skomplikowanych szlaków neurochemicznych dotkniętych zaburzeniami zachowania. Ponieważ neurony komunikują się ze sobą za pomocą substancji chemicznych zwanych neuroprzekaźnikami, niektórzy naukowcy oceniają wzorce ekspresji receptorów neuroprzekaźników w mózgach narażonych na różne warunki. Takie prace dostarczyły dowodów na to, że zaburzenia zachowania często wiążą się ze zmianami w poziomach neuroprzekaźników.
Po przyjrzeniu się kilku kluczowym pytaniom, przyjrzyjmy się kilku testom, których neuronaukowcy używają do badania powszechnych zaburzeń zachowania i stresu u gryzoni.
Jak być może wiesz, lęk to zaburzenie behawioralne, w którym ktoś doświadcza nerwowości przed wyzwaniem. Aby przetestować lęk, naukowcy mogą umieszczać gryzonie w podwyższonych strukturach zawierających zarówno obszary otoczone murem, jak i nieotoczone murem, takie jak labirynt na wzniesieniu lub test kolejnych alejek. Tutaj zachowanie lękowe jest charakteryzowane jako gryzoń pozostający w otoczonych murami regionach. Alternatywnie, naukowcy mogą wprowadzić gryzonie do nowego środowiska z pożywieniem i określić, ile czasu zajmuje im jedzenie; Jest to test hiponeofagii. W tym przypadku opóźnienie w jedzeniu służy jako parametr do pomiaru lęku. Wreszcie, naukowcy mogą również testować lęk u gryzoni, wystawiając je na głośny, nagły hałas i oceniając wynikającą z tego reakcję "przerażenia"; To daje nazwę temu testowi - test "akustycznego zaskoczenia".
Innym częstym zaburzeniem zachowania jest depresja, która charakteryzuje się rozpaczą i letargiem. U gryzoni depresję można zmierzyć, umieszczając zwierzęta w środowiskach, z których nie mogą uciec. Przykładem jest test zawieszenia ogona, w którym gryzonie są zawieszane na platformie, a naukowcy obserwują i oceniają zachowanie zwierząt podczas ucieczki. Innym powszechnie stosowanym testem opartym na rozpaczy jest test wymuszonego pływania, w którym gryzonie umieszcza się w pojemnikach wypełnionych wodą i obserwuje się, jak gryzonie próbują utrzymać się nad wodą. W obu tych testach uważa się, że gryzoń wykazuje zachowanie depresyjne, gdy wykazuje brak ruchu i zaprzestaje prób ucieczki.
Po depresji i lęku spójrzmy na inne zaburzenie nastroju zwane schizofrenią, które obejmuje wahania nastroju, paranoję i halucynacje. Powszechnym testem behawioralnym stosowanym do badania tego zaburzenia jest test hamowania przedimpulsowego lub "PPI", który jest zmodyfikowaną wersją testu akustycznego przerażenia i polega na wystawieniu gryzoni na dwa sekwencyjne bodźce akustyczne - impuls wstępny i bodziec ostrzegawczy, z których ten ostatni jest zwykle głośnym hałasem. Zazwyczaj bodziec przedimpulsowy "hamuje" lub zmniejsza fizyczną reakcję gryzonia na bodziec strachu; Nie dotyczy to jednak modeli schizofrenii. Naukowcy mogą również ocenić schizofrenię w modelach gryzoni za pomocą testu "nadpobudliwości ruchowej", podczas którego naukowcy oceniają aktywność gryzonia na otwartym polu po leczeniu organizmu lekami, takimi jak amfetamina. Jeśli gryzoń wykazuje większy ruch na otwartym polu po ekspozycji na lek, może to wskazywać na zachowanie podobne do schizofrenii.
Oprócz modelowania i testowania zaburzeń behawioralnych, naukowcy są również zainteresowani oceną stresu, który jest proponowaną przyczyną wielu zaburzeń zachowania. U gryzoni stres społeczny może być wywołany przez dodanie nieznanego samca intruza do klatki osiadłego samca. W tym scenariuszu zwierzę intruz doświadcza stresu z powodu agresywnego zachowania mieszkańca, na co wskazuje bateria zachowań. Innym sposobem wywoływania stresu u zwierząt jest wystawianie ich na niekorzystne bodźce fizyczne, takie jak porażenie prądem. Narażenie na porażenie prądem może prowadzić do nasilenia zachowań lękowych, takich jak zwiększone zakopywanie marmuru, co wskazuje na stres.
Teraz, gdy wiesz już o różnych testach na gryzoniach pod kątem zaburzeń zachowania i stresu, spójrzmy na kilka przykładów, w jaki sposób neuronaukowcy wykorzystują je obecnie w swoich badaniach.
Jak wspomniano wcześniej, aby zrozumieć neuroanatomiczne podstawy zaburzeń behawioralnych, naukowcy mogą uszkodzić określone obszary mózgu u gryzoni, a następnie przetestować je za pomocą zadań behawioralnych. W tym eksperymencie naukowcy uszkodzili korę przedczołową u myszy i umieścili je w kolejnym teście alejek. Wyniki pokazują, że leczone myszy spędzają więcej czasu w najdalszych i najbardziej niespokojnych zakątkach w porównaniu ze zwierzętami kontrolnymi, co wskazuje na rolę kory przedczołowej w zachowaniach podobnych do lęku.
Modele mogą również zapewnić wgląd w geny zaangażowane w zaburzenia zachowania. W tym przypadku naukowcy poddali nadekspresję genu o nazwie DISC1 w niektórych obszarach mózgu gryzoni, a następnie potraktowali te zwierzęta solą fizjologiczną lub amfetaminą i wprowadzili je na otwarte pole. Wyniki pokazują, że gryzonie z nadekspresją genów wykazują wyraźny efekt leczenia amfetaminą.
Wreszcie, naukowcy mogą wykorzystać modele, aby lepiej scharakteryzować fizjologię leżącą u podstaw zaburzeń zachowania. W tym miejscu naukowcy stworzyli model zespołu stresu pourazowego u gryzoni i zbadali wynikające z niego zmiany fizjologiczne. Aby tego dokonać, naukowcy najpierw zestresowali gryzonie, wystawiając je na wstrząsy elektryczne, a następnie szukali zmian w poziomie głównego hormonu stresu, zwanego kortyzolem. Stwierdzono, że poziom kortyzolu był znacznie wyższy w modelach PTSD niż w ich zdrowych odpowiednikach.
Właśnie obejrzałeś wprowadzenie JoVE do zaburzeń zachowania i stresu. W tym filmie sprawdzono, dlaczego naukowcy behawioralni używają modeli gryzoni w tej dziedzinie, i opisano kryteria trafności tych modeli. Następnie omówiliśmy kluczowe pytania, podkreślając nierozwiązane problemy w tej dziedzinie, a następnie paradygmaty behawioralne używane obecnie do odpowiedzi na te pytania. Jak zawsze, dziękujemy za oglądanie!
Zaloguj się lub , aby uzyskać dostęp do pełnej treści. Dowiedz się więcej o dostępie Twojej instytucji do treści JoVE tutaj
Stany behawioralne, takie jak lęk, depresja, schizofrenia, a nawet stres, negatywnie wpływają na jakość naszego życia, dlatego neuronaukowcy aktywnie starają się opracować nowe terapie, aby je złagodzić.
Aby to zrobić, wielu badaczy wykorzystuje modele gryzoni. Pomimo różnic w rozmiarach, ludzie i gryzonie są do siebie niezwykle podobni: obaj jesteśmy ssakami, mamy podobną neuroanatomię, hormony o podobnych funkcjach i możemy wykazywać te same reakcje na określone bodźce. Tak więc gryzonie są doskonałymi organizmami modelowymi do badania zmian w zachowaniu człowieka.
Ten film pokrótce przedstawia kryteria stosowane do oceny modeli zaburzeń zachowania człowieka u gryzoni. Następnie przyjrzymy się kilku ważnym pytaniom zadawanym przez naukowców behawioralnych, po których nastąpi dyskusja na temat różnych testów behawioralnych stosowanych w tej dziedzinie.
Zacznijmy od krótkiego omówienia niektórych kryteriów stosowanych przez naukowców do oceny modeli zaburzeń zachowania u gryzoni.
Naukowcy mogą wykorzystać techniki chirurgiczne, farmakologiczne, genetyczne lub środowiskowe do generowania modeli gryzoni. Trafność modelu może być następnie testowana przy użyciu trzech "klasycznych" kryteriów.
Pierwszym kryterium jest trafność twarzy. Jak sama nazwa wskazuje, kryterium to ocenia symptomatyczną homologię między modelem gryzonia a kondycją ludzką. Drugim kryterium jest trafność konstrukcji. Pozwala to ocenić, czy model gryzonia i kondycja ludzka wynikają z tej samej etiologii lub przyczyny. Ostatnim kryterium jest trafność predykcyjna, która ocenia podobieństwo między reakcją modelu gryzonia i ludzkiego pacjenta na tę samą terapię. Idealny model zaburzenia zachowania u gryzoni spełniałby wszystkie te kryteria.
Teraz, gdy już rozumiesz, dlaczego modele gryzoni są używane do badania zaburzeń zachowania i jakie kryteria są potrzebne do ich oceny, przyjrzyjmy się kilku kluczowym pytaniom, na które naukowcy próbują odpowiedzieć za pomocą tych modeli.
Podobnie jak większość innych chorób, nawet zaburzenia zachowania zostały powiązane z mutacjami genetycznymi, a niektórzy badacze są zainteresowani identyfikacją genów, które przyczyniają się do tych stanów. Często naukowcy w tej dziedzinie obalają interesujące nas geny u gryzoni i obserwują ich wpływ na baterię testów behawioralnych.
Naukowcy są również zainteresowani zrozumieniem anatomicznych podstaw zaburzeń zachowania. Zasadniczo chcą zbadać, które obszary mózgu są dotknięte u osób cierpiących na te zaburzenia psychiczne. Jednym ze sposobów, w jaki naukowcy podchodzą do tego problemu, jest uszkodzenie określonych obszarów mózgu u gryzoni i ocena wpływu tego uszkodzenia na zachowanie gryzoni.
Inni badacze, zamiast patrzeć na całe struktury mózgu, są zainteresowani identyfikacją skomplikowanych szlaków neurochemicznych dotkniętych zaburzeniami zachowania. Ponieważ neurony komunikują się ze sobą za pomocą substancji chemicznych zwanych neuroprzekaźnikami, niektórzy naukowcy oceniają wzorce ekspresji receptorów neuroprzekaźników w mózgach narażonych na różne warunki. Takie prace dostarczyły dowodów na to, że zaburzenia zachowania często wiążą się ze zmianami w poziomach neuroprzekaźników.
Po przyjrzeniu się kilku kluczowym pytaniom, przyjrzyjmy się kilku testom, których neuronaukowcy używają do badania powszechnych zaburzeń zachowania i stresu u gryzoni.
Jak być może wiesz, lęk to zaburzenie behawioralne, w którym ktoś doświadcza nerwowości przed wyzwaniem. Aby przetestować lęk, naukowcy mogą umieszczać gryzonie w podwyższonych strukturach zawierających zarówno obszary otoczone murem, jak i nieotoczone murem, takie jak labirynt na wzniesieniu lub test kolejnych alejek. Tutaj zachowanie lękowe jest charakteryzowane jako gryzoń pozostający w otoczonych murami regionach. Alternatywnie, naukowcy mogą wprowadzić gryzonie do nowego środowiska z pożywieniem i określić, ile czasu zajmuje im jedzenie; Jest to test hiponeofagii. W tym przypadku opóźnienie w jedzeniu służy jako parametr do pomiaru lęku. Wreszcie, naukowcy mogą również testować lęk u gryzoni, wystawiając je na głośny, nagły hałas i oceniając wynikającą z tego reakcję "przerażenia"; To daje nazwę temu testowi - test "akustycznego zaskoczenia".
Innym częstym zaburzeniem zachowania jest depresja, która charakteryzuje się rozpaczą i letargiem. U gryzoni depresję można zmierzyć, umieszczając zwierzęta w środowiskach, z których nie mogą uciec. Przykładem jest test zawieszenia ogona, w którym gryzonie są zawieszane na platformie, a naukowcy obserwują i oceniają zachowanie zwierząt podczas ucieczki. Innym powszechnie stosowanym testem opartym na rozpaczy jest test wymuszonego pływania, w którym gryzonie umieszcza się w pojemnikach wypełnionych wodą i obserwuje się, jak gryzonie próbują utrzymać się nad wodą. W obu tych testach uważa się, że gryzoń wykazuje zachowanie depresyjne, gdy wykazuje brak ruchu i zaprzestaje prób ucieczki.
Po depresji i lęku spójrzmy na inne zaburzenie nastroju zwane schizofrenią, które obejmuje wahania nastroju, paranoję i halucynacje. Powszechnym testem behawioralnym stosowanym do badania tego zaburzenia jest test hamowania przedimpulsowego lub "PPI", który jest zmodyfikowaną wersją testu akustycznego przerażenia i polega na wystawieniu gryzoni na dwa sekwencyjne bodźce akustyczne - impuls wstępny i bodziec ostrzegawczy, z których ten ostatni jest zwykle głośnym hałasem. Zazwyczaj bodziec przedimpulsowy "hamuje" lub zmniejsza fizyczną reakcję gryzonia na bodziec strachu; Nie dotyczy to jednak modeli schizofrenii. Naukowcy mogą również ocenić schizofrenię w modelach gryzoni za pomocą testu "nadpobudliwości ruchowej", podczas którego naukowcy oceniają aktywność gryzonia na otwartym polu po leczeniu organizmu lekami, takimi jak amfetamina. Jeśli gryzoń wykazuje większy ruch na otwartym polu po ekspozycji na lek, może to wskazywać na zachowanie podobne do schizofrenii.
Oprócz modelowania i testowania zaburzeń behawioralnych, naukowcy są również zainteresowani oceną stresu, który jest proponowaną przyczyną wielu zaburzeń zachowania. U gryzoni stres społeczny może być wywołany przez dodanie nieznanego samca intruza do klatki osiadłego samca. W tym scenariuszu zwierzę intruz doświadcza stresu z powodu agresywnego zachowania mieszkańca, na co wskazuje bateria zachowań. Innym sposobem wywoływania stresu u zwierząt jest wystawianie ich na niekorzystne bodźce fizyczne, takie jak porażenie prądem. Narażenie na porażenie prądem może prowadzić do nasilenia zachowań lękowych, takich jak zwiększone zakopywanie marmuru, co wskazuje na stres.
Teraz, gdy wiesz już o różnych testach na gryzoniach pod kątem zaburzeń zachowania i stresu, spójrzmy na kilka przykładów, w jaki sposób neuronaukowcy wykorzystują je obecnie w swoich badaniach.
Jak wspomniano wcześniej, aby zrozumieć neuroanatomiczne podstawy zaburzeń behawioralnych, naukowcy mogą uszkodzić określone obszary mózgu u gryzoni, a następnie przetestować je za pomocą zadań behawioralnych. W tym eksperymencie naukowcy uszkodzili korę przedczołową u myszy i umieścili je w kolejnym teście alejek. Wyniki pokazują, że leczone myszy spędzają więcej czasu w najdalszych i najbardziej niespokojnych zakątkach w porównaniu ze zwierzętami kontrolnymi, co wskazuje na rolę kory przedczołowej w zachowaniach podobnych do lęku.
Modele mogą również zapewnić wgląd w geny zaangażowane w zaburzenia zachowania. W tym przypadku naukowcy poddali nadekspresję genu o nazwie DISC1 w niektórych obszarach mózgu gryzoni, a następnie potraktowali te zwierzęta solą fizjologiczną lub amfetaminą i wprowadzili je na otwarte pole. Wyniki pokazują, że gryzonie z nadekspresją genów wykazują wyraźny efekt leczenia amfetaminą.
Wreszcie, naukowcy mogą wykorzystać modele, aby lepiej scharakteryzować fizjologię leżącą u podstaw zaburzeń zachowania. W tym miejscu naukowcy stworzyli model zespołu stresu pourazowego u gryzoni i zbadali wynikające z niego zmiany fizjologiczne. Aby tego dokonać, naukowcy najpierw zestresowali gryzonie, wystawiając je na wstrząsy elektryczne, a następnie szukali zmian w poziomie głównego hormonu stresu, zwanego kortyzolem. Stwierdzono, że poziom kortyzolu był znacznie wyższy w modelach PTSD niż w ich zdrowych odpowiednikach.
Właśnie obejrzałeś wprowadzenie JoVE do zaburzeń zachowania i stresu. W tym filmie sprawdzono, dlaczego naukowcy behawioralni używają modeli gryzoni w tej dziedzinie, i opisano kryteria trafności tych modeli. Następnie omówiliśmy kluczowe pytania, podkreślając nierozwiązane problemy w tej dziedzinie, a następnie paradygmaty behawioralne używane obecnie do odpowiedzi na te pytania. Jak zawsze, dziękujemy za oglądanie!
View the full transcript and gain access to JoVE Science Education videos
Q1: Why are rodents used as model organisms to study behavioral disorders?
Rodents are excellent model organisms because humans and rodents share fundamental biological similarities: both are mammals with similar neuroanatomy, comparable hormones with similar functions, and can exhibit identical responses to certain stimuli. These similarities allow researchers to study changes in human behavior and develop new therapies for conditions like anxiety, depression, and schizophrenia using rodent models.
Q2: What are the three classical criteria used to evaluate rodent models of behavioral disorders?
Face validity evaluates symptomatic homology between the rodent model and human condition. Construct validity assesses whether both arise from the same etiology or cause. Predictive validity examines similarity in responses to the same therapy. A perfect rodent model meets all three criteria, ensuring its reliability for studying behavioral disorders and developing effective treatments.
Q3: How do researchers test anxiety-like behavior in rodents?
Researchers use multiple anxiety tests including the elevated plus maze and successive alleys test, where anxiety is measured by rodents remaining in walled regions. The hyponeophagia test measures latency to eat in novel environments with food. The acoustic startle test evaluates startle response to loud, abrupt noise. These behavioral tests provide quantifiable parameters to assess anxiety levels in rodent models.
Q4: What behavioral indicators are used to measure depression in rodent models?
Depression is measured using despair-based tests like the tail suspension test, where rodents are hung and escape behavior is scored, and the forced swim test, where rodents are placed in water-filled containers. Rodents displaying depression show lack of movement and cease escape attempts. These tests quantify behavioral despair and lethargy characteristic of depression in animal models.
Q5: How is schizophrenia-like behavior assessed in rodent models?
The prepulse inhibition test, a modified acoustic startle test, exposes rodents to sequential acoustic stimuli. Typically, a prepulse inhibits the startle response; however, schizophrenia models show impaired inhibition. The locomotor hyperactivity test assesses rodent activity in open fields after drug treatment like amphetamine. Increased movement following drug exposure indicates schizophrenia-like behavior in rodent models.
Q6: What methods do scientists use to induce stress in rodents?
Social stress is induced by introducing an unfamiliar male intruder into a resident male's cage, causing stress through aggressive interactions. Physical stress is induced by exposing rodents to adverse stimuli like electric shock, which leads to enhanced anxious behavior such as increased marble burying. These stress induction methods allow researchers to study stress-related physiological and behavioral changes in rodent models.
Q7: How do researchers use rodent models to understand the neuroanatomical basis of behavioral disorders?
Scientists damage specific brain regions in rodents and then evaluate behavioral effects using behavioral tasks. For example, damaging the prefrontal cortex increases anxiety-like behaviors in rodents. This approach identifies which brain regions contribute to specific behavioral symptoms. Additionally, researchers study neurotransmitter receptor expression patterns and stress hormone levels like cortisol to characterize underlying physiological changes in behavioral disorders.