Analiza uczenia się przestrzennego i zachowań prospołecznych u myszy przy użyciu paradygmatów labiryntu Barnesa i damy w niebezpieczeństwie
November 17th, 2018
Ten protokół mierzy przestrzenne uczenie się i pamięć za pomocą labiryntu Barnesa. Nowatorski paradygmat damy w niebezpieczeństwie służy do oceny aktywności lokomotorycznej i zachowań prospołecznych u myszy.
Metoda ta może pomóc odpowiedzieć na kluczowe pytania w dziedzinie neuronauki behawioralnej dotyczące tego, czy mutacja genetyczna lub zmienna środowiskowa może wpływać na zachowania społeczne lub nabywanie i przechowywanie wspomnień przestrzennych. Głównymi zaletami tych technik jest to, że oba badania można po prostu skonstruować przy minimalnych inwestycjach finansowych i że żaden z protokołów nie wymaga od zwierząt doświadczania ekstremalnych lub stresujących bodźców. Metoda Damsel in Distress może dostarczyć informacji na temat prospołecznych zachowań myszy, ale może być również wykorzystana jako miara empatii w innych organizmach modelowych ssaków.
Przed rozpoczęciem procedury testowania labiryntu Barnesa wyczyść wszystkie elementy labiryntu wodą i 70% etanolem. Gdy elementy wyschną, złóż labirynt i losowo przypisz każdą mysz do otworu docelowego, z którego będzie można korzystać przez cały okres testowania. Otwory mogą być oznaczone od jednego do 20 na dnie labiryntu lub na zewnątrz obwodu labiryntu, gdzie nie są widoczne z wnętrza labiryntu.
Aby rozpocząć test treningowy, zastąp przypisany krążek z otworami czarnym pudełkiem o wymiarach 23 na 11 centymetrów i użyj gumek i haczyków, aby mocno przymocować pudełko do labiryntu. Następnie umieść mysz na środku labiryntu Barnesa pod kubkiem i pozwól myszy zaaklimatyzować się przez 30 sekund. Pod koniec okresu aklimatyzacji rozpocznij nagrywanie wideo i włącz świetlisty i ultradźwiękowy generator dźwięków.
Podnieś kubek za pomocą mechanizmu sznurkowego, aby uniknąć odchylenia początkowego kierunku zwierzęcia i uruchom minutnik za kurtyną obserwacyjną. Śledź ruchy zwierzęcia na kartce papieru ze schematem labiryntu i użyj diagramu do analizy strategii wyszukiwania myszy, a także do określenia liczby, które zostały zbadane w kwadrancie naprzeciwko celu. Gdy mysz wejdzie do otworu docelowego, przykryj otwór ciężkim, nieprzezroczystym spoiwem i wyłącz ultradźwiękowy generator dźwięków.
Jeśli mysz nie wejdzie do celu po pięciu minutach, zaganiaj zwierzę do dołka docelowego. Następnie pozwól myszy pozostać w polu docelowym przez jedną minutę bez zakłóceń, upewniając się, że wyłączyłeś dźwięk ultradźwiękowy. Następnie włóż zwierzę z powrotem do klatki.
Kiedy wszystkie myszy zostaną przetestowane, ręcznie przejrzyj ich nagranie, aby śledzić ogólny ruch myszy, aby określić liczbę nieprawidłowych otworów zbadanych przed i po znalezieniu celu, a także liczbę od otworu docelowego do pierwszego zbadanego otworu i wszelkie godne uwagi zachowania związane z pielęgnacją. W przypadku zachowania eksploracyjnego Dama w testach stresu umieść zamkniętą i pustą komorę stresu w środku areny empatii i rozpocznij nagrywanie za pomocą zawieszonej kamery. Delikatnie umieść męską mysz pod kubkiem w lewym dolnym rogu areny na 30 sekund.
Następnie zdejmij kubek za pomocą mechanizmu sznurkowego i pozwól myszy eksplorować przez 10 minut, uważając, aby pozostać poza polem widzenia podczas nagrywania. Pod koniec okresu eksploracji przenieś mysz z areny do klatki na pięć minut, a następnie zatrzymaj i zapisz nagranie. Aby uzyskać reakcję społeczną Dama w testach w niebezpieczeństwie, delikatnie ręcznie unieruchamiaj samicę myszy i opuść ją do komory krępowania.
Zamknij otwarty koniec komory za myszą i upewnij się, że mysz nie może się obrócić. Rozpocznij nagrywanie z zawieszoną kamerą i umieść komorę krępującą w środku areny. Pozwól zwierzęciu zaaklimatyzować się przez 10 minut, uważając, aby pozostać poza polem widzenia.
Następnie przenieś samca myszy z obszaru trzymania z powrotem na arenę empatii na 10 sekund i pozwól samcowi myszy na dodatkowe pięć minut na eksplorację areny, uważając, aby pozostać poza polem widzenia. Pod koniec okresu eksploracji zatrzymaj i zapisz plik wideo, a następnie umieść obie myszy w klatkach. Następnie wymień ściółkę kukurydzianą i zdezynfekuj zarówno arenę, jak i komorę stresu 70% etanolem.
Aby przeanalizować dane, otwórz plik wideo w odpowiednim oprogramowaniu śledzącym i umieść przezroczysty arkusz na ekranie. Obrysuj kwadrat areny markerem i podziel kwadrat areny na dziewięć równych przegródek. Przejrzyj dane wideo z pierwszych pięciu minut początkowego pomiaru eksploracyjnego, rejestrując liczbę przekroczonych przedziałów, czas spędzony na środkowym placu areny, liczbę epizodów kopania i pielęgnacji oraz liczbę dotknięć pustą komorą przytrzymywania przez mysz
.Następnie przejrzyj dane wideo z pięciu minut pomiaru reakcji społecznej natychmiast po ponownym wprowadzeniu samca na arenę, przy czym uwięziona samica rejestruje te same dane, co w przypadku początkowego pomiaru eksploracyjnego, ale dodając śledzenie liczby razy, kiedy samiec myszy dotykał nosa uwięzioną samicą myszy. Kiedy noworodki wyszkolone w Barnes Maze są prowadzone jako dorosłe w pojedynczym długoterminowym badaniu, myszy, którym wstrzyknięto etanol, mają trudności z zapamiętaniem, gdzie znajdowała się docelowa, niż zwierzęta kontrolne, którym wstrzyknięto sól fizjologiczną. Myszy traktowane etanolem badają również znacznie więcej w przeciwnej ćwiartce od celu, co wskazuje na brak zapamiętania prawidłowej ogólnej lokalizacji przestrzennej i użycie sekwencyjnego wyszukiwania od do w kształcie pierścienia, aż zostanie znaleziona.
W modelu Dama w Niebezpieczeństwie starsze myszy przekraczają więcej kwadratów niż młodsze. Jednak w obecności uwięzionej samicy myszy w obu grupach wiekowych spędzają mniej czasu na eksploracji areny. Młodociane samce spędzają więcej czasu na kopaniu podczas pobytu na arenie w obecności uwięzionej samicy myszy niż w pojedynkę, co sugeruje niepokój lub prospołeczne zachowanie wobec uwięzionej samicy.
Natomiast samce myszy dotykają rurki zawierającej uwięzioną samicę i inicjują uwięziony kontakt z samicą znacznie częściej jako dorosłe niż jako młode. Próbując wykonać tę procedurę, należy pamiętać o utrzymaniu stałych warunków między badaniami i w ich obrębie, aby zapewnić, że zmienne środowiskowe nie zakłócą wyników badania. Po początkowym zastosowaniu tych testów behawioralnych, te same zwierzęta mogą być ponownie testowane w różnych momentach rozwoju w celu udzielenia odpowiedzi na pytania dotyczące pamięci długotrwałej i możliwych zmian w zachowaniach społecznych.
View the full transcript and gain access to thousands of scientific videos
Przegląd
Ten protokół mierzy uczenie się przestrzenne i pamięć za pomocą labiryntu Barnesa. Zastosowano nową paradygmatyczną metodę Damsel-in-Distress do oceny aktywności lokomocyjnej i zachowań prospołecznych u myszy.
Kluczowe elementy badania
Dziedzina nauki
- Neurobiologia behawioralna
- Pamięć przestrzenna
- Zachowania prospołeczne
Tło
- Badanie bada wpływ mutacji genetycznych lub czynników środowiskowych na zachowania społeczne.
- Badanie dotyczy nabywania i utrzymywania pamięci przestrzennej.
- Metoda Damsel-in-Distress dostarcza wglądu w pro-społeczne zachowania myszy.
- Ta metoda może służyć również jako wskaźnik empatii w innych modelach ssaków.
Cel badania
- Oceniać wpływ czynników genetycznych i środowiskowych na zachowania.
- Oceniać aktywność lokomocyjną i zachowania prospołeczne u myszy.
- Mierzyć uczenie się przestrzenne i pamięć za pomocą labiryntu Barnesa.
Zastosowane metody
- Procedura testowania labiryntu Barnesa do oceny pamięci przestrzennej.
- Paradygmat Damsel-in-Distress do oceny zachowań prospołecznych.
- Czyszczenie elementów labiryntu wodą i 70% etanolem przed użyciem.
- Losowe przypisywanie myszy do dołów-celów podczas testowania.
Główne wyniki
- Wgląd w związek między czynnikami genetycznymi/środowiskowymi a zachowaniami społecznymi.
- Demonstracja skuteczności metody Damsel-in-Distress.
- Skuteczna miara uczenia się przestrzennego i pamięci u myszy.
- Ustanowienie niskobudżetowego, niestresującego protokołu testowego.
Wnioski
- Protokoły dostarczają ceenni wgląd w neurobiologii behawioralnej.
- Umożliwiają badanie zachowań społecznych bez ekstremalnych bodźców.
- Metody mogą być przystosowane do zastosowania w różnych modelach ssaków.
Często zadawane pytania
Executive Industry Relevance
Behavioral assays that measure spatial learning and prosocial responses provide early-stage mechanistic insights for neuropsychiatric target validation. The Barnes maze and Damsel-in-Distress paradigms offer low-cost, non-stressful methods to interrogate genetic and environmental influences on cognition and social behavior. These tools support predictive confidence in preclinical models by enabling longitudinal tracking of behavioral phenotypes across development.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Scientific Value: Interrogate how developmental ethanol exposure impacts spatial memory acquisition and retention in adult mice.
- Scientific Value: Assess prosocial behavior and anxiety-related responses in male mice exposed to a trapped female conspecific.
- Operational Value: Enable hypothesis testing without food restriction or extreme stressors, reducing confounding variables in behavioral readouts.
Screening & Assay Development
- Scientific Value: Quantify spatial search strategies and incorrect hole exploration to detect memory deficits following developmental insults.
- Scientific Value: Measure locomotor activity, social responsiveness, and digging/grooming episodes as indicators of prosocial and emotional states.
- Operational Value: Construct assays from common lab supplies with minimal financial investment, supporting scalable screening workflows.
Translational & Preclinical Research
- Scientific Value: Detect developmental ethanol-induced spatial memory impairments that persist into adulthood, modeling fetal alcohol spectrum disorder phenotypes.
- Scientific Value: Observe age-dependent differences in prosocial behavior, where adult males initiate contact with trapped females more frequently than juveniles.
- Operational Value: Retest the same animals across developmental timepoints to evaluate long-term memory and social behavior changes, supporting longitudinal study designs.
Pipeline & Workflow Integration
The Barnes maze and Damsel-in-Distress paradigms function as discovery-stage behavioral readouts that inform target validation and lead identification efforts in neuropsychiatric drug development.
- Discovery Biology: Test how genetic mutations or environmental variables affect spatial memory and social behavior, supporting mechanistic de-risking of therapeutic hypotheses.
- Screening: Provide standardized, reproducible assays for quantifying escape latency, hole exploration, and social interaction metrics.
- Analytics: Generate quantitative outputs such as incorrect hole explorations, time in center square, and nose-touch frequency to enable group comparisons.
- Translational Research: Model developmental insult effects on cognition and social behavior, aligning with preclinical validity for neuropsychiatric indications.
- Enterprise Reuse: Deploy as reusable behavioral platforms across multiple projects studying cognition, emotion, and social domains.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Predictive confidence in target validation through measurable changes in spatial learning and prosocial responses.
- Operational Value: Low-cost, easily assembled protocols using standard lab equipment, reducing technical barriers to adoption.
- Strategic Value: Enable early go/no-go decisions by identifying behavioral phenotypes that predict clinical relevance.
- Portfolio Impact: Support risk-adjusted prioritization of compounds targeting cognitive or social dysfunction domains.
Implementation Considerations
- Requires expertise in behavioral neuroscience and video-based tracking methodologies.
- Depends on consistent environmental conditions and proper cleaning of maze components with water and 70% ethanol.
- Necessitates standardized training for scoring search strategies, social interactions, and locomotor activity.
- Involves adaptation considerations when translating mouse behaviors to other mammalian models or disease contexts.
- Limited by the need for manual video review and tracking software for accurate data analysis, though automation potential exists.
Biopharma FAQs
Chapters in this video
0:04
Title
0:42
Barnes Maze Testing Procedure and Data Analysis
3:08
Damsel-in-Distress Testing: Exploratory Behavior and Social Responsiveness Measures and Data Analysis
6:11
Results: Representative Murine Spatial Learning and Prosocial Behavior Analyses
7:32
Conclusion
