Apresentando Clicker Formação como um enriquecimento cognitivo para Laboratório Mice

Resumo

O desenvolvimento de novas estratégias de refinamento para ratos de laboratório é uma tarefa desafiadora que contribui para o cumprimento do princípio 3R. Este protocolo introduz o treinamento com clicker como um programa de enriquecimento cognitivo para ratos de laboratório.

Resumo

O estabelecimento de novas estratégias de refinamento na ciência de animais de laboratório é um objetivo central no cumprimento dos requisitos da Diretiva 2010/63/UE. Pesquisas anteriores determinaram um impacto profundo dos protocolos de manuseio suave no bem-estar de ratos de laboratório. Ao introduzir o treinamento com clicker na criação de ratos, não apenas promovemos o tratamento amigável de camundongos, mas também permitimos que eles experimentem enriquecimento cognitivo. O treinamento com clicker é uma forma de treinamento de reforço positivo usando um reforçador secundário condicionado, o som de "clique" de um clicker, que serve como uma ponte de tempo entre o comportamento fortalecido e uma recompensa futura. A implementação efetiva do protocolo de treinamento com clicker com uma coorte de 12 camundongos BALB/c endogâmicos de cada sexo mostrou-se descomplicada. Os camundongos aprenderam rapidamente quando desafiados com as tarefas do protocolo de treinamento com clicker, e quase todos os camundongos treinados superaram os desafios que receberam (100% dos camundongos fêmeas e 83% dos camundongos machos). Este estudo identificou que o treinamento com clicker para camundongos se correlaciona fortemente com a redução do medo nos camundongos durante as interações humano-camundongo, conforme mostrado pela redução de comportamentos relacionados à ansiedade (por exemplo, defecação, vocalização e micção) e menos comportamentos semelhantes à depressão (por exemplo, flutuação). Ao desenvolver um protocolo confiável que pode ser facilmente integrado à rotina diária de criação de camundongos de laboratório, a experiência vitalícia de bem-estar nos camundongos pode ser substancialmente melhorada.

Introdução

O desenvolvimento de novas estratégias de refinamento para ratos de laboratório é uma tarefa desafiadora que contribui para a realização dos 3R (substituição, redução e refinamento) da ciência de animais de laboratório ^1. Melhorias no campo de refinamento pode ainda contribuir para o bem-estar de milhões de animais que são utilizados para fins experimentais. Portanto, a investigação intensiva é necessária no campo. Este é também um objectivo definido da Directiva 2010/63 da União Europeia. Directiva 2010/63 / UE salienta que a experiência de vida de animais de laboratório tem de ser reforçada e que "os estabelecimentos devem criar programas de habituação e aprendizagem adaptados aos animais, aos procedimentos e à duração do projecto" (artigo 3.7) ^2.

animais de laboratório pode experimentar muitas situações estressantes, enquanto eles estão sendo mantidos e criados para experimentos. Normalmente, a interacção entre o trabalhocamundongos Atory e as pessoas responsáveis ​​é bastante limitado. Portanto, uma relação de confiança não pode se desenvolver. Isto pode provocar o aumento da ansiedade e do stress, em reacção ao tratamento, o que é prejudicial para o comportamento e fisiologia, e, portanto, o bem-estar, dos animais ^{3, 4, 5, 6.} Além disso, realizada rotineiramente procedimentos laboratoriais como o manuseio geral, contenção e sangue ou amostras de tecido pode causar respostas de estresse, que podem ser examinados medindo diferentes parâmetros, tais como os hormônios do estresse ou comportamento ^{7, 8.} Demonstrou-se que os programas de manuseamento de forma eficiente pode diminuir a ansiedade para o investigador em roedores de laboratório ^{9, 10, 11.} programas de manipulação pode, portanto, melhorar os animais 'condições e podem contribuir consideravelmente para o bem-estar dos animais ^5.

O objetivo deste estudo é apresentar treinamento de reforço positivo para camundongos como um programa de tratamento específico. treinamento de reforço positivo é uma forma de condicionamento operante que dá ao investigador um meio para moldar o comportamento animal. Quando o animal executa um comportamento desejado, é seguido por um impulso positivo (aqui, uma recompensa alimentar). A intenção é que o animal associa a recompensa para o respectivo comportamento. O treinamento de Clicker é uma forma de treinamento de reforço positivo usando um reforçador secundário condicionado, o "clique" som de um clicker, e tem sido comprovada para reforçar um comportamento específico ^12.

Mais especificamente, o som de clique serve como uma "ponte de tempo" entre o comportamento eo próximo recompensa ^13. O treinador clica precisamente quando o animal realiza o desejadocomportamento, sem qualquer tempo de atraso ^14, e, em seguida, apresenta a recompensa alimentar. Isto reforça o comportamento recompensado, que irá ser realizada com uma frequência mais elevada. O treinamento de Clicker é amplamente utilizado com animais de companhia e tem feito o seu caminho para a ciência de animais de laboratório, onde ele foi implementado com sucesso com primatas não-humanos ^{13, 15, 16.} Como os ratos aprendem muito rapidamente quando desafiado com paradigmas de condicionamento operante, a introdução de um segundo reforço não deve overstrain suas habilidades cognitivas ^{5, 17, 18, 19.}

Com a introdução de formação clicker à manutenção de ratos, que permitem ratos para experimentar o enriquecimento cognitivo. O projeto de enriquecimento cognitivo deve permitir que os ratos a usar suas habilidades cognitivas para Solve problemas e para ganhar o controle sobre seu ambiente de ^{20, 21.} Vários estudos com espécies diferentes provar o impacto positivo de enriquecimento cognitivo sobre o bem-estar dos animais em cativeiro ^{22, 23, 24.} Reforçar a capacidade dos animais para lidar com sucesso com os desafios ambientais contribui para o seu bem-estar ^{25, 26.}

Além disso, se os animais experimentam baixos níveis de estresse durante a sua vida, eles são menos propensos a desenvolver estratégias de enfrentamento prejudiciais quando confrontado com os estressores que ocorrem na pesquisa biomédica. Assim, a aplicação coerente do enriquecimento cognitivo pode contribuir para uma homogeneização dos fenótipos dos sujeitos. Isto irá contribuir para o princípio 3R de redução, uma vez que pode reduzir o número de indivíduos requeridospara atender aos requisitos estatísticos ^27.

Através do desenvolvimento de um protocolo confiável, que pode ser facilmente integrado na rotina diária de manter ratos de laboratório, podemos melhorar substancialmente a sua experiência de vida de bem-estar.

Protocolo

Declaração de Ética: A manipulação dos ratos e os procedimentos experimentais foram realizados de acordo com o europeu, nacional e diretrizes institucionais para cuidados com os animais.

NOTA: O protocolo inclui cinco dias de intervenções (de segunda a sexta-feira), com quebras nos fins de semana (sábado e domingo). O protocolo pode ser facilmente adaptado para satisfazer as necessidades específicas.

1. Determinar uma recompensa Indicado como Segunda Reinforcer

Nota: Use recompensas alimentares, tais como alimentos embalados a vácuo ou animal que atenda às normas de segurança alimentar. Por exemplo, diferentes tipos de nozes, chocolate, ursinhos de goma, ou frutos secos são adequados.

1. Insira uma pequena placa de Petri com diferentes recompensas alimentares (pedaços de 0,5 cm ³⁾ para a casa de gaiola (Figura 1).
2. Após 10 min, verificar se há sobras.
3. Se todas as recompensas são consumidos após 10 min, encurtar o intervalo de tempo até uma preferência pode ser estimada.
4. Nos dias 4 e 5 (por exemplo, Thursday e sexta-feira), adicionar pequenas quantidades de o "vencedor") recompensa preferido (para a casa de gaiola para estabelecer uma afetação de todos os ratos na gaiola para a recompensa.
5. Se os ratinhos não estão habituados a túneis de ratinho, adicionar um túnel para a gaiola (pelo menos 2 dias antes do início da formação, por exemplo, no fim de semana).
6. Repita os passos de 1,2-1,4, em 3 dias consecutivos (por exemplo, de segunda a quarta-feira).

Formação 2. Clicker

1. Preparativos para cada sessão de treinamento
   NOTA: Cada vez que um rato precisa ser levantado neste protocolo, levantá-lo de uma forma calma e suave. Coloque a mão sob o mouse para levantá-lo. Durante os primeiros tempos, os ratinhos podem ser agitados, mas o processo de habituação será terminado depois de vários dias. Se este passo cria dificuldades, é útil referir o protocolo de "concha no lado aberto" ^28.
   1. Prepare uma gaiola com material de cama.
   2. Transfer a gaiola do mouse sendo treinados para um lugar tranquilo.
   3. Prepare a recompensa e têm um temporizador ea combinação vara clicker / target pronto.
      NOTA: Se os ratos são habituados ao manuseio e já tem uma relação de confiança com o pesquisador, os ratos podem ser alimentados à mão. Caso contrário, a recompensa para anexar um pau ou uma pinça de tal modo que os ratos podem manter uma distância do experimentador.
   4. Remova todos os objetos da casa-gaiola, que agora serve como área de formação (por exemplo, casas de rato, material de construção do ninho, etc.).
   5. Transfira os companheiros de gaiola a uma gaiola preparado.
2. regras gerais que se aplicam para todas as sessões de treinamento
   NOTA: As seguintes regras gerais aplicam-se para todas as sessões e não será mencionado novamente ao longo do protocolo.
   1. Treinar cada rato durante 5 min. Alternar entre 30 s de treinamento e 15-s períodos de pausa.
   2. Deixe o rato roer a recompensa não é mais de um segundo. Então, pegue a vara (com a recompensa) para fora da gaiola.
   3. Execute o seguinte padrão de gratificante:
      1 - 10 performances de comportamento: recompensa cada vez.
      11-21 desempenho do comportamento: recompensar a cada segundo tempo.
      De 22 desempenho de comportamento por: retribuirá a cada terceira vez.
   4. Após 4 min de formação, o próximo desempenho do comportamento desejado é reforçada por uma recompensa jackpot. Permitir que o mouse para roer a recompensa alimentar três vezes mais tempo do que antes.
3. sessão de treinamento Dia 1: "Vinculando o reforçador secundário com a recompensa do alimento"
   1. Definir o temporizador para 5 min, pressione o começo, e adicione o túnel do mouse para a home-gaiola.
      NOTA: Aproveite os thigmotaxis inatas de camundongos e coloque o túnel próximo a uma parede (Figura 2). Para as primeiras sessões, isso irá aumentar a probabilidade de o mouse entrar no túnel.
   2. Espere até que o rato inspeciona o túnel. Assim que o compue entra no túnel, clique e apresentar a recompensa no fim do túnel.
   3. Deixe a alimentação do mouse sobre a recompensa ao sentar-se no túnel.
   4. Clique continuamente por 15 s enquanto o mouse está sentado no túnel.
   5. Assim que o mouse sai do túnel, volte para o passo 3.2.
4. Dias de sessão de treinamento 2-5: "Executando através de um túnel"
   1. Definir o temporizador para 5 min, pressione o começo, e adicione o túnel do mouse para a home-gaiola.
   2. Assim que o ratinho entra no túnel, clique e apresentar a recompensa no fim do túnel.
   3. Contanto que o rato é no túnel, clique e apresentar imediatamente a recompensa da mesma maneira.
   4. Repita este procedimento para os próximos 30 s, e depois fazer uma pausa durante 15 s para tomar o túnel para fora da gaiola.
   5. Adicionar o túnel novamente e clique imediatamente quando o mouse entra novamente no túnel.
   6. Apresentar a recompensa no fim do túnel.
   7. Permitir que o mouse para roer para até 1 s.
   8. Tirar a recompensa.
   9. Assim que o rato começa re-entrar no túnel, por si só, apresenta a recompensa em frente da extremidade do túnel (Figura 3).
5. sessão de treinamento semana 2: "Após um pau-alvo"
   1. Definir o temporizador para 5 min, pressione o começo, e colocar o mundo no final do pau-alvo na gaiola.
   2. Assim que o rato mostra o interesse em globo, clique e apresentar a recompensa ao lado do globo (Figuras 4 e 5).
   3. Recompensar o mouse somente depois que ele toca o mundo com o seu nariz.
   4. Quando o mouse tem ligado a ação realizada para a recompensa, mude a posição do globo durante a sessão de treinamento (Figura 6).
   5. Aguarde até que o mouse para atender a esse último desafio.
   6. Colocar o globo na gaiola.
   7. Pouco antes de o rato toca no globo, lentamente e cuidadosamente mudar a posição do globo por 1 cm.
   8. Clique e recompensar se o rato cruzou a distância e toca o globo.
   9. Repita este procedimento até que o mouse segue de forma confiável.
   10. Lentamente estender a distância o rato tem que atravessar.
6. sessão de treinamento semana 3: "Na sequência da vara alvo para a mão do experimentador"
   1. Coloque uma mão na gaiola formação, mantendo a combinação vara clicker / target ea recompensa com a outra mão.
   2. Definir o temporizador para 5 min, pressione o começo, e colocar o mundo no final do pau-alvo ao lado da mão.
   3. Assim que o rato mostra o interesse em globo, clique e apresentar a recompensa ao lado do globo.
   4. Assim que o rato venceu este desafio, mover o globo vários passos mais perto da mão.
   5. Coloque o mundo na palma da mão. Clique e recompensar enquanto o mouse está sentado na palma da mão (Figura 7).

Resultados

O primeiro e também um dos passos mais importantes foi a determinação de uma recompensa alimentar adequado. Portanto, os ratinhos foram oferecidas diferentes tipos de nozes, uma solução de açúcar, marmelada, e diferentes tipos de chocolate em uma placa de Petri (Figura 1). Em nossa experiência, os ratos mostraram uma preferência óbvia para o chocolate branco. Por isso, foi utilizado o chocolate branco para todos os processos de formação contínua.

Discussão

A aplicação efectiva do protocolo de treinamento clicker com um grupo de 12 ratinhos BALB / c inato de cada sexo mostrou-se simples. Estudos anteriores confirmaram a eficácia da formação clicker com diversas espécies, e nós estendemos isso para ratos. Como os ratos são os mamíferos mais baixo desenvolvidas entre animais de laboratório, as suas capacidades são frequentemente subestimados. Por conseguinte, o aspecto mais surpreendente dos dados é que o sucesso da formação pôde ser alcançada com quase todos os ratinhos.

Materiais

Lista de materiais utilizados neste artigo

Nome	Empresa	Número de catálogo	Comentários
Tampa para caixa aberta	Tecniplast	GM500LID117
SealSAfe Plus top para caixa aberta	Tecniplast	GM500400SU
Tipo II gaiolas longas com topo de filtro	Tecniplast	GM500PFSPC
Aspen	Laboratório & Vet Service GmbH	H0234-300	Enriquecimento ambiental
Policarbonato vermelho Mouse House	Tecniplast	ACRE011	Enriquecimento ambiental
Papéis tissue	Tork, SCA Hygiene Products GmbH	290179	Enriquecimento ambiental
Alimentos - ssniff M-H Extrudat	ssniff	V1126-000	ad libitum
Target Stick com Clicker	Trixie	2282
Tubo de PVC (Túneis)	Thyssen Krupp	RTPVCU04003005
Chocolate Branco / creme de			Empresa não importa, de preferência qualidade orgânica
Fórceps	FineScienceTools	e.g. 11150-10	Ou qualquer outra ferramenta para fixar chocolate
Prisma Versão 6.0 para Windows	Software