Введение в моделирование поведенческих расстройств и стресса

Поведенческие состояния, такие как тревога, депрессия, шизофрения и даже стресс, негативно влияют на качество нашей жизни, и поэтому нейробиологи активно пытаются разработать новые методы лечения для их облегчения.

Для этого многие исследователи используют модели грызунов. Несмотря на различия в размерах, люди и грызуны на самом деле удивительно похожи: мы оба млекопитающие, имеем схожую нейроанатомию, демонстрируем гормоны со схожими функциями и можем проявлять одинаковые реакции на определенные стимулы. Таким образом, грызуны являются отличными модельными организмами для изучения изменений в поведении человека.

В этом видео кратко представлены критерии, используемые для оценки моделей поведенческих расстройств человека на грызунах. Затем мы рассмотрим некоторые важные вопросы, заданные учеными-бихевиористами, за которыми последует обсуждение различных поведенческих тестов, используемых в этой области.

Давайте начнем с краткого обсуждения некоторых критериев, используемых учеными для оценки моделей поведенческих расстройств у грызунов.

Исследователи могут использовать хирургические, фармакологические, генетические или экологические методы для создания моделей грызунов. Затем валидность модели может быть проверена с помощью трех «классических» критериев.

Первый критерий – валидность лица. Как следует из названия, этот критерий оценивает симптоматическую гомологию между моделью грызуна и состоянием человека. Второй критерий – конструктная валидность. Это позволяет оценить, возникает ли модель грызуна и состояние человека по одной и той же этиологии или причине. Последним критерием является прогностическая валидность, которая оценивает сходство между реакцией модели грызуна и пациента на одну и ту же терапию. Идеальная модель поведенческого расстройства у грызунов должна соответствовать всем этим критериям.

Теперь, когда вы понимаете, почему модели грызунов используются для изучения поведенческих расстройств и какие критерии необходимы для их оценки, давайте рассмотрим несколько ключевых вопросов, на которые ученые пытаются ответить с помощью этих моделей.

Как и большинство других заболеваний, даже поведенческие расстройства связаны с генетическими мутациями, и некоторые исследователи заинтересованы в выявлении генов, которые способствуют этим заболеваниям. Часто исследователи в этой области сбивают гены, представляющие интерес у грызунов, и наблюдают за их влиянием на батарее поведенческих тестов.

Ученых также интересует понимание анатомических основ поведенческих расстройств. По сути, они хотят исследовать, какие области мозга поражены у людей, страдающих этими психическими расстройствами. Ученые подходят к этому путем повреждения определенных областей мозга у грызунов и оценки влияния этого повреждения на поведение грызунов.

Другие исследователи, вместо того чтобы рассматривать целые структуры мозга, заинтересованы в выявлении сложных нейрохимических путей, затронутых поведенческими расстройствами. Поскольку нейроны взаимодействуют друг с другом с помощью химических веществ, называемых нейротрансмиттерами, некоторые ученые оценивают паттерны экспрессии рецепторов нейротрансмиттеров в мозге, подверженном воздействию различных условий. Такая работа предоставила доказательства того, что поведенческие расстройства часто связаны с изменениями уровня нейротрансмиттеров.

Рассмотрев некоторые ключевые вопросы, давайте рассмотрим несколько тестов, которые нейробиологи используют для изучения распространенных поведенческих расстройств и стресса у грызунов.

Как вы, возможно, знаете, тревога — это поведенческое расстройство, при котором человек испытывает нервозность перед вызовом. Чтобы проверить тревожность, исследователи могут поместить грызунов в возвышенные структуры, содержащие как огороженные, так и неогороженные участки, такие как лабиринт с возвышенностью плюс или последовательные аллеи. Здесь тревожное поведение характеризуется как пребывание грызуна в огороженных участках. В качестве альтернативы исследователи могут вводить грызунов в новую среду с пищей и определять, сколько времени им требуется для еды; Это тест на гипонеофагию. Здесь латентность приема пищи служит параметром для измерения тревожности. Наконец, исследователи также могут проверить тревожность у грызунов, подвергая их воздействию громкого, резкого шума и оценивая результирующую реакцию «испуга»; Отсюда и название теста - тест "Acoustic Startle".

Еще одним распространенным поведенческим расстройством является депрессия, которая характеризуется отчаянием и вялостью. У грызунов депрессию можно измерить, поместив животных в среду, из которой они не могут выбраться. В качестве примера можно привести тест на подвешивание хвоста, в котором грызунов подвешивают к платформе, а ученые наблюдают и оценивают поведение животных при побеге. Еще одним часто используемым тестом, основанным на отчаянии, является тест на принудительное плавание, в котором грызунов помещают в наполненные водой контейнеры и наблюдают за попытками грызуна удержаться над водой. В обоих этих тестах считается, что грызун демонстрирует депрессивное поведение, когда он демонстрирует недостаток движения и прекращает свои попытки убежать.

После депрессии и тревоги давайте рассмотрим еще одно расстройство настроения под названием шизофрения, которое включает в себя перепады настроения, паранойю и галлюцинации. Распространенным поведенческим тестом, используемым для изучения этого расстройства, является тест на предимпульсное торможение или «ИПП», который является модифицированной версией теста на акустический испуг и включает в себя воздействие на грызунов двух последовательных акустических стимулов — предимпульсного и испугающего стимула, последний из которых обычно представляет собой громкий шум. Как правило, предимпульсный стимул будет «подавлять» или уменьшать физическую реакцию грызуна на стимул испуга; Однако в моделях шизофрении это не так. Исследователи также могут оценить шизофрению на моделях грызунов с помощью теста на «локомоторную гиперактивность», во время которого ученые оценивают активность грызуна в открытом поле после того, как организм был обработан лекарствами, такими как амфетамин. Если грызун проявляет больше движений в открытом поле после воздействия наркотиков, это может свидетельствовать о шизофрении.

Помимо моделирования и тестирования поведенческих расстройств, ученые также заинтересованы в оценке стресса, который является предполагаемой причиной многих поведенческих расстройств. У грызунов социальный стресс может быть вызван добавлением незнакомого самца в клетку постоянного самца. В этом сценарии животное-нарушитель испытывает стресс из-за агрессивного поведения жителя, на что указывает батарея приведений. Еще один способ вызвать стресс у животных — подвергнуть их воздействию неблагоприятных физических раздражителей, таких как электрошок. Воздействие электрошока может привести к усилению тревожного поведения, например, к частому закапыванию мрамора, что свидетельствует о стрессе.

Теперь, когда вы знаете о различных тестах грызунов на поведенческие расстройства и стресс, давайте рассмотрим несколько примеров того, как нейробиологи в настоящее время используют их в своих исследованиях.

Как уже говорилось ранее, чтобы понять нейроанатомическую основу поведенческих расстройств, ученые могут повредить определенные области мозга у грызунов, а затем протестировать их с помощью поведенческих задач. В этом эксперименте исследователи повредили префронтальную кору головного мозга у мышей и поместили их в последовательный тест Аллеи. Результаты показывают, что обработанные мыши проводят больше времени в самых дальних и наиболее тревожных аллеях по сравнению с контрольными животными, что указывает на роль префронтальной коры в тревожном поведении.

Модели также могут дать представление о генах, участвующих в поведенческих расстройствах. Здесь исследователи сверхэкспрессировали ген под названием DISC1 в определенных областях мозга грызунов, а затем обработали этих животных либо физиологическим раствором, либо амфетамином и вывели их в открытое поле. Результаты показывают, что грызуны с гиперэкспрессией генов демонстрируют выраженный эффект лечения амфетамином.

Наконец, исследователи могут использовать модели, чтобы лучше охарактеризовать физиологию, лежащую в основе поведенческих расстройств. Здесь ученые создали модель посттравматического стрессового расстройства у грызунов и изучили возникающие в результате физиологические изменения. Для этого исследователи сначала подвергали грызунов воздействию электрошока, а затем искали изменения в уровнях главного гормона стресса, называемого кортизолом. Было обнаружено, что уровни кортизола заметно выше в моделях ПТСР, чем в их здоровых аналогах.

Вы только что посмотрели введение JoVE в поведенческие расстройства и стресс. В этом видео было рассмотрено, почему ученые-бихевиористы используют модели грызунов в этой области, и описаны критерии валидности для этих моделей. Затем мы обсудили ключевые вопросы, высветив нерешенные проблемы этой области, а затем поведенческие парадигмы, которые в настоящее время используются для ответа на эти вопросы. Как всегда, спасибо за просмотр!