Summary
ניטור ממושך והמקיף של עכברים בסביבת כלוב-הבית מספק הבנה עמוקה יותר של התנהגות חריגה במודלים עכבריים של מחלות מוח. מאמר זה מתאר את ההתנהגות המשולבת התחנה (INBEST) כמרכיב המרכזי בניתוח התנהגות עכשווי.
Abstract
בשל התקדמות מהירה בהנדסה גנטית, מכרסמים קטנים הפכו נושאים המועדפים בתחומים רבים של מחקר ביו-רפואי. במחקרים של הפרעות במערכת העצבים המרכזית כרוניות, יש ביקוש הולך וגובר לדגמים עכבריים עם גבוה תוקף ברמת ההתנהגות. עם זאת, מנגנונים פתוגניים מרובים וגירעונות תפקודיים מורכבים לעתים קרובות להטיל אתגרים למדוד באופן מהימן ומפרשים את התנהגותם של עכברים חולים כרוני. לכן, ההערכה של פתולוגיה ההיקפית ופרופיל התנהגות במספר נקודות זמן שימוש בסוללה של בדיקות נדרשות. וידאו-מעקב, ספקטרוסקופיה התנהגות, ורכישה מרחוק של מדדים פיסיולוגיים הם מתעוררים טכנולוגיות המאפשרות ניתוח התנהגות מקיף, מדויק, ומשוחד בסביבה כמו בית-בסיס. דו"ח זה מתאר פרוטוקול phenotyping מעודן, הכולל מנגנון ניטור מחוייט (Integrated התנהגות תחנה, INBEST) המתמקד במדידות ממושכות של baפלטים כך במקור פונקציונלי, כגון פעילות ספונטנית, מזון / צריכת מים והתנהגות מוטיבציה בסביבה יחסית ללא מתח. שיפורים טכניים ורעיוניים בעיצוב INBEST עלולים נוספים לקדם שחזור וסטנדרטיזציה של מחקרים התנהגותיים.
Introduction
התקדמות מהירה בהנדסה גנטית בעשורים האחרונים הובילה לשגשוג חסר תקדים של מודלים של בעלי החיים של מחלות בבני אדם. עכברים זכו למעמד של נתינים ניסיוניים ראשוניים במדעים ביו-רפואיים מכמה סיבות. מבחינה מעשית, יש להם שיעור רבייה גבוה, זולים יחסית, וקלים לבית. מנקודת המבט רעיונית, הם קרובים גנטיים לבני אדם, יכולים להיות מהונדסים גנטי בקלות יחסית, ויש לי מפותחים האנדוקרינית, מערכת חיסון, ומערכת עצבים. בנוסף לנגעים ברמות גנטיות ותאיות, מחקרים עכשוויים של הפרעות במוח דורשים ההפגנה של גירעונות שכפול פונקציונליים שהפנים גולת הכותרת, לבנות, או תוקף ניבוי של מודל עכבר חדש 1.
זיהום חריף ביונק homoeothermic לעתים קרובות תוצאות תגובת החום, אשר יחד עם מחלה התנהגות, מהווה את אחד ממנגנוני הישרדות עיקריים 2. בחריפות בעלי חיים חולים להציג שינויים משמעותיים במזון / צריכת מים וביצועים במשימות רעיוני של תגובתיות רגשית, התנהגות גישוש, ויכולת למידה / זיכרון. שינויים אלו אחראים במידה רבה לפעילות לקויה חברתית / מינית ושימור האנרגיה לתגובות חיסוניים הגנתיות. עם זאת, כאשר מצבים אקוטיים להפוך כרוניים (כפי שניתן לראות בהרבה חיסוני, המערכת האנדוקרינית ומחלות נוירולוגיות), ביצועים התנהגותיים יכולים להידרדר עוד יותר בשל נזק מבני של איברים שונים, כולל המוח 3.
מחלות ניווניות אדם ובעלי חיים לעתים קרובות מלוות בקבוצת כוכבים של גירעונות נוירולוגיות והתנהגותיות. לכן, מטרה מרכזית במחקרים התנהגותיים של בעלי חיים חולים כרוני היא להבחין השפעות מרכזיות מהגירעונות הנגרמים על ידי סימפטומים היקפיים. עם זאת, משך הזמן הקצר יחסית של משימות התנהגותיות סטנדרטיים מגביל את האיסוףיון של מידע הנוגע לפעולות פונקציונליות בסיסיות, כגון olfaction, מנוחה, שינה, אוכל / צריכת מים, או פרקי אפילפטי. הכללה של אמצעים אלה משפר את פרופיל התנהגות ומאפשרת פרשנות טובה יותר של ביצועים במשימות תובעניות-פעילות.
חידודים בphenotyping התנהגותם של עכברים חולים
הליקויים בהערכת הפרופיל התנהגותי של עכברים חולים חייבו ניטור רציף של עכברים ביחידות-שוכנו על ידי מחשבי עיבוד מהירים. למרות שיכולות להיות מתוכננים סוללות התנהגות מגוונות 4, 5, להלן הנהלים שכבר שימשו להקמת מודל חיה של זאבת נוירו-פסיכיאטרית 6 בהצלחה. סוללה זו מיושמת שוב ושוב בשני דגמי המשנה כרוניים והכרוניים של מחלה (איור 1), כגון ליקוי קוגנטיבי מתון ומחלת אלצהיימר 7. לאחר סדרה של בדיקות נוירולוגיות 8-10, acמנגנון ustom תוצרת, שנועד לענות על הדרישות הנ"ל, תוך ניצול ניטור רציף של פלטים התנהגותיים מרובים בסביבה דמוית כלוב-בית מועשר, יכול להיות מועסק. גישה כזו המבוססת על ethologically להערכת פעילות גישוש ספונטנית והתנהגות מוטיבציה מספקת הבנה מקיפה יותר של גירעונות ביצועים בפרדיגמות אחרות, כגון אלה רעיוני של למידה וזיכרון.
איור 1. ייצוג סכמטי של phenotyping התנהגות האורך במעבדה שלנו. הסוללה ההתנהגות נועדה להתפתח מפחות-למשימות מלחיצות עוד-, שחוזרים על עצמם בנקודות זמן שונות על מנת להעריך את ההשפעות של גורמים מתמשכים כגון התקדמות מחלה, טיפול תרופתי , או תגובות חיסוניות. בדיקות INBEST ובודדות שבוצעו בעמ 'הכההhase, לעתים קרובות מעל 10 ושעה 2, בהתאמה קיצורים:. R - רפלקסים; BW - מהלך בדיקת Beam; RR - Rotarod; OT - בדיקות חוש הריח; SP - בדיקת העדפות סוכרוז; SD - Step Down בדיקה; NO - בדיקת אובייקט רומן; OF - מבחן שטח פתוח; SAB - התנהגות לסירוגין ספונטנית; FS - מבחן לשחות בכפייה; MWM - מבוך מוריס מים. * - היבטים של הבדיקה (לדוגמא, מיקום, הקשר, צבע, צורה) שיהיה צורך לשנות בניסויים הבאים בכל מהלך הניסוי.
הקלטת וידאו רציפה וניתוח של התנהגות בסביבה דמוית כלוב-בית דווחו לראשונה בשנת 2007 11. מנגנון מורכב יותר אוטומטי המשלב בדיקות התנהגותיות המשמשות במחקרים עם עכברי אוטואימוניות הוצג ב'התנהגות המדידה "פגישה שנה אחת מאוחר יותר 12. התנהגות התחנה המשולבת (INBEST, איור 2 א) היא מערכת מודולרית, שגomprises של גירוי אור מקלט, מבוקר מחשב, שתי lickometers שליטת photocell (אחד למים, אחד לפתרון של עניין), מנפק אוטומטי מזון, גלגל ריצה ממוחשב, ורשת טיפוס דיגיטציה. שיהוי, תדרים, ומשכי זמן של התנהגויות ספציפיות נבחנו באמצעות תוכנה מותאמת אישית. של תנועה ופעילות גישוש (למשל, של אובייקט רומן או conspecific מוכר) ניתן להעריך עם תוכנת מעקב וידאו (רשימת חומרים / ציוד), בזמן השינה ודפוסי התנהגות שכיחים פחות, כגון התנהגות של פציעה עצמית והתקפים, יכול להיות הבקיע ידני עם תוכנת וידאו-מעקב או חבילות אירוע הקלטה ייעודיות. שמונה setups INBEST / וידאו מלא נמצא בשימוש, ובכך מאפשר ניטור בו-זמני של 4 חיות ניסוי ו -4 שליטה (איור 2).
איור 2. משולבת התנהגות תחנה. (א) ייצוג סכמטי של חומרה, ותוכנה המשמש בעיצוב תיבת INBEST (L = 39 x = 53 x H = 50 סנטימטרים W). שמונה תיבות INBEST מלאה (B) מספקות הזדמנות לניטור כלוב-הבית מקביל של ארבעה עכברי ניסוי וארבע שליטה. אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.
משתנים תלויים כוללים מדידות של צריכת מזון / מים, היענות לגירוי טעים, פעילות אמבולטורי ספונטנית, טיפוס, ריצה מרצון, התנהגויות הקשורות לחרדה (למשל, בדיקה של אובייקט רומן), טיפוח, תפיסה ושינה. בנוסף, ניתן להציג גירויים חזותיים לפרדיגמות אוויר ולמידה. היתרונות של INBEST על בדיקות התנהגותיות סטנדרטיים כוללים את חיסול induc תופעות של הבלבולאד על ידי לחץ תחבורה, כמו גם אוסף רציף ואוטומטי של אמצעים רעיוני של פעילות לילית, חקר, הקשורות לחרדה והתנהגויות כמו דיכאון. האינטגרציה של רכיבי חומרה רגישים עם חבילת וידאו מעקב מניבה שפע של מידע, המאפשר הערכה טובה יותר של התנהגות ביחס להתקדמות של מחלה כרונית במודלים של בעלי חיים שונים. INBEST יכול לשמש כדי ללמוד הפרעות אחרות במערכת העצבים המרכזית כרוניות (למשל, אוטיזם, דיכאון, סכיזופרניה), כמו גם במחקרים ארוכי טווח מתמקדות בהתפתחות נוירולוגית, תופעות התנהגותיות של הפרעות מערכתיות / גידולים, וטיפול תרופתי ממושך.
Protocol
כל ההליכים אושרו על ידי ועדת הטיפול בבעלי חיים אוניברסיטת מקמאסטר ובוצעו בהתאם להנחיות שנקבעו על ידי המועצה הקנדית של טיפול בבעלי חיים.
1. נהלים כלליים
- להרגיל עכברים במשך 1-2 שבועות לשעת אור 12 / מחזור קיימים כהה (למשל, 8:00-08:00). לבצע את כל הנהלים ובדיקות במהלך המחזור הכהה, עם RT, לחות ועוצמת אור להיות קבועות יחסית.
- מארק או זנב-קעקוע כל העכברים לזיהוי קל, מספרי על פני תקופה ממושכת ולטפל בהם 1-2 שעות מדי יום על 5-7 ימים.
- מדידות יומיות חוזרות של חום בפי טבעת, משקל גוף וצריכת מים / מזון כדי לזהות חום פוטנציאלי ו / או תת-תזונה הנגרם על ידי הזדקנות או התקדמות מחלה. קריטריוני הדרה סטנדרטיים כוללים משקל גוף נמוך בשל מזון מופחת / צריכת מים, יציבה כפופה עם פרווה הפרועה, הידרוצפלוס, פריקת פורפירין סביב עיניים, וכו '
- לidentifגירעונות נוירולוגיות y שעשוי לבלבל את הפעילות וביצועים הכוללים, לבצע בדיקות הסנסורית סטנדרטית כגון רפלקס הגפיים האחורי צְבִיטָה 13, רפלקס הצבת החזותי 14, geotaxis מבחן 15, מבחן סל 16, מבחן הליכה קרן 17-19, Rotarod 20, ובדיקות חוש הריח 21.
הערה: התוצאות עשויות גם לסייע בניתוח מתאמים עם אמצעי INBEST, בחירה זהירה יותר של הליכים אחרים (לדוגמא, מבוך מים של מוריס אם עכברים הם מבחן עיוור, רומן אובייקט אם עכברי hyposmic / תתרנים), ירידה של השתנות בתוך הקבוצה, ו הרחקה של עכברים עם גירעונות לידה או זיהום. - נקה את הפלסטיק ומכשירי זכוכית עם חומר חיטוי להסרת שבילי שתן בזמן בדיקת עכברים מקבוצות ניסוי ובקרה באופנה מתחלף.
2. משולבת התנהגות תחנת נוהל (INBEST)
- בית-כלוב להגדיר
- מלא מנפק מזוןים עם כדורי צ'או עכבר 20 מ"ג.
- מלא בקבוקים במים ברז.
הערה: בקבוק שני יכול להיות מלא עם פתרון של עניין, כגון סוכרוז או פתרון סכריני לבדיקת העדפה. - שוקל בקבוקים כדי לחשב את הנפח שנצרך בסוף הפגישה.
- הכנס פיות בקבוק לתוך lickometers. ודא הזרבובית אינה חוסמת את חיישן אינפרא אדום; אם כן, להפחית את אורכו של הזרבובית.
- הנח מקלטים בפינה הנבחרת של הכלוב-הבית.
- מחשב להגדיר
הערה: פקודות התוכנה המסופקות בצעדים 2.2-2.11 רלוונטיות לחבילת 8.5 תוכנת Ethovision XT (שצוינה ברשימה של חומרים / ציוד) ותנאי בדיקה במעבדה שלנו.- להאיר את החדר עם מפוזר, אור עמום שמספיק לוידאו-מעקב, אך אינו משקף את התיבה, רצפה או קירות.
- פתח פרויקט וידאו-מעקב ברירת מחדל ולקבוע הגדרות הניסוי, על ידי הקשתבפרטים רלוונטיים (למשל, תאריך / שעה של לימוד, הקצאת קבוצה, תנאי חדר וכו '). בהמשך לכך, לבחור את מקור וידאו המתאים (חוטף חרוץ פיקולו) מספר, של זירות (4), מעקב נקודות (center-, חוטם ובזנב-נקודה), ויחידות מדידה (סנטימטרים, שניות, ומעלות).
- לאחר הבחירה בכרטיסייה רשימת המשפט תחת הגדרה, להגדיר את מספר הניסויים על ידי לחיצה על כפתור Add משפטים (1). בשלב הבא, ציינו משתנים בלתי תלויים (למשל, זיהוי עכבר, מין, משימה קבוצתית, זן) באמצעות הלחצן הוסף משתנה.
- לחץ על כרטיסיית הגדרות זירה וללכוד את תמונת רקע מהווידאו החי. להגדיר את הפרמטרים של זירת הפרט על ידי המפרט את ההיקף החיצוני באמצעות כלי הציור המתאימים (כגון ליצור מלבן / polyline / אליפסה).
- לאחר מכן, להוסיף אזורים של עניין על ידי לחיצה על כפתור הקבוצה להוסיף אזור ומתאר את האזורים השונים (לדוגמא, רצפה, lickometers, מנפק מזון, רשת טיפוס
(למשל, מחסה וגלגל ריצה, איור 2) על ידי לחיצה על כפתור קבוצת Zone מוסתר להוסיף. ודא שכניסה / יציאה מצוינת וצמודה לכל אזור נסתר. - חזור על שלבים 2.4-2.5 לכל זירה. לבצע כיול זירה על ידי הדגשת כיול ושימוש בכלי המתאים (ליצור בקנה מידה כיול / צירים) כדי לספק רוחב זירה ואורך. לבסוף, לאמת הגדרות זירה על ידי לחיצה על כפתור הגדרות אימות זירה.
- סמן את כרטיסיית בקרת משפט הגדרות וציין התחלה / סיום תנאים ואורך משפט. הגדר את המצב כדי להתחיל כאשר משך מרכז הנקודה עולה על 1 שניות בזירה. מניפולציות משך המשפט על ידי הרחבת תיבת מצב עצירה והגדרת המשפט לסיים באיחור, כגון 10 שעות.
- בכרטיסיית הגדרות איתור, סמן את שיטות זיהוי המתאימות (לדוגמא, חיסור ודינמי מודל מבוסס).
- בשלב הבא, לתפוס את תמונת ההתייחסות של הזירה הריקה על ידי לחיצה על כפתור הגדרות בכרטיסייה באיתור ובלחיצה על לחצן הנוכחי גזל.
- התאם את הטווח של ניגוד כזה שהמרכז, האף וזיהוי מבוסס זנב לכל עכבר הם אמין, מדויקים ורציפים. לעכברים לבקן, לציין כי העכבר הוא בהיר יותר מהרקע, וכהה יותר מהרקע אם באמצעות מתח פיגמנט.
הערה: גודל הנושא וקצב דגימת וידאו ניתן לשנות בהתאם למרחק בין המצלמה מעל והנושא, כמו גם את מהירות העיבוד של המחשב משמש (למשל, 14.9 מסגרות / sec). - להבטיח את כל השינויים יישמרו לפני יציאת מודול הגדרות זיהוי.
- הפעל את מכשיר הממשק, האחראית על המרת אירועים אנלוגיים נרשמו מהתקני קלט (למשל, הפרעה של קרן אינפרא אדום, תנועה של וכו 'גלגל ריצה) לdiיומני gital.
- Data Acquisition
הערה: פקודות התוכנה הבאות רלוונטיות לשגרת מחוייט Med PC IV ("אשף") המספק קלט צעד-אחר-צעד של פרמטרים הפעלה (למשל, משך 10 שעות משפט, זיהוי עכבר, משימה קבוצתית וכו ').- מניחים כל עכבר לתוך התיבה שהוקצתה.
- לסנכרן חבילות וידאו ואירוע מעקב על ידי לחיצה על לחצנים בו זמנית "השיא".
- לעזוב את החדר הניסיוני בשקט.
- כאשר תקופת ההקלטה תפוג (למשל, כמה שעות, יום, או שבועות), להסיר את העכברים ולהחזיר אותם לבית כלובים-.
- למדוד משקולות בקבוק ולשמור את כל ההקלטות הדיגיטליות במדיה הדיגיטליים (כונן קשיח, מקל USB נייד, DVD).
- העבר את הנתונים גולמיים לגיליון אלקטרוני.
- שמור לניקוד הבא של מעשים נדירים התנהגות (למשל, סטריאוטיפיים, פרכוסים) קבצי MPG.
Representative Results
איור 3 מדגים לקריאה פסקי שונים במחקר התנהגות ממושך עם עכברי CD1. הנתונים מייצגים את ביצועי בסיס (ימים 6-2 לפני הניתוח), התאוששות לאחר הניתוח (ימים 2-4) והשפעות ההתנהגותיות הנגרמות על ידי ממשל התוך Cerebro-חדרית המתמשכת של נוגדני מוח-reactive (ימים 6 עד 10, שבו 0 מציינים יום הניתוח). ניתוח עם תוכנת אירוע הקלטה מגלה כי קבוצת הניסוי מציגה ליקויים בהתנהגות ingestive, כפי שמעיד תדירות נמוכה יותר של מלקק בקבוק מים (), הגדילו את חביון להתקרב לפתרון סוכרוז (B), והירידה בצריכת מזון (C) ב תקופת הניסוי. בד בבד עם שינויים אלה, הם גם מראים פעילות גלגל ריצה מופחתת בהשוואה לעכברים לשלוט (D). כפי שנמדד על ידי תוכנת מעקב וידאו, קבוצת הניסוי גם ambulates פחות בבית הכלוב (E) ומעדיפה לבלות יותר זמן במקלט (F). הבדלי התנהגות אלהמחדש מאויר על ethograms מדגם (G).
איור 3. משתני נציג בסדרה של מפגשים יומיים של 10 שעות הממחישים את כוח המבחין של מערכת INBEST. עכברי ניסוי (חשופים לנוגדני מוח-reactive מעל 2 שבועות) לשתות פחות מים (), תיקח זמן רב יותר להתקרב פתרון סוכרוז ( B), ולצרוך פחות מזון (C) במהלך תקופת הבדיקה. בד בבד עם שינויים אלה, הם גם מראים פעילות לקויה, כפי שהודגם על ידי ספירה מופחתת גלגל ריצה (D), ירידה בניידות (E) ושהות ממושכת במקלט (F). הבדלי התנהגות אלה באים לידי הביטוי בethograms מדגם (G). הפנל העליון מציג את ההתנהגות של עכבר ניסיוני ביום 6, מאופיינת בהתנהגות מופחתת ingestive,פעילות גלגל ריצה נמוכה יותר וזמן מקלט גדל בהשוואה לעכבר שליטת קבלת רכב (פנל תחתון). אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.
Discussion
זיהוי של השפעות פונקציונליות בבעלי חיים תלויים במידה רבה ביכולתו של החוקר להגביל את השוני הפנימי למחקרים התנהגותיים. לכן, חשוב בקפדנות שליטה ולמזער בלבול פוטנציאלי שעלולות להפחית את האמינות ושחזור של נתונים התנהגותיים. במקביל, חשוב להכיר בכך שאין בדיקה משקפת תחום אחד של התנהגות, ידע זה של תפקוד נוירולוגים הוא חובה, וההתנהגות שהיא רגישה מאוד ללחצים חיצוניים. אם עקרונות היסוד הנ"ל זוכים להערכה, ניתן להסיק כי ניתוח התנהגות מקיף צריך לכלול את מהלך התגובה נמדדה הזמן, כמו גם, כרוך בתכונות פונקציונליות בסיסיות ופרדיגמות שרז להיבטים התנהגותיים ספציפיים. רבים מקריטריונים אלה יכולים להתממש באמצעות הערכה ממוחשבת של תנועות ופעולות התנהגותיות בסביבת כלוב-הבית מועשר.
עד כה, זה כבר emphasized phenotyping שההתנהגות של מודלים עכבריים של כתבי מחלה אנושיים שיקולים נוספים. רעיון זה מבוסס על ההנחה שהומאוסטזיס פונקציונלי הוא קרא תיגר על ידי גורמי לחץ פנימיים וחיצוניים בתחילת מחלה. למרות כל הבלבול הפוטנציאלי עשוי לא יבוטל על ידי ההקדמה של phenotyping האוטומטי, כלוב-בית, סוגיות הנוגעות להגדרות עקביות סביבתיות, לחץ תחבורה, וטיפול חוזר ונשנה הן מזעריות. זה משפר באופן משמעותי את עקביות ודיוק על פני לימודים; אפילו ירידה קטנה בשונות יכולה לשפר את זיהוי של תופעות הנגרמות על ידי מחלה התחלי. ואכן, INBEST מספק שפע של מידע, המאפשר הערכה מדויקת יותר של ההופעה, קינטיקה, וחומרה של שינויים התנהגותיים, כמו גם מערכות יחסים חשובות בין גירעונות התנהגות מושרה מחלה שונות. וידאו-מעקב אמין תלוי בשני תנאי תאורה. ראשית, אור מפוזר נדרש בחדר הבדיקות כדי למנועממצאים מעצמים קרובים המשקפים. שנית, עם ניגודיות גבוהה צבע יכולה להיות מושגת על ידי בחירת צבע רצפה מתאימה לשונים מצבע הנושא עד כמה שניתן. במעבדה שלנו, זו מושגת על ידי שימוש במבול-אורות ממוקמים מתחת לתיבות INBEST ומגשי רצפה שחורות כאשר ניטור עכברים לבקן (רקע לבן או אפור יהיה הולם אם בדיקת זני פיגמנט). עם כל כבוד להיבט אירוע הקלטה של INBEST, ההגדרה הנוכחית החומרה (כרטיס מסך פיקולו 1 עם 4 כניסות) מגבילה 4 קופסות לשימוש במקביל למחשב אישי. זהו מספר לא קטנים של תיבות, ואילו הגדרה מתאימה יותר תדרוש 8 או אפילו 16 כלובים, וכך 2 או 4 מחשבים, בהתאמה. רצוי, INBEST יכול לשמש ברציפות מעל 24 שעות כפי שהכלוב-הבית. הדבר זה יאפשר לבעלי החיים להרגיל באופן מלא לסביבה ולהקים דפוסים יציבים, היממה התנהגות, אשר ניתן לנתח באופן בלתי משוחד. כדי למנוע אובדן נתונים מחשב עקב הפסקת חשמל, כוח רציף supply (או לפחות מקור חשמל פסק) חייב להיות מאובטח. לבסוף, כדי להבטיח הערכה נכונה של צריכת מזון יומית, יש לציין כי הגודל של כדורי מזון לא יעלה על הגודל של החורים במתקן המזון (הגודל המומלץ של גלולה מזון יחידה הוא 20 מ"ג).
הוא לא יוזנח, עם זאת, כי ניתוח זה צריך גם לשלב כמה צעדי INBEST שונים עלולים ליצור אינטראקציה אחד עם השני. לדוגמא, עכברים שמבלים יותר זמן בגלגל הריצה עלולים להבלע כמויות גבוהות יותר של מזון ומים כדי לעמוד בדרישות הקלוריות מוגברות שלהם. באופן דומה, עכברי בליעה יותר פתרון סוכרוז עלולים להפחית את הצריכה של מזון. הפרשנות של תוצאות אלה עשויים להיות מסובכות עוד יותר על ידי השיפור הכללי של ביצועים לאורך זמן, במיוחד בכל הקשור לפעילות ingestive גלגל התנהגות וריצה. בהתחשב בתמריץ-הנכסים שלהם, הנסיינים יכולים לשקול גם הגבלת גישה לפתרון ולא סוכרוזהוא פועל גלגל כדי לנטרל את הסיכון לתוצאות פוסט-ingestive וירידה במשקל מוגזם, בהתאמה. עם זאת, חששות אלה עשויים להיות רלוונטיים יותר בכמה זנים יותר מאחרים, כי יש לי זנים שונים של עכברי פרופילים התנהגותיים שונים. למרות שביצוע שני בסיסי ובקרות הערכה ניסיוניות עבור רבים מהנושאים הנ"ל, הנסיינים צריכים להכיר בכך שמשתנים אלה צריכים להילקח בחשבון בעת פירוש נתוני INBEST. באותו הזמן, היבטים מסוימים של התנהגות לא ניתן למדו בסביבת כלוב-הבית, לכן יש צורך בשילוב עם בדיקות סטנדרטיים כדי להשלים את פרופיל ההתנהגות של נושאים.
מעקב ממוחשב בתוך סטנדרטי, אבל סביבות גמישות נראה הצעד ההגיוני הבא בניתוח התנהגות עכשווי. כגון גישה לא פולשנית, המבוססת על ethologically תאפשר לחוקרים לבחון את הרפרטואר המלא של תגובות התנהגותיות על פני תקופה ממושכת של זמן.oretically, זה יכול להיות מושלם על ידי לימוד התנהגות בסביבה "וירטואלית", העשירה דומה גידול טבעי באופן הדוק. מספר קבוצות מחקר מתואר כלי מעקב המבוסס על חזון שתומך phenotyping התנהגותם של עכברים בכלוב-22-25 בביתם, בצמדי 26, 27, או בהקשר של קבוצות חברתיות גדולות 28. דיוק גבוה ורזולוציה מרחבית יכולים להיות מושגת על ידי שילוב וידאו-מעקב עם טכנולוגיית שבבים עבור אוסף בו זמנית ומסונכרן של נתוני התנהגות בקבוצה של עכברים 28. ניתן לשלב מצלמות תרמוגרפיות מסוגלים לזהות חום חתימות עם שבבים או משיבים מושתלים לספק את המיקום היחסי ופונקציות פיסיולוגיות בסיסיות של כל עכבר (למשל טמפרטורת גוף, לב / שיעור, נשימה). בנוסף, מערכת מעקב מתקדמת 3D תפיק הכרה מדויקת יותר וכמותי של מעשי התנהגות. כדי להפעיל שוב ושוב ואריאתי של בדיקות, מערכת כזו צריכה להיות אוטומטית, מרחוק בשליטה, ומודולרי. לדוגמא, זיכרון מרחבי ניתן ללמוד בסביבות גדולות יותר על ידי תכנות המראה של רמזי דיסטלי על קירות LCD, או על ידי הצגה / הסתרת מכשירי עם אוכל טעים מקומתי מטלטלין. באופן דומה, אובייקטי רומן יכולים להיות מוצגים / חבוי בזמנים מסוימים לאורך כל תקופת המחקר. phenotyping הממוחשב כאלה עשויים לעזור בהבהרת הגורמים הגנטיים של התנהגות, מודלים מחלה בסיסי מנגנונים פתוגניים, ופיתוח אסטרטגיות טיפוליות חדשניות. אם לא תושג הסכמה לגבי תנאי בדיקה, רצף של בדיקות, כמו גם את החומרה ותוכנה המשמשת, ניתן לצפות שהתקינה המיוחלת תשפר שחזור של מחקרים התנהגותיים ולרומם psychometrics הניסיוני לרמה חדשה.
Disclosures
פרסום גישה פתוח של מאמר זה הוא בחסות מד Associates, Inc (סנט אלבנס, VT).
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Power control interface operating package | Med Associates Inc. | MED-SYST-8 | Interface box and PCI card that manage all A/D data inputs and outputs |
| Stimulus light | Med Associates Inc. | ENV-221M | 28 V DC, 100 mA, 2.5 cm diameter light (for presentation of a conditioned stimulus) |
| Head entry detector | Med Associates Inc. | ENV-254-CB | Permits head entry detection into the pellet receptacle |
| Photobeam lickometer | Med Associates Inc. | ENV-351W | Infrared sensor system for detecting beam interception by snout |
| Food pellets | Bio-Serv | F0163 | Dustless precisions food pellets (20 mg rodent grain-based diet) |
| Food dispenser | Med Associates Inc. | ENV-203-20 | Automated food dispensing system consisting of elevated plastic container and dispensing tube |
| Food receptacle | Med Associates Inc. | ENV-303R2W | Infrared sensitive base to signal when food pellet is dispensed or collected |
| Climbing mesh | Med Associates Inc. | CT-Climbing mesh | Durable metal rungs, dimensions |
| Med PC IV software | Med Associates Inc. | SOF-735 | Integrates data acquisition from all electronic devices |
| MPC2XL v1.4 | Med Associates Inc. | SOF-731 | Raw data transfer utility |
| Soft CR Pro v1.05 | Med Associates Inc. | SOF-722 | Remote online monitoring software |
| Running wheel | Med Associates Inc. | CT-MSUB-ENV-3042-X1 | Activity wheel for mice |
| Digital counter | Med Associates Inc. | ESUB-ENV-3000 | LCD counter (4 counts = 1 revolution = 54.6 cm length) |
| Picolo Diligent frame grabber | Euresys | High-resolution PCI video capture card | |
| Ethovision XT 8.5 | Noldus Information Technology | Video-tracking software | |
| Camera | Panasonic | WV-BP334 | Digital, low-lux video camera suspended from a custom-made metal stand |
| Video Splitter | American Dynamics | ADQUAD87 | Integrates and digitizes inputs from 4 video cameras |
References
- Henn, F. A., McKinney, W. T. Ch. 67. Psychopharmacology: The Third Generation of Progress . Meltzer, H. Y. , Raven Press. 687-695 (1987).
- Hart, B. L. The behavior of sick animals. Vet. Clin. North Am. Small Anim. Pract. 21, 225-237 (1991).
- Kapadia, M., Sakic, B. Autoimmune and inflammatory mechanisms of CNS damage. Prog. Neurobiol. 95, 301-333 (2011).
- Rogers, D. C. Behavioral and functional analysis of mouse phenotype: SHIRPA, a proposed protocol for comprehensive phenotype assessment. Mamm. Genome. 8, 711-713 (1997).
- Moy, S. S. Mouse behavioral tasks relevant to autism: phenotypes of 10 inbred strains. Behav. Brain Res. 176, 4-20 (2007).
- Gulinello, M., Putterman, C. The MRL/lpr mouse strain as a model for neuropsychiatric systemic lupus erythematosus. J. Biomed. Biotechnol. 2011, 207504 (2011).
- Marchese, M. Autoimmune manifestations in the 3xTg-AD model of Alzheimer's disease. J. Alzheimers. Dis. 39, 191-210 (2014).
- Sakic, B. A behavioral profile of autoimmune lupus-prone MRL mice. Brain Behav. Immun. 6, 265-285 (1992).
- Sakic, B., Szechtman, H., Denburg, S. D., Carbotte, R. M., Denburg, J. A. Spatial learning during the course of autoimmune disease in MRL mice. Behav. Brain Res. 54, 57-66 (1993).
- Sakic, B. Disturbed emotionality in autoimmune MRL-lpr mice. Physiol. Behav. 56, 609-617 (1994).
- Visser, L., van den Bos, R., Kuurman, W. W., Kas, M. J., Spruijt, B. M. Novel approach to the behavioural characterization of inbred mice: automated home cage observations. Genes Brain Behav. 5, 458-466 (2006).
- Sakic, B. The use of integrated behavioral station in chronic behavioral studies. Measuring Behavior. , Maastricht, Netherlands. 328 (2008).
- Shinzawa, K. Neuroaxonal dystrophy caused by group VIA phospholipase A2 deficiency in mice: a model of human neurodegenerative disease. J. Neurosci. 28, 2212-2220 (2008).
- Quintana, A., Kruse, S. E., Kapur, R. P., Sanz, E., Palmiter, R. D. Complex I deficiency due to loss of Ndufs4 in the brain results in progressive encephalopathy resembling Leigh syndrome. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 107, 10996-11001 (2010).
- Irwin, S. Comprehensive observational assessment: Ia. A systematic, quantitative procedure for assessing the behavioral and physiologic state of the mouse. Psychopharmacologia. 13, 222-257 (1968).
- Crawley, J. N. What's Wrong With My Mouse?: Behavioral Phenotyping of Transgenic and Knockout Mice. , Wiley-Liss. (2007).
- Feeney, D. M., Gonzales, A., Law, W. A. Amphetamine, haloperidol and experience interact to affect rate of recovery after motor cortex injury. Science. 217, 855-857 (1982).
- Stanley, J. L. The mouse beam walking assay offers improved sensitivity over the mouse rotarod in determining motor coordination deficits induced by benzodiazepines. J. Psychopharmacol. 19, 221-227 (2005).
- Gulinello, M., Chen, F., Dobrenis, K. Early deficits in motor coordination and cognitive dysfunction in a mouse model of the neurodegenerative lysosomal storage disorder, Sandhoff disease. Behav. Brain Res. 193, 315-319 (2008).
- Rustay, N. R., Wahlsten, D., Crabbe, J. C. Influence of task parameters on rotarod performance and sensitivity to ethanol in mice. Behav. Brain Res. 141, 237-249 (2003).
- Kapadia, M. Altered olfactory function in the MRL model of CNS lupus. Behav. Brain Res. 234, 303-311 (2012).
- Jhuang, H. Automated home-cage behavioural phenotyping of mice. Nat. Commun. 1, 68 (2010).
- Steele, A. D., Jackson, W. S., King, O. D., Lindquist, S. The power of automated high-resolution behavior analysis revealed by its application to mouse models of Huntington's and prion. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 104, 1983-1988 (2007).
- Zarringhalam, K. An open system for automatic home-cage behavioral analysis and its application to male and female mouse models of Huntington's disease. Behav. Brain Res. 229, 216-225 (2012).
- Chaumont, F. Computerized video analysis of social interactions in mice. Nat. Methods. 9, 410-417 (2012).
- Kabra, M., Robie, A. A., Rivera-Alba, M., Branson, S., Branson, K. JAABA: interactive machine learning for automatic annotation of animal behavior. Nat. Methods. 10, 64-67 (2013).
- Weissbrod, A. Automated long-term tracking and social behavioural phenotyping of animal colonies within a semi-natural environment. Nat. Commun. 4, 2018 (2013).
