This article describes a new protocol for the quantitative measurement of social motivation in mice using operant conditioning for a social reward. The protocol is useful for the measurement of social motivation in mouse models of autism and other disorders of social behavior.
I detta protokoll, är social motivation mäts i möss genom ett par operant paradigm konditione. För att utföra experimenten har två kamrar transferlådor utrustade med två operanta spakarna (vänster och höger) och en livsmedelsbehållare i en kammare, som sedan delades från den andra kammaren genom en automatiserad giljotindörr täckt av ett trådgaller. Olika stimulans möss, roteras över testdagar, fungerade som en social stimulans bakom trådgaller, och var bara synliga efter öppnandet av giljotindörren. Test möss utbildade för att spaken tryck för att öppna dörren och få tillgång till stimulans partner för 15 sek. Antalet hävarmspressar krävs för att få den sociala belöningen gradvis ökat på ett fast schema av 3. testsessioner avslutades efter testmöss slutade spak trycka i 5 minuter i följd. Den sista förstärkta förhållande eller brytpunkt kan användas som ett kvantitativt mått på social motivation. För det andra paradigmet, test möss utbildade för att skilja mellan vänster och höger spak pressar för att erhålla antingen ett livsmedel belöning eller social belöning. Möss belönades för varje 3 tryckningar på respektive spak. Antalet mat och sociala förmåner kan jämföras som ett mått på värdet placeras på varje belöning. Förhållandet mellan varje belöning typ kan också jämföras mellan musstammar och förändringen i detta förhållande kan övervakas inom testsessioner för att mäta mättnadskänsla med en viss belöning typ. Båda dessa operant paradigm konditione är mycket användbara för kvantifiering av social motivation i musmodeller av autism och andra störningar i socialt beteende.
Under de senaste åren, har kopplingen mellan genetiska och miljömässiga faktorer som störningar i socialt beteende inklusive autismspektrumstörning, lett till utvecklingen av musmodeller som syftar till att undersöka vilken roll dessa faktorer i socialt beteende. Detta har skapat en efterfrågan på nya tekniker för karakterisering av socialt beteende hos möss inklusive ett kvantitativt mått på social motivation 1.
Det finns flera etablerade paradigm som kan användas för att visa social motivation hos möss, men; de har alla allvarliga begränsningar på deras förmåga att kvantifiera styrkan hos den motiverat beteende. Till exempel några av de tidigaste beteende bedömningar ingår enkla observationer av sociala interaktioner mellan två gnagare som aldrig har träffat. Flera beteenden inklusive närmar sig, efter, sniffa, och grooming mäts ofta, och kan ge ett index på social motivation. Dessa studier var ursprungligen utförtshos råttor 2-5, och sedan anpassade för användning i möss 6,7. Tillvänjning / dishabituation socialt erkännande paradigm där försöksdjuret utsätts upprepade gånger till samma stimulans djur (tillvänjning) och sedan utsätts för en ny djur (dishabituation) också ett mått på social motivation 8. Eftersom etiketterna föreslår, kommer typiska djur visar en vana beteende svar på de upprepade förekomsten av samma stimulans djur men kommer att visa dishabituation, eller en återgång till baslinjen, när de utsätts för nya djur. Den tillvänjning svar visar sannolikt en nedgång i motivation test musen för att interagera med den stimulans musen. Sociala val paradigm möjliggör en testmus att välja mellan en tom kammare och en stimulans mus begränsas till en annan kammare har också använts för att bedöma social motivation. Ett försök inleds vanligen genom att placera testmus i ett neutralt, central kammare. Vissa versioner av denna uppgift innebär tethering stimulans musen till en kammare 9. En modifiering av denna uppgift sysselsatte användning av en tråd hölje över stimulans möss undvika uppbindning av stimulans djur 10. På senare tid har ett socialt betingad plats preferens uppgift utvecklats där möss rade att associera visuellt distinkta kammare med antingen närvaro eller frånvaro av en arbetsmarknadens parter, och fick sedan utforska de tomma kamrarna efter konditionering 11. Mer tid i kammaren där sociala liga tidigare inträffade anses vara ett index för social motivation.
Alla ovanstående paradigm ge värdefulla uppgifter om den sociala fenotypning av möss. Men medan man kan observera om en mus visar en "önskan" att söka social interaktion i ovanstående paradigm, är svårt att mäta styrkan i denna "längtan", dvs., Social motivation,. Styrkan i motiverade beteende hartraditionellt mätts hos gnagare genom att skapa ett scenario där de måste arbeta i syfte att få tillgång till källan för deras motivation. Detta innebär vanligtvis utbildnings gnagare i ett operant paradigm som involverar mat som motiverande faktor. Emellertid har denna metod använts tidigare för att undersöka social motivation hos råttor, men antingen som innebär tillgång till en sexpartner för hanråttor eller, för kvinnor, tillgång till sina egna valpar (granskas i Matthews et al., 2005) 12,13.
Före utvecklingen av sociala motivation paradigm som beskrivs nedan, det fanns bara en annan studie som undersökte social motivation utanför sexuell motivation att använda en operant paradigm med möss 12. I denna serie av experiment utavlade Swiss Webster-möss utbildade för att trycka på en spak för att få tillgång till en samkönad conspecific. I ett experiment för att en signifikant minskad latens börja reagera för tillträde till mål-mouse visades i individuellt inrymda möss jämfört med koncern inrymt möss tyder på en ökad motivation att söka social tillgång i dessa socialt isolerade möss. I ett annat experiment av samma studie gjordes en jämförelse mellan saltlösning och oxytocinantagonist (atosiban) infunderade möss. Intressant, de läkemedels infunderas möss visade en signifikant ökad latens för att börja svara för tillträde till målet musen tyder minskad motivation för en social belöning i dessa möss.
Medan dessa experiment utgör en ädel försök att kvantifiera social motivation hos möss med användning av operant betingning, de var också mycket begränsad och kraftigt förbättras med hjälp av de metoder som beskrivs nedan. Till exempel, en skenbar grundläggande brist i det första experimentet beskrivet ovan (försök 2 av själva studien) var forskarnas användning av endast två mål-möss altern över testdagar. Tidigare forskning har visat att socialt erkännande i hålls i gruppmöss kan pågå i åtminstone 7 dagar leder till minskad social utredning med upprepad exponering för samma mål 14. Men försvinner socialt erkännande i individuellt inrymda råttor och möss inom 1 – 2 tim så att sociala utredningstider kvar på baslinjenivåer om en upprepad exponering för samma mål är åtminstone 2 timmar efter den första exponeringen 15-17. Den reducerade latens av individuellt inrymda möss för att börja svara för social tillgång redovisas i Matthews et al. Experiment kan ha varit en följd av bristen på socialt erkännande av målet möss över testdagar 12. Denna potentiella FÖRBRYLLA styrs i nedanstående metoder med hjälp av ett nytt mål musen på varje testdag. Också i båda experimenten från Matthews et al., Ovan beskrivna studien fanns det inga rapporterade skillnader i det totala antalet hävarmspressar gjorts mellan grupper. Det är möjligt att en skillnad i total hävarmspressar kunde ha varaen upptäckt om forskarna utnyttjat en successivt ökande förhållande av svaren för att belöna som används i vår forskning som skisseras nedan. Dessutom var tillgången till målet mus som styrs manuellt av den som utför experimentet, genom att lyfta upp en ask som täckte målet. Användningen av en automatiskt styrd giljotindörr för åtkomst till mål-mus eliminerar risken för artefakt på grund av närvaron av den som utför experimentet. I själva verket, för att helt automatisera de sociala motivation operant paradigm, var forskningsutrustning anpassade enligt nedan.
De operant social motivation paradigm som beskrivs i den här artikeln är kraftfulla verktyg för karakterisering av socialt beteende i musmodeller av mänskliga sjukdomar. Snarare än att låta en testmus att passivt välja ett socialt möte, dessa paradigm kräver ansträngning från testmus för att få en social belöning. Mängden arbete som en testmus är villig att producera för att få social belöning ger ett kvantitativt mått på social motivation. Dessutom, genom valens jämförelse paradigm, motiverade beteende kan jämföras mellan olika belöningstyper. Båda dessa operant paradigm kan användas för att bedöma sexuella och föräldra motiv samt genom att presentera den lämpliga stimulansen på den motsatta sidan av giljotindörren.
Utvecklingen av dessa sociala motivation paradigm involverade felsökning av flera viktiga variabler. Till exempel genom pilotstudier den tid som den sociala belöningen is presenteras sänktes från 30 sek till 15 sek. Även den här gången är tillräcklig för sociala interaktioner mellan test- och stimulans möss, kan framtida forskning optimera mängden tid för social belöning. På samma sätt var det successivt ökande förhållandet mellan hävarmspressar till sociala förmåner sänks från en fast ränta på 5 till 3 baserat på pilotforskning.
Antalet dagar som krävs för att nå asymptotiskt spaken trycka beteende ursprungligen bedömdes genom 30 dagar av dagliga testpass. Det konstaterades att de flesta möss når asymptote i 7 dagar så antalet testsessioner sänktes till 20. Daglig prestanda inte varierar dock så genomsnitt data under de senaste 10 dagarna säkerställer asymptotisk prestanda och samtidigt ge en bättre index för sann medel prestanda än färre testdagar. Forskare bör övervaka sina uppgifter för att säkerställa att asymptotisk prestanda nås inom 10 testdagar eller ändra protokollet vid behov.
Training sessioner också sänks från en timme till 30 minuter. Antalet utbildningar som krävs är beroende på musstam och vissa möss kan godtyckligt betecknas som nonlearners efter ett fast antal träningspass 18. Antalet utbildningsdagar som krävs för att nå kriteriet för avancemang till test paradigm ger en annan index för social motivation och är därför värd att spåra. Forskarna kanske också vill experimentera med olika mat belöning alternativ för valens jämförelse paradigm. Det är dock viktigt att testmöss initialt tränas med hjälp av en rent social belöning och sedan testas i social motivation paradigm innan valens jämförelse paradigm.
Dessa operant social motivation paradigm kan modifieras och förbättras genom att mäta ytterligare variabler än de som anges i ovanstående protokoll. Exempelvis kan läget för varje mus i sin respektive kammare spåras med currently tillgänglig kommersiell programvara. Dessutom kan specifika beteenden inklusive nos-mot-nos kontakt eller ultraljud läten görs under sociala interaktioner. Forskare kan ytterligare experiment med justeringar av de förhållanden som användes i den sociala motivationen paradigm eller med prov som involverar avsaknad av en social partner eller ens jämförelser som omfattar andra stimuli bakom giljotindörren såsom en video av en conspecific eller ens en marionett. För valens jämförelse paradigm, analyser av val dynamik i studierna kan ge ytterligare information om förändringar i motivationen på grund av mättnad för en viss belöning typ 18.
Även om dessa operant sociala motivation paradigm ger en välbehövlig verktyg för att kvantifiera social motivation hos möss, har de vissa begränsningar. Först dessa paradigm kräver möss har den kognitiva förmågan att göra inlärda associationer mellan spaken pressning och social belöning. Vissa musmodeller kanhar underskott i både kognitiva och sociala förmågor som gör det svårt att bedöma social motivation att använda dessa paradigm. För det andra, är den typ av sociala mötet begränsad som mössen endast tillåtet att interagera över ett trådgaller. Men möss är fortfarande lyckats med att engagera sig i många typiska sociala beteenden, framför allt, näsa-till-näsa undersökningar. En sista begränsning av dessa metoder är att de är arbetsintensiva och kräver mycket tid att slutföras. Utbildningen och testning genom båda paradigm kräver minst två månaders dagliga sessioner. Vissa möss kan ta mycket längre tid att lära sig spak trycka förening sträcker erforderligt antal sessioner. Medan paradigm verkligen inte kvalificerar som hög kapacitet tekniker, är de uppgifter som de genererar mycket värdefulla och värda investeringar som krävs arbetskraft. Men för att ge en mer fullständig karakterisering av sociala beteende av en viss musmodell, rekommenderas att dessa paradigm vara ossed tillsammans med andra etablerade metoder för att mäta socialt beteende hos möss.
The authors have nothing to disclose.
Vi tackar fakultets forskningsrådet vid Azusa Pacific University för bidragsstöd. Vi vill också tacka Ashley Schneider, Michael Gregg, och Hannah Prov för teknisk support.
Modular Shuttle Box | Med Associates Inc. | ENV-010MC | |
Auto-Guillotine Door | Med Associates Inc. | ENV-010B | |
Mouse Levers | Med Associates Inc. | ENV-3010M | |
Liquid Dipper with Food Receptacle | Med Associates Inc. | ENV-202M-S | |
Eight-Channel I/R Controller | Med Associates Inc. | ENV-253C | |
Melamine Sound-Attenuating Cubicle | Med Associates Inc. | ENV-016MD | |
MED-PC IV Software Program | Med Associates Inc. | MED-PC IV | |
Microsoft Lifecam Camera | Microsoft | ||
Wire Grid | Wire grids can be purchases from a hardward store. We cut wire grids from stainless steel mouse cage tops. | ||
70% Ethyl Alcohol | Used to clean shuttle boxes between mice. Specific brand is unnecessary. | ||
Evaportated Milk | Carnation | 0.02 mL combined with 0.2% sucrose. We always purchase the same brand for better consistency. | |
Sucrose | Any brand of pure granular sugar will due as it is dissolved in the evaporated milk. |