Summary
Этот документ описывает протокол для когнитивной оценки для генетических моделей с помощью системы IntelliCage, которая является высокая производительность автоматизированных поведенческие системы мониторинга с оперантного кондиционирования болезни Альцгеймера.
Abstract
Многочисленные факторы — такие, как старение и гены — часто связаны с когнитивными. Генетически модифицированные мыши модели когнитивными, таких как болезнь Альцгеймера (AD), стали перспективным инструментом для выяснения основных механизмов и содействия терапевтических достижений. Важным шагом является проверка и характеристика ожидаемых поведенческих отклонений в моделях, в случае объявлений, когнитивными. Долгосрочный поведенческие исследования лабораторных животных для изучения эффекта старения спроса значительные усилия от исследователей. Система IntelliCage является высокой пропускной способностью и экономически тест батареи для мышей, что исключает необходимость обработки ежедневных человека. Здесь мы описываем, как система используется в долгосрочной фенотипирование модель Генетические болезни Альцгеймера, специально посвященных когнитивных функций. Эксперимента работает повторных батарея тестов и оценки пространственного обучения и исполнительных функций. Это экономически зависящих от возраста фенотипирование позволяет нам определить временные или постоянные эффекты генов на различных когнитивные аспекты.
Introduction
Развитие животных моделей для нейронов болезнь в течение последнего десятилетия предоставила механистического понимания их основания и для того, чтобы содействовать терапевтических достижений1,2,3. Применение высок объём поведенческих тест батареи в генетических животных моделях является инструментом эвристического исследования для изучения основных механизмов болезней человека и определение лекарственной терапии. Исследовательский тест батареи приспособлены для долгосрочного наблюдения старения и/или слабоумия модели традиционно заставили лаборатории потреблять большое количество специализированных людских ресурсов и времени. Система мониторинга дома Кейдж бы экономически эффективной стратегией, как это снизит стоимость поведенческие наблюдения людьми. Некоторые исследовательские группы разработали автоматизированных инструментов, на основе видения, которые помогают поведенческих фенотипирование одного человека в небольшой домашней Кейдж4,5,6. Однако такие методы ограничения социального взаимодействия, размер сред тестирования и различных поведенческих мер, которые включают когнитивных функций. IntelliCage является второго поколения системы мониторинга дома Кейдж, предназначенный для выполнения различных когнитивных задач в клетке социального дома. Важно отметить, что этот метод может устранить ежедневно обработки, позволяет нам осуществлять долгосрочный мониторинг поведенческие оценки когнитивных функций, и это может устранить требования к специализированных практических обработки и дать высокую воспроизводимость приобретение данных7. Здесь мы описываем долгосрочной фенотипа и проверки в генетических мыши модели болезни Альцгеймера (AD) который был недавно создан8,9,10 , используя автоматизированный мониторинг дома Кейдж системы. Тест батареи, которая включала оценки пространственного обучения и исполнительных функций, был неоднократно выступал в нескольких точках возраста (9 – 12 и 14 – 17 месяцев). Этот возраст зависимых фенотип позволил нам определить временные или постоянные эффекты генов на различных когнитивные аспекты. Мы обнаружили, что некоторые объявления модели показали как временных, так и постоянных фенотипов несколько когнитивные аспекты, протестированы в долгосрочный анализ с использованием автоматизированных дома Кейдж мониторинга системы10. Таким образом автоматизированная исследования с использованием системы мониторинга дома Кейдж выгодные и экономически эффективным для долгосрочного поведенческих фенотипа и проверки в различных моделях когнитивной дисфункции.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
Все процедуры были одобрены институциональные животное уход и использовать Комитет, и они были проведены по науке Института мозга RIKEN руководящие принципы для экспериментов на животных.
1. Установка аппарата
Примечание: Обзор автоматизированной системы мониторинга дома Кейдж показан на рисунке 1. Каждая система (39 x 58 см x 21 см) содержит один микропроцессор и четыре угла камеры, каждая из которых имеет две бутылки воды и кольцо антенна для обнаружения-радиочастотная идентификация транспондеры имплантируются в животных (рис. 1A). Идентификационные номера микропроцессора определяются поворотный переключатель (аппаратные адреса) (рис. 1B). Идентификационные номера микропроцессора не должны перекрываться. Две двери в каждом углу находятся под контролем компьютеров, которые используются для оперантного кондиционирования (рис. 1 c). Как правило каждая клетка может оценить до 12 мышей (см. Рисунок 2 пример группы жилья). Использование большего числа мышей является приемлемым. Однако следует обеспечить, что мышей не чрезмерно бороться и что они не переполнены, когда они выполняют задачи, сильно конкурентоспособной.
- К компьютеру последовательно через кабели могут клетки.
- Подсоедините батарейные кабели к вилки в микропроцессор (Power-on). Все светодиоды затем должен быть включен на несколько секунд, и все двери следует двигаться. Если индикаторы не выключается или если двери не двигаться, отключать и replug кабель питания (плохие электрические соединения могут привести к неправильной функционирования).
- Убедитесь, что раздвижные двери открывать и закрывать правильно. Если двери не двигаться правильно, проверьте маленькие магниты, придает черная рука. Если эта проблема возникает часто, рассмотрим клея Магнит на руке.
- Продолжайте проверять условия двери во всем экспериментов (по крайней мере один раз в день).
- Включите ПК.
2. программное обеспечение
Примечание: Все три компоненты программного обеспечения («Дизайнер», «Контроллер» и «Анализатор») для автоматизированной системы мониторинга дома клетка были разработаны как графических пользовательских интерфейсов (рис. 3). Пользователи могут легко управлять или добавить различные функции во время эксперимента.
- Делая эксперимент файлов с помощью «Дизайнер»
Примечание: «Конструктор» используется для создания и редактирования экспериментальной файлов (программы на системе) для выполнения различных протоколов для экспериментальных работ и для проверки состояния системы (рис. 3A). Один экспериментальный файл вкладывается животных список, Настройка оборудования и несколько протоколов для экспериментальных работ. Пользователи также могут получать опубликованные журнал протоколы, обратившись авторов.- Создание списка животных
- Определите условия. Построить экспериментальный Гранд дизайн, который включает в себя следующие параметры: 1) количество мышей субъекта, 2) количество генетических линий (или группы), 3) секс (Мыжские животные, женский животных или оба) и 4) количество клетки использоваться.
- Выберите тип соответствующий транспондер (DataMars или Trovan) на центральной панели.
- Набор «Группы». В панели «Группы», добавьте или удалите экспериментальной группы (т.е., генотипов или лечения), нажав «зеленый плюс (+)» или кнопку «красный крест (x)» в окне «Группы», соответственно.
- Набор «Кластеры». Используйте функцию «Кластер» для работы подгруппы одинаково, определяя правильные, неправильные и нейтральных углы и стороны.
Примечание: Визит, nosepoke и лизать события, основные данные для любой поведенческих задач, все связанные с определением. Этот параметр является обязательным для задач пространственного обучения. Определенных кластеров для каждого животного остаются неизменными на протяжении всего эксперимента. Например в одном кластере на место предпочтение (PP) задачи или место предпочтение разворот (PPR), один угол определяется как правильно (вода доступный) и трех углов определяются как неправильный (вода недоступны). Кроме того кластеры могут быть связаны с другой, с помощью функции «Ссылка». - Назначение переменных, включая «Имя», «Тег» (транспондера ID), «Секс», «Группа» и «Кластер».
- Сохраните и вставьте животных списки, выбрав «Экспорт животных»... и «Импорт животных»..., в меню «Файл», чтобы повторить животных списки для другой эксперимент.
- Настройка оборудования в «Setup» tab. набор всех систем, используя их соответствующие идентификационные номера (аппаратный адрес) в закладке «Setup» соответствуют количество адресов в разделе «дизайнер» в фактическое количество адресов.
- Строить экспериментальные протоколы в закладке «IntelliCage»
- Строить экспериментальные протоколы в закладке «IntelliCage», с помощью следующих головы и нижней вкладки (вкладки «Модуль» и «Опции»).
- Дизайн экспериментальных структур в пространстве «модуль», нажав вкладку «Модуль» (рис. 3A). Чтобы добавить новые модули, нажмите «Добавить» (зеленый плюс кнопки на вкладке «Модуль»).
Примечание: Есть четыре различных типов компонентов, а именно «Задачи», «Utils», «Репортеры» и «События». Как правило эксперимент начинается с триггера события, а именно «Визит», «Nosepoke» или «Питьевая». Чтобы выбрать триггер события, перетащите соответствующее подразделение из раздела события, чтобы определить начальный знак. Впоследствии, чтобы задать вывод для некоторых приводов (например, двери), перетащите единицы из раздела «Задачи» (например., «Двери», «ВОДИТЬ» и «Воздуха»). - Перетащите единиц, показанный в части «Единицы», в «Модуль пространство».
Примечание: Опять же, пользователи могут получить опубликованные протоколы (как экспериментальный файлы) от авторов и повторно использовать файлы путем импорта новых животных списка. Пользователи не должны сделать все модули. - Чтобы сделать модуль адаптации (NPA) nosepoke (рис. 6А), перетащите блок «Двери» из раздела «Задачи», «Ворота» и «Таймер» подразделения из раздела «Utils» и «Визит» и «Nosepke» подразделения в разделе «События» в пространство «модуль».
- Ссылка «Любой» на линии «ON» Nosepoke группы «В» в группе ворот. Ссылка «Out» на «Закрыть» в группе «Ворота». Ссылка «Out» в «Ворота» на «Активировать» в группе «Таймер». Ссылка «Out» в ворота открыть в блоке «Дверь». Ссылка «Out» в группе «Таймер» для «Закрыть» в группе «Дверь». Набор «Период» как 5000 (МС) в разделе таймера.
Примечание: Блок «Ворота» используется для управления входной и выходной последовательности. В положении «Открыто» (состояние по умолчанию) будет эксплуатироваться последовательности, подключенных к «Выход». В противоположность этому в состоянии «Закрыть», последовательность, подключен к выходу будет остановлена. Вероятность курс открытия может быть указано (рис. 6A, рис. 8Аи рис. 9A). Селекторе «модуль» используется для изменения модулей в случайном порядке или в определенной последовательности в тот же экспериментальный период. В задаче серийный время реакции (SRT) например, модули (с переменной задержки длиной) случайно переключаются на каждом конце визита, используя селектор модуля (режим набора «RandomExcludeDefault»), связаны с линии «Конец» группы «Визит» (рис. 8A ). Блок «Разделитель» будет использоваться для прямого входного сигнала к определенной стороне угла. Это требуется для более сложных модулей, таких как те, которые используются в сто или дисконтирование задержки (DD) задачи, которые требуют эксплуатацию конкретной стороне. Например в задаче DD, только одну сторону (подслащенные) откроет с задержкой (рис. 9а). - Определите первоначальный статус дверей в клетках на вкладке «Параметры» укажите все двери закрыты в-питьевой сессии как типичный первоначальный статус для PP или PPR задач.
- Задайте время расписание на вкладке «Параметры». Модули являются изменения в определенные моменты времени, и действий, определенных в окне «Шаблоны день» осуществляется.
Примечание: «День шаблоны» часть может использоваться для задания окна экспериментальной времени. Как правило в ночное время, активная фаза мышей, используется для оценки поведения в познавательных задач. Следует отметить, что длительность задачи может повлиять на объем потребления воды. Если продолжительность времени в относительно легких задач, производительность в конце окна времени может уменьшиться из-за удовлетворение. Таким образом окно времени должен быть тщательно.
- Создание списка животных
- Запуск эксперимента с использованием «Контроллер»
- Загрузить экспериментальной файл, нажав «Эксперимент»... кнопку в разделе «Настройка» в «Контроллер».
- Запустите эксперимент, нажав кнопку «Пуск» «Контроллер» (центр правая часть).
- Контролировать и визуализировать текущее состояние системы и мышей.
Примечание: Поведенческие события объясняются следующим: визит, введя угол (обнаружены температурного датчика); nosepoke, положить нос отверстие внутри угла (обнаруживаемых инфракрасный луч и можно разделить на левой и правой nosepoke); Лик, лижет, обнаруженных lickometer (учитываются как время контакта и частота). - Тщательно проверьте состояние системы, особенно внимание на предостережения.
Предупреждение: Ошибки из-за неверного тега животных (номер транспондера) будут отражены в журнале даже если число фактических тега является правильным (т.е., «незарегистрированных тег ***», «Присутствие сигнал без регистрации антенны», и т.д.). Это может быть из-за использования ретранслятора, который истекает. Однако эта ошибка не является серьезной проблемой. В этом случае следует перепроверить, что животное, указанные в сообщении могут быть обнаружены. Ошибки из-за длительных периодов без посещения или напиток будет отображаться как, например, «*** (животное ID) не сделал каких-либо посещений за последние 720 минут» (рис. 3B). Тщательно проверьте несколько возможностей, которые могут привести к таким ошибкам. Наиболее серьезный случай является, что животное уже мертв. Вторым наиболее серьезных возможность является, что есть проблема с системой обнаружения для животных (транспондер не работает, или поссорился). Третья возможность заключается, что животное просто не активен. Если животное не делает каких-либо посещений в течение всего 24 h, экспериментатора следует рассмотреть возможность удаления животное из каркаса из-за состояния его здоровья. Серьезной проблемой, которая не имеет признак ошибки является неспособность дверь закрыть (почти всегда из-за проблем с магнитами на дверь). Это приводит к созданию неуместным питьевой угла. Чтобы проверить эту проблему, условия все двери должны быть проверены во время сеанса не пить по меньшей мере один раз в день. Данные, полученные при наличии этой проблемы не может использоваться для анализа задач, PP, PPR, SRT или дд. - Вывод всех поведенческих события с тегом для времени и животных информации, нажав кнопку «Стоп» на «Контроллер» (рис. 3B).
- Обработка данных с использованием «Анализатор»
- С помощью «Анализатор», анализа и визуализации данных.
- Экспорт данных время сегментирования как файлы Excel (рис. 3 c). Графические результаты, показанные на вкладке «Графики» может облегчить понимание данных. На вкладке «Данные» данные расположены в нескольких столбцах и могут быть отсортированы и отфильтрованы с помощью каких-либо параметров.
3. животных подготовка
- Использование животных более 15 g (в возрасте 2 месяцев и старше).
Примечание: Если животных меньше, чем 15 g, несколько мышей может посетить угол одновременно, приводит к недостаточности в сборе данных. Возрасте животные должны тщательно контролироваться обеспечить, что они способны прыгать в углы и подниматься кормушки. Некоторые старые мыши или мышей с генетической мутации, выставке Мотор нарушениями может умереть, потому что они не могут получить доступ к воде или пище. - Уменьшить потенциальный риск агрессии.
Примечание: Даже при использовании самок мышей, лучше начать жилье всех мышей вместе в клетке в молодом возрасте (т.е., в возрасте 1 месяц) до начала эксперимента. Профиль мыши линии, особенно в том, что касается агрессивность, должны быть получены при использовании мышей-самцов в клетке. -
Имплантировать транспондеров радиочастотной идентификации (включены стерилизованные, игла), подкожно в мышей в регионе dorso шейки под изофлюрановая ингаляционной анестезии (рис. 4).
- Поместите указатель мыши в камере для индукции анестезии.
- Отрегулируйте кислорода расходомер с 0,8 до 1,5 Л/мин и изофлюрановая испарителем 2.0 до 2,5%.
- Отпустите кнопку мыши от индукции камеры после того, как частота дыхания стал медленно (около 5% падение).
- Поддержание анестезии с маски.
- Применить глазная мазь для глаз для предотвращения высыхания глаз.
- Пинч и снять кожу вокруг задней части лопатку для создания кармана.
- Окунуть инъекции с 70% этанола для сведения к минимуму введение волос в подкожной пространство. Затем вставьте инъекционные иглы через кожу параллельно позвоночника.
- Извлечь микрочип подкожно.
- Щепотка микрочип через кожу, чтобы держать его между лопаточный пространства.
- Медленно снять иглу. Продолжать пинча районе за несколько секунд, чтобы предоставить гемостаз.
- Если игла вводится неправильно используйте пост управления боли.
- Отпустите кнопку мыши от анестезии.
- Поместите указатель мыши в клетке восстановления и контролировать его, до тех пор, пока они просыпаются и двинуть вокруг. Старайтесь не оставлять без присмотра мыши.
- Мышь можно вернуться домой клетку после того, как он стал полностью амбулаторных.
- Проверьте имплантированных транспондер с читателем транспондер для по крайней мере за 1 неделю.
Предупреждение: Позиция имплантированных транспондеров является абсолютно критическим для идентификации (см. Рисунок 2). Не вставляйте транспондер вертикально в шеи; Это может вызвать, животные получают серьезные травмы спинного мозга животного. Транспондеры иногда выпадают через несколько часов или дней. Проверьте, работает ли транспондер с помощью транспондера читателя. В факультативных, имплантат транспондер снова, если она падает; Однако неоднократные повторное имплантата может вызвать искусственный поведенческие изменения. Проверьте дату истечения срока действия. Истек транспондеров будет часто передавать неверные сигналы что привело отсутствующих данных.
- Ввести животных в клетке и проверьте транспондеры имплантируются в мышей, с помощью транспондера читателей. Если ресивер не обнаруживаются, удалите мышей.
4. запуск экспериментов
Примечание: Мышей кормили ad libitum с стандартной мыши Чоу и поддерживал с синтетических постельное белье меняется каждые 1 или 2 недели в зависимости от расписания задач. Избегайте изменения постельные принадлежности во время обучения пространственных задач особенно первоначальных 1 – 2 дней. Горят с 08:00 до 20:00. Экспериментальные модули последовательно выполняются согласно научные вопросы. Экспериментальный график иллюстрируется на рисунке 5.
- Общая деятельность
Примечание: Мышей последовательно приспособлены к окружающей среде в клетке, с использованием трех экспериментальных условий: Бесплатные адаптации, где животные могут всегда получать доступ к бутылки воды в углах либерально (один день до 1 недели привыкания обычно считается адекватные); НПД, где мышей может получить доступ к бутылки с водой на 5 секунд после каждого nosepoke в отверстия напротив двери в углах (3 дня до 1 недели, обычно считается адекватным привыкания); и адаптация питьевой сессии, где мышей может получить доступ к бутылки воды в определенное время дня.- Подготовка файлов эксперимент для задач Англии, ПНН и DSA.
- Запустите задачу Англии в «Контроллер».
- Измерьте количество посещений, nosepokes и/или лизать эпизодов ежедневно или циркадного активность периодически как индекс общей активности.
- Запустите задачу НПД в «Контроллер».
- Запустите задачу DSA в «Контроллер».
Примечание: Многие парадигмы обучения требуют адаптации для питьевой сессии. Чтобы задать расписание для DSA, использовать два различных экспериментальных модулей: по умолчанию (для воды лишение) сессии и питьевой сессии. Мышей не может получить доступ к бутылки с водой, потому что ничего не происходит после nosepoke в модуле по умолчанию. Питьевой сессии идентичен ННА модуль. График, определенный на вкладке «Параметры» в «Конструкторе» может затем переход к сессии не пить, определенных в другом модуле.
- Пространственного обучения и памяти задачи
Примечание: PP задача используется для оценки пространственного обучения (обычно 5-7 дней). В задаче PP мышей имеют ограниченный доступ к воде в трех из четырех углов (один правильный угол и три неправильные углы). Таким образом животных придется посетить определенный угол пить воду во время питья сессий. PPR задача используется для оценки гибкости или compulsivity и возможность изменить поведение свободно (обычно 5-7 дней). В задаче PPR мышей доступ только воду в противоположных углах, используется как правильный угол в задаче PP.- Подготовка файлов эксперимент для задач, PP, PPR. Определите правильные углы для мышей, установив «Группы» (обычно 1-4 углах каждой) на вкладке «Animal» «Дизайнер» (см. Рисунок 6A, снизу). Чтобы избежать интенсивного движения в одном углу, выделяют четыре угла для всех мышей равномерно.
- Запустите задачу PP в контроллере.
- Оцените производительность пространственного обучения на время курс, численность и процент правильных nosepokes.
Примечание: В текущей версии задачи PP уделяет больше внимания пространственного обучения вместо, пространственной памяти, как задачи не требуется разрыв во времени между различными процессами. Больше внимания пространственной памяти, рассмотрите возможность использования задачи предотвращения (PA) место или неопределенной новой версии пространственные задачи, использует определенное время пробелы между испытаниями. - Запустите задачу ОРП в «Контроллер».
- Оцените гибкость или compulsivity, основанный на время курс, число и процент правильно nosepokes.
Примечание: Интерпретации PPR данных требуется несколько тщательно суждений. Первоначальный производительность задачи PPR сильно зависит от производительности в задаче PP. Это потому, что задача PPR опирается на вмешательство или необходимость изменить поведение. Таким образом производительность ОРП может быть особенно бедным, если производительность задачи PP близка к 100% правильно. Гибкость можно считать одним из исполнительных функций11,12,13. - Оценивать пространственные страх памяти в ПА.
Примечание: ПА задача состоит из 4 непрерывной сессии: привыкание (1 день); Кондиционер (воздух слоеного вводится после nospoke в любой стороны предварительно определенный угол [неверно nosepoke], день 2); 24 h разрыв вне тестирования клетке (мышей помещаются обратно в их нормальной дома клеток, day3); размещение мышей обратно в блоке тестирования без воздуха слоеное (4 – 10 дней).- Подготовка файлов эксперимент для ПА.
- Запустите привыкания (1 день).
- Запустите принадлежности (день 2).
- Учитывать нормальной дома клетки мышей и держать в течение 24 ч (day3).
- Принять мышей обратно тестирования клетке и запустить протокол испытаний (день 4 – 10).
- Оценивать отрицательной пространственного обучения на принадлежности (день 2) на основе соотношения неправильным nosepokes, отрицательной пространственной памяти на том основании в день возвращения к тестированию клетке (день 3), и исчезновения обучения на основе, на 4-10 дней.
- Оценка Исполнительного функции (импульсивность, внимание и Compulsivity)
- SRT задачи
Примечание: Эта процедура была ранее описана в более подробно10,14. В этот набор задач все четыре угла эксплуатируются в то же время, 24 часа в сутки. SRT состоит из двух учебных сессий (SRT-подготовка 1 и 2) и две сессии тестирования (SRT-тест 1 и 2). На первой тренировке (SRT-обучение 1) животные проходят подготовку выучить что желтый светодиод сигнал пуска для nosepoke. Индикаторы всегда флэш-сразу же после первоначального nosepoke (задержка равным 0 s).
На второй тренировке (SRT-обучение 2), задержка устанавливается произвольно меняться между 0.5, 1.0, 2.0 и 4.0 s. В этот период преждевременной реакции имеют никаких последствий (предварительной подготовки). Любые nosepoke в период задержки считается преждевременным ответ, во время первой nosepoke когда дверь открыта (5 s) считается правильным ответом. В первой сессии тестирования (SRT-тест 1, используются для оценки импульсивность), первый nosepoke определяет правильной стороной и инициирует период задержки (0,5-4,0 s, в зависимости от этапа задачи), после которого Желтые светодиоды включены для определенного периода времени (длительность стимул = 2,0 s, в зависимости от этапа задачи). Затем открывается дверь. Первый nosepoke после того, как период задержки открывает дверь (5 s) и учитывается как правильно nosepoke в то время как любой nosepoke в период задержки считается преждевременным nosepoke. Существует несколько модификаций во второй сессии тестирования (2 SRT-тест, используемый для оценки внимание). После запуска стимул (0.2-1.0 s, немного короче, чем первый тест), мышей предоставляются с периода времени, в течение которого допускается nosepokes (ограниченный проводить, как правило 2 s). Открываются двери (5 s) только после правильной nosepoke, который является первой nosepoke в течение ограниченного трюма. Nosepokes после того, как ограниченное владение считаются опущены nosepoke и не приводят к любым изменениям в итоговом документе. Ошибки делятся на три типа: преждевременной nosepoke, опущен nosepoke и бездействие (только первый nosepoke). Внимания тест требует способность замечать Светодиодной вспышкой (определяется продолжительность продолжительность стимул), а также умеренно быстрый ответ (определяется продолжительность ограниченное владение). Время хода судебного разбирательства это показано на рисунке 7.- Подготовьте файлы эксперимент для SRT задач.
- Запуск SRT-обучение 1 на 3 дня.
- Запустите 2 SRT-обучения для 7 дней.
- Запуск SRT-тест 1 (импульсивность) на 7 дней. Вычислите импульсивность, на основе следующей формулы:
P — это число недоношенных nosepoke испытаний (или количество неправильно nosepoke), где T — это количество испытаний всего (количество первого nosepoke). - Запустите 2 SRT-тест (внимание) на 7 дней. Рассчитать точность (который считается показателем внимания) по следующей формуле:
где C — это количество правильных nosepoke испытаний (количество правильных второй nosepokes), T является число испытаний всего (количество первого nosepokes), O является количество бездействие судебных разбирательств (количество пропавших без вести второго nosepoke судебного разбирательства) и P — это число недоношенных nosepoke испытания (или количество второй неправильный nosepoke перед ограниченное владение).
-
DD задачи
Примечание: Это простой выбор задачи, где животные выбирают ждать, чтобы выпить воды (SW, сахарин 0,5% или 10% сахарозы) с задержкой или пить нормальную воду без задержки. Дверь на стороне выбранной открывает дверь на противоположной стороне остаются закрытыми. SW и обычной водой выделяются в правой или левой стороны всех углов одинаково. Расписание задачи DD включает в себя подготовку и тестовых сессий. В учебной сессии мышей может получить доступ к SW и воды без времени ожидания. Таким образом мышей будет развивать их предпочтений в сторону СВ. В тестовых сессий, ежедневно увеличивается время ожидания (т.е., 0, 1, 2,..., 8 s). Задержки, последовательно увеличить ежедневно, сделав несколько модулей, экспонирование длина различные задержки (0, 1, 2,..., 8 s) и параметр «Ссылка» в области «Модуль» и «Опции» (день шаблонов). В этой задаче все четыре угла действуют таким же образом, 24 часа в сутки.- Подготовьте экспериментальный файл для DD задачи.
- Определите сторону SW (правой или левой стороны на всех углах).
- Заменить бутылки с водой на определенные стороны бутылки с SW.
- Запустите учебную сессию для обучения животных пить SW в определенной стороны без задержек для 5 – 7 дней.
- Рассчитайте предпочтение индекс, который определяется как отношение лизать или nosepoking на стороне SW общее количество лижет или nosepokes. Индекс предпочтения для стороны, содержащий SW таким образом вычисляется как:
или
Бывший индекс больше фокусируется на результатах действий, хотя последний фокусируется больше на выбор поведения.
Примечание: Убедитесь, что большинство мышей преференциально выбирать стороны с SW (> 90% на основе номер индекса лизать, > 80% для первого индекса, основанного на nosepoke) в конце обучения. - Впоследствии запустите тест сессии DD задачи на 9 дней (s задержка 0 до 8).
- Оцените время курс изменения предпочтений сторону с SW для оценки compulsivity.
- SRT задачи
- Анализ данных
- Откройте архивы, используя «Анализатор» и экспортировать все данные в Excel файлы. Если количество объем данных является довольно большой, то лучше для фильтрации данных (т.е., извлекать питьевой сессии для пространственных задач и извлечь первый и второй nosepokes для SRT задач).
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
В нашем предыдущем исследовании возраст зависимых познавательные дефициты в AD модели были обнаружены эксперименты с использованием автоматизированных дома Кейдж мониторинга системы10. Их производительность моделей AD в PP была цела в молодых взрослых и пожилых предметам; Однако производительность в ОРП была значительно и постепенно нарушениями (рис. 6). Важно также соблюдать общее поведение или тревоги в стадии адаптации, поскольку такие черты могут повлиять на познание15. Модели AD не показали каких-либо грубых нарушений в визит, nosepoke и лизать чисел в Англии, NP и суточные сеансов. Таким образом объявление модели могут иметь меньше гибкости.
Чтобы оценить исполнительных функций, был записан поведенческих показателей в сто и ДД. Старые модели AD (NL-G-F) не хватало точности на последнем этапе SRT (SRT-тест 2) (рис. 8). В молодых взрослых и старые предметы NL-G-F мышей наблюдалось способствовали compulsivity (рис. 9B, сверху). Интересно, что хотя увеличение compulsivity NL-F мышей, которые были молодые люди, в пожилом возрасте, она стала сравнима с мышах одичал типа (рис. 9B, внизу). Это пример переходных фенотипа NL-F мутации.
Рисунок 1: компоненты автоматизированной системы мониторинга дома Кейдж. (A) Обзор системы. (B) расположение разъемов. (C) угол камеры с оперантной дверь. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.
Рисунок 2: пример группы жилья для исследования. Как правило используются 12 мышей в клетке. В случае использования четыре группы (три генетической модели и один одичал тип), три мыши на группу за IntelliCage считаются адекватными. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.
Рисунок 3: программное обеспечение для системы. (A) «Дизайнер» используется для создания экспериментальной файлов. Слева: Часть животных списка включает в себя информацию о животных и групповых определений. Справа: Модуль пространство используется для определения экспериментальных операций. (B) «Контроллер» может использоваться для запуска, монитор и записи экспериментов. Слева: Статус одного из клетки, работы с отображения животных визита, nosepoke и лизать в четырех углах. Справа: Будильник windows появится, если случиться неприятности. (C) анализатор может использоваться для обработки и экспорта данных, полученных от контроллера. Слева: Все данные помечены информацию о животных, окружающей среды внутри клетки и время. Фильтрация поможет дальнейшего анализа в Excel или другого аналитического программного обеспечения. Справа: График посещений (также nosepoke или лижет) могут быть показаны индивидуально. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.
Рисунок 4: транспондер имплантации. (A) микрочип ретранслятора (DataMars). (B) вид имплантации транспондер (transpondering). Избегайте причиной повреждения спинного мозга. Вид сверху (C) транспондера. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.
Рисунок 5: время линия экспериментов для когнитивной оценки с автоматизированной системой мониторинга дома Кейдж. Батарея тестов для когнитивной оценки была выполнена дважды (1-й сет, 9 – 12 месяцев старых; и 2 наборов, 14 – 17 месяцев) следуют экспериментов для оценки общей деятельности в конце (третий набор [18 месяцев]). Эта батарея была назначена для оценки когнитивных доменах (обозначается цвета — красный: Общая деятельность; Синий: пространственное обучение и память; Зеленый: исполнительные функции), которая имеет преимущества в проверки и характеристика ожидаемого познавательных дефицитов. FA: Бесплатные адаптации; ПНН: Nosepoke адаптации; Суточные: Питьевой сессии адаптации; PP: Место предпочтений; ОРП: Место предпочтение разворота; СТО: Серийный время реакции (для импульсивности и внимание); ПА: Место недопущение; DD: Задержка дисконтирование. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.
Рисунок 6: экспериментальный дизайн и представитель результаты задач, PP, PPR. (A) Top, пример модуля дизайн для PP или ОРП. Внизу, правильный угол изменяется на противоположной стороне в ОРП. (B) дефицит в пространственных разворота, обучения в AD модели (NL-G-F), вызвало в старшем возрасте. Данные выражаются как среднее ± Среднеквадратичная ошибка среднего (SEM). ∗p < 0,05; ∗∗p < 0.01. Цвета указывают группы сравнения: синий: NL против Вт; Красный: NL-F против Вт; Зеленый: NL-G-F против WT. Эта цифра была изменена ссылка10. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.
Рисунок 7: судебное разбирательство потока задач SRT. Слева: Судебная поток SRT (ИМП). Первый nosepoke определяет правильной стороной и инициирует период задержки (0,5-4,0 s), после которого включены Желтые светодиоды. Затем открывается дверь. Справа: Судебная поток SRT (att). Первый nosepoke определяет правильной стороной и инициирует период задержки (2.0 s), после которого Желтые светодиоды включены в короткие сроки (0,2-1,0 s). Мышей предоставляются с периода времени, в течение которого допускается nosepokes (ограниченный держать, 2 s). Открываются двери (5 s) только после правильной nosepoke, который является первой nosepoke в течение ограниченного трюма. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.
Рисунок 8: экспериментальный дизайн и представитель результаты задач SRT. (A) пример модуля дизайн для SRT. (B) внимание снижение АД модели, конкретных для старшего возраста. Данные выражаются как среднее ± SEM. ∗p < 0,05; ∗∗p < 0.01. Цвета указывают группы сравнения: синий: NL против Вт; Красный: NL-F против Вт; Зеленый: NL-G-F против WT. Эта цифра была изменена ссылка10. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.
Рисунок 9: экспериментальный дизайн и представительных результатов задачи DD. (A) пример модуля для DD задачи. (B) содействие compulsivity в объявление модели (NL-G-F) как молодые, так и преклонном возрасте. Это пример фенотипа. С другой стороны compulsivity был временно увеличен в другой AD модели (NL-F). Данные выражаются как среднее ± SEM. ∗p < 0,05; ∗∗p < 0.01. Цвета указывают группы сравнения: синий: NL против Вт; Красный: NL-F против Вт; Зеленый: NL-G-F против WT. Этот рисунок был изменен с предыдущей работы10. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Этот документ описывает метод с помощью автоматизированной системы мониторинга дома клетка для долгосрочных когнитивных и поведенческих анализов в генетически модифицированных моделей AD. Наиболее важным этапом является имплантация транспондер в соответствующем положении. Перед выполнением имплантации, убедитесь, что дата истечения транспондера не прошло. Второй важный момент заключается в том, чтобы проверить функционирование системы ежедневно, особенно как незначительная проблема может впоследствии стать более серьезным в ходе исследования (т.е., штабелироваться дверь, упал из транспондеров, плохие электрические соединения, и т.д. .). В-третьих важно, чтобы иметь возможность стрелять проблемы потому, что многие проблемы могут возникнуть на протяжении экспериментальный график.
Базовый пакет задачи когнитивной оценки представил этот документ. Эти задачи были произведены, ссылаясь на обычных поведенческие тесты, но они не могут имитировать совершенно обычные тесты. Например SRT задачи не установлен режим выбора. 5 выбор последовательный выбор задачи (5CSRTT), модель SRT задач, обычно проводится в камере с 9, 5 или 3 отверстия для nosepoke для измерения точности16,17. Наша команда ранее пытались осуществить выбор версии SRT, но мышей не выучить правила в течение относительно длительного времени (2 недели или больше). Пользователь этой системы должны знать разницу и тщательно обсудить данных.
Еще один вопрос — о ограничения для повторного измерения. Как упоминалось в предыдущем исследовании18, первый из них является, что неоднократные эксперименты не просто сравнить влияние возраста. Мы отметили, что данные из второго испытания ПА смогла реплицировать ухудшение памяти в AD модели10. Производительность всех генотип был намного хуже, чем у первого теста ПА. Эта разница может исходить от разница в возрасте или привыкания к отрицательной стимул (опыт предыдущей задачи ПА). Экспериментаторы должен ум повторить эффект и рассмотреть порядок задач. Чтобы преодолеть привыкания отрицательной стимул в втором испытании ПА, было бы лучше использовать сильнее воздуха слоеного стимул или добавить некоторые Роман экологических стимул, например, различные типы кроватей или звук19.
Различные исследователи разрабатывают новые методы и протоколы, для автоматизированного мониторинга дома клетка изучает20,21,,2223,24,25, 26и поддержки программного обеспечения с открытым исходным кодом библиотеки27. Таким образом были расширены возможности системы. Наконец система обеспечивает автоматизированный поведенческих высокопроизводительного скрининга для долгосрочных анализов, которые используются для изучения широкий спектр когнитивных функций, что выгодно в фенотипа и проверка моделей болезни.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Отсутствие конфликта интересов объявил.
Acknowledgments
Мы благодарим Рейко Андо за ее помощь в фотографирование материалов. Это исследование было поддержано субсидий для поисковых исследований (номер гранта KAKENHI JSP-страницы 16K 15196).
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| IntelliCage | TSE Systems | - | Parchased in 2011 or later |
| PC | Dell | Inspiron 580s | - |
| Display | Dell | SI75T-WL | - |
| ALPHA-dri | Shepherd Specialty Papers | - | Standard bedding |
| Aron Alpha (Krasy Glue) 2 g | Toagosei (Krasy Glue) | #04612 | Cyanoacrylates for gluing magnet and blak arm |
| Handheld Transponder Reader | BTS-ID | R-560 | Transponder reader, which reads both Trovan and DataMars |
| Transponder | DataMars | T-VA, T-VAS, or another series | Basic package of transponders and implanters |
| Diamond Grip Plus | Ansel Microflex | DGP-INT-M | Experimental glove |
| Isoflurane | Pfizer | 1119701G1092 | - |
| Vaporizer for small animals | DS Pharma Biomedical | SF-B01 | Facemask included |
| Neo-Medrol | Pfizer | 006472-001 | Eye ointment |
| Ethanol (70%) | - | - | - |
| Excel | Microsoft | 00202-51382-15524-AA928 | For data analysis |
References
- Bryan, K. J., Lee, H., Perry, G., Smith, M. A., Casadesus, G. Transgenic Mouse Models of Alzheimer's Disease: Behavioral Testing and Considerations. Methods of Behavior Analysis in Neuroscience. , CRC Press/Taylor & Francis. (2009).
- Nestler, E. J., Hyman, S. E. Animal models of neuropsychiatric disorders. Nature Neuroscience. 13 (10), 1161-1169 (2010).
- Crawley, J. N. Behavioral Phenotyping Strategies for Mutant Mice. Neuron. 57 (6), 809-818 (2008).
- Zarringhalam, K., Ka, M., et al. An open system for automatic home-cage behavioral analysis and its application to male and female mouse models of Huntington's disease. Behavioural Brain Research. 229 (1), 216-225 (2012).
- Prusiner, S. B., 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 diseases. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 95 (23), 13363-13383 (1998).
- Jhuang, H., Garrote, E., et al. Automated home-cage behavioural phenotyping of mice. Nature Communications. 1 (6), 1-9 (2010).
- Krackow, S., Vannoni, E., et al. Consistent behavioral phenotype differences between inbred mouse strains in the IntelliCage. Genes, brain, and behavior. 9 (7), 722-731 (2010).
- Nilsson, P., Saito, T., Saido, T. C. New mouse model of Alzheimer's. ACS chemical. 5 (7), 499-502 (2014).
- Saito, T., Matsuba, Y., et al. Single App knock-in mouse models of Alzheimer's disease. Nat Neurosci. 17 (5), 661-663 (2014).
- Masuda, A., Kobayashi, Y., Kogo, N., Saito, T., Saido, T. C., Itohara, S. Cognitive deficits in single App knock-in mouse models. Neurobiology of Learning and Memory. , (2016).
- Chan, R. C. K., Shum, D., Toulopoulou, T., Chen, E. Y. H. Assessment of executive functions: Review of instruments and identification of critical issues. Archives of Clinical Neuropsychology. 23 (2), 201-216 (2008).
- Jurado, M. B., Rosselli, M. The Elusive Nature of Executive Functions: A Review of our Current Understanding. Neuropsychology Review. 17 (3), 213-233 (2007).
- Diamond, A. Executive Functions. Annual Review of Psychology. 64 (1), 135-168 (2013).
- Kobayashi, Y., Sano, Y., et al. Genetic dissection of medial habenula-interpeduncular nucleus pathway function in mice. Frontiers in behavioral neuroscience. 7, 17 (2013).
- Robinson, O. J., Vytal, K., Cornwell, B. R., Grillon, C. The impact of anxiety upon cognition: perspectives from human threat of shock studies. Frontiers in human neuroscience. 7, 203 (2013).
- Robbins, T. The 5-choice serial reaction time task: behavioural pharmacology and functional neurochemistry. Psychopharmacology. (3-4), 362-380 (2002).
- Asinof, S. K., Paine, T. A. The 5-Choice Serial Reaction Time Task: A Task of Attention and Impulse Control for Rodents. Journal of Visualized Experiments. (90), e51574 (2014).
- Codita, A., Gumucio, A., et al. Impaired behavior of female tg-ArcSwe APP mice in the IntelliCage: A longitudinal study. Behavioural brain research. 215 (1), 83-94 (2010).
- Blumstein, D. T. Habituation and sensitization: new thoughts about old ideas. Animal Behaviour. 120, 255-262 (2016).
- Endo, T., Maekawa, F., et al. Automated test of behavioral flexibility in mice using a behavioral sequencing task in IntelliCage. Behavioural brain research. 221 (1), 172-181 (2011).
- Voikar, V., Colacicco, G., Gruber, O., Vannoni, E., Lipp, H. -P., Wolfer, D. P. Conditioned response suppression in the IntelliCage: assessment of mouse strain differences and effects of hippocampal and striatal lesions on acquisition and retention of memory. Behavioural brain research. 213 (2), 304-312 (2010).
- Puścian, A., Łęski, S., Górkiewicz, T., Meyza, K., Lipp, H. -P., Knapska, E. A novel automated behavioral test battery assessing cognitive rigidity in two genetic mouse models of autism. Frontiers in Behavioral Neuroscience. 8, 140 (2014).
- Voikar, V., Colacicco, G., Gruber, O., Vannoni, E., Lipp, H. -P., Wolfer, D. P. Conditioned response suppression in the IntelliCage: assessment of mouse strain differences and effects of hippocampal and striatal lesions on acquisition and retention of memory. Behavioural brain research. 213 (2), 304-312 (2010).
- Harda, Z., Dzik, J. M., et al. Autophosphorylation of αCaMKII affects social interactions in mice. Genes, Brain and Behavior. , e12457 (2018).
- Aarts, E., Maroteaux, G., et al. The light spot test: Measuring anxiety in mice in an automated home-cage environment. Behavioural Brain Research. 294, 123-130 (2015).
- Safi, K., Neuhäusser-Wespy, F., et al. Mouse anxiety models and an example of an experimental setup using unconditioned avoidance in an automated system -IntelliCage. Cognition Brain & Behavior. 10 (4), 475-488 (2006).
- Dzik, J. M., Puścian, A., Mijakowska, Z., Radwanska, K., Łęski, S. PyMICE: APython library for analysis of IntelliCage data. Behavior Research Methods. 50 (2), 804-815 (2018).
