Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Behavior
Click here for the English version

Behavior

Niet-invasieve, in-pen benaderings test voor varkens die in het laboratorium zijn ondergebracht

Published: June 5, 2019 doi: 10.3791/58597
Automatic Translation
1, 1, 1, 1, 1, 2, 3, 3, 4, 5,6, 4,5
1Animal Sciences and Industry, Kansas State University, 2DynaSim Technical Services, INC, 3Center for Injury Biomechanics, Virginia Polytechnic Institute and State University, 4Applied Research Associates, Inc., 5Lucent Research, LLC, 6Department of Neurological Surgery, University of Washington

Summary

Dit protocol beschrijft een nieuwe gedrags test — de menselijke aanpak test in de thuis pen van de varkens — om functionele tekorten bij laboratorium varkens te detecteren na subconcussief traumatisch hersenletsel.

Abstract

Traumatische hersenletsel (TBI) incidenties zijn toegenomen in zowel civiele als militaire populaties, en veel onderzoekers zijn het aannemen van een varkens model voor TBI. In tegenstelling tot knaagdieren modellen voor TBI, zijn er weinig gedragstesten die gestandaardiseerd zijn. Een groter dier vereist een meer invasieve behandeling in testgebieden dan knaagdieren, die mogelijk stress en variatie toevoegen aan de reacties van de dieren. Hier wordt de Human approach test (hoed) beschreven, die werd ontwikkeld om te worden uitgevoerd voor de Home pen van het laboratorium varkens. Het is niet-invasief, maar flexibel genoeg dat het toelaat voor verschillen in de behuizing van de set-ups.

Tijdens de hoed werden drie gedrags ethogrammen ontwikkeld en vervolgens werd een formule toegepast om een approach index (AI) te creëren. De resultaten geven aan dat de hoed en de index, AI, gevoelig genoeg zijn om milde en tijdelijke veranderingen in het gedrag van varkens te detecteren na een milde TBI (mTBI). Bovendien, hoewel specifieke gedrags resultaten afhankelijk zijn van huisvesting, vermindert het gebruik van een AI variatie en zorgt het voor consistente metingen in laboratoria. Deze test is betrouwbaar en geldig; HAT kan worden gebruikt in vele laboratoria en voor verschillende soorten varkens modellen van letsel, ziekte en nood. Deze test is ontwikkeld voor een geoptimaliseerde handmatige tijdstempel methode, zodat de waarnemer niet meer dan 9 minuten op elk monster doorbrengt.

Introduction

Human mtbi wordt vaak gedefinieerd door functionele tekorten ondanks de afwezigheid van mondiale structurele veranderingen of significant oedeem binnen de hersenen1,2,3. Inderdaad, bij sommige mtbi-patiënten is het kenmerkende kenmerk van deze verwonding een verandering in hun psychologische toestand bij afwezigheid van neuroanatomische veranderingen4,5. We gebruikten een varkens model van mTBI6 omdat de hersenen van varkens zowel anatomisch als fysiologisch dichter bij de mens zijn dan knaagdieren7, en overeenkomstige metingen kunnen een relevante reeks gemeenschappelijke gegevenselementen met mensen opleveren.

In de afgelopen jaren heeft het varkens model het belang van neuro trauma wetenschappers en mTBI stakeholders voor preklinisch onderzoek gewonnen; echter, in tegenstelling tot de knaagdieren modellen van TBI, er zijn slechts een paar gestandaardiseerde gedragstesten gepubliceerd die het mogelijk maken voor de beoordeling van de affectieve toestand van het laboratorium varken (dat wil zeggen, psychologische toestand)7,8,9, 10. Een langetermijndoelstelling voor ons laboratorium is het ontwikkelen van verschillende, complementaire gedrags sets die gevoelig genoeg zijn om te meten wanneer de varkens subklinische ziekte ondervinden of wanneer dieren in een prepathologische stress-gerelateerde toestand verkeren.

Herhaalde gedragstesten die de verandering van affectieve toestand in een laboratorium varken meten, kunnen goede kandidaten zijn om een dier met een prepathologische aandoening van gezonde dieren te onderscheiden. Zo werden in-pen hoeden gebruikt voor de commerciële varkenshouderij om boeren te helpen gezonde varkens met goed temperament te selecteren of om management-en huisvestings strategieën te wijzigen die leed, letsel en ziekte veroorzaakten11,12. Deze tests werden gebruikt om de motivatie en de algehele affectieve toestand van één varken of een groep varkens13te kwantificeren.

Ons laboratorium en andere onderzoekers hebben de motivatie bij varkens gemeten door drie categorieën gedragingen te kwantificeren: 1) verkennende toestanden die worden uitgedrukt via niet-nutritief oraal gedrag (NNOB), waarbij het varken zijn mond, snuit of gezicht om te snuiven, likken, kauwen, en wortel een substraat, of ze chomp zonder een substraat14,15; 2) ruimtelijke verhoudingen van het varken aan een voorwerp of zijnde16; 3) neus richting, die wordt gebruikt in plaats van oogcontact omdat varkens monoculaire17, maar in de buurt van ziende visie, en ze prioriteren hun gevoel van geur over Vision18. Als een gezond varken mensen met belonende stimuli koppelt, uiten ze een hoge frequentie van nnob, richten ze hun neus naar de mens en proberen ze dichter bij de menselijke11,16te komen. Echter, na ziekte, letsel, of een pijnlijke ervaring, motivatie om te zoeken naar zelfs aangename stimuli is verminderd, en dus, deze meetbare gedragingen zijn waarschijnlijk verminderd19. Varkens gedrag onderzoekers merkten op dat anhedonia, het gebrek aan motivatie om plezierige stimuli te ervaren, herkenbaar en meetbaar is bij varkens binnen hun thuisomgeving20. Zo kunnen herhaalde hoeden (voor en na de behandeling) dienen als een gevoelige maatregel om laboratorium varkens die behandeld werden met subconcussieve mTBI te onderscheiden van met placebo behandelde (alleen anesthesie) proefpersonen. Anhedonia is een affectieve toestand dat TBI-patiënten21kunnen ervaren. De hier gebruikte hoed heeft het potentieel om de vertaling van gedrags bevindingen van een diermodel naar klinisch werk te stroomlijnen. Hoeden kunnen dagelijks worden toegediend tijdens een experiment, wat ook kan helpen bij het standaardiseren van de zorg van laboratorium varkens voor het optimaliseren van dierenwelzijn en veeteelt22.

Hier, met behulp van de hoed, de gedragsverschillen als gevolg van mTBI in Mini-varkens worden geprobed. Het minimaliseren van gedrags variabiliteit werd bereikt door het gebruik van niet-invasieve maatregelen van de hoed en waardoor de varkens kunnen acclimeren aan hun huis pennen, routine beheer en een dagelijkse traktatie. Traditioneel wordt een test arena gebruikt om gedragingen te meten (bijv. open-veld test). Een in-pen test kan nuttig zijn in laboratoria met beperkte ruimte. Het verplaatsen en hanteren van varkens in een test arena kan leiden tot een stressrespons (nood of eustress) en mogelijk toevoegen aan de variatie van de responsen op de test. Een in-pen test verwijdert die handling component en vermindert daarom waarschijnlijk de variatie van handling-stress17. Om bovengenoemde redenen hebben we een dagelijkse, in-pen hoed ontwikkeld voor dit mTBI model.

Gestandaardiseerde en gekwantificeerde maatregelen die de affectieve toestand van het dier adequaat omschrijven, zijn belangrijke aspecten bij de ontwikkeling van een nieuwe gedrags test. Bovendien moeten de tests herhaalbaar zijn in meerdere laboratoria. Voor de ontwikkeling van dit protocol werd de hoed getest in de verschillende huisvestingssystemen van drie laboratoria. Er zijn drie subethogrammen gemaakt om specifieke gedragingen van voorbeeldvideo's te tijdstempels. Vervolgens werd een gewogen formule gemaakt om de drie ethogrammen op te nemen en het gebruik van hoeden in meerdere laboratoria mogelijk te maken. Hoewel deze test werd ontwikkeld en specifiek gebruikt voor mini-varkens die behandeld werden met subconcussieve mTBI, hebben de hier ontwikkelde methoden en protocollen toepassingen om het verschil te onderscheiden tussen een subklinisch geblesseerd/ziek of verdrietig varken en een gezond varken.

Resultaten van het gedrag kunnen worden beïnvloed door één vs. groep huisvesting, vrije ruimte, het type vloer gebruikt, het type van de omheining gebruikt, de locatie van voeding en water, de ontlasting en de locatie van de milieu verrijking. Daarom werden drie behuizings types onderzocht (Figuur 1): woningtype A was aan de Kansas State University (Manhattan, KS); Woningtype B en C waren aan de Virginia Tech University (Arlington, VA). Het individuele institutionele Dierenzorg-en gebruiks Comité (IACUC) heeft op elke locatie het gebruik van de faciliteiten en procedures goedgekeurd.

Voor de ontwikkeling van het ethogram van woningtype A (Figuur 1a), Minnesota-cross mini-varkens (Boars = 7, gilt = 1; Nationaal varkens onderzoekscentrum, Columbia, MO; leeftijd = 25,6 ± 3,66 [gemiddelde ± standaarddeviatie (SD)] weken) werden binnenshuis ondergebracht in enkele pennen met diervriendelijke vloeren (IACUC #3881). De voor dit Protocol gebruikte varkens waren in goede gezondheid en hadden geen behandelingen toegepast. Voor de ontwikkeling van het protocol voor huisvesting type B waren Yucatan minivarkens (leeftijd = 25,3 ± 2,80 weken [gemiddelde ± SD] single-gehuisvest (Figuur 1b) bij Virginia Tech facilities (IACUC #15-060). Dier behandelingen worden elders beschreven29 en inclusief de inductie van subconcussieve mtbi met behulp van Blast-Wave overdruk of Sham controles (alleen anesthesie). Voor de ontwikkeling van het Protocol van huisvesting type C, vijf vrouwelijke Göttingen mini-varkens (leeftijd = 23,7 ± 1,18 weken [gemiddelde ± SD]) waren pair-gehuisvest in Virginia Tech in een grote pen (figuur 1c; IACUC #15-060). De eerste twee huisvestings omgevingen zijn typerend voor laboratoria of bevatten enkel huisvestings varkens. Woningtype C is een atypische woonomgeving die twee of meer varkens kan huisvesten en kan worden beschouwd als meer van een verrijkte omgeving dan standaard laboratorium woningen. Dit protocol kan worden gebruikt voor verschillende typen woningen als de volgende methoden worden gevolgd.

Protocol

De individuele IACUC op elke locatie (Kansas State University en Virginia Tech University) keurde het gebruik van faciliteiten en procedures goed.

1. opzetten van de camera's en pennen en het opzetten van een routine

  1. Voordat u de dieren in hun pennen plaatst, repareert u camera's met een hoek van 90 ° over elke pen (Zie tabel met materialen voor een voorgesteld camerasysteem).
  2. Registreer dieren continu op 30 frames/s (fps), hetzij voor de duur van de studie, of alleen tijdens de testsessies.
  3. Repareer kommen, water ers, matten en speelgoed met bouten en kettingen.
  4. Plaats geluids machines die continu wit of roze geluid afspelen (bijvoorbeeld het geluid van watervallen) in de varkens faciliteit.
    Opmerking: Externe plotselinge geluiden (bijv. deuren openen en sluiten) kunnen een schrikreactie reflex veroorzaken tijdens de sessies23,24.
  5. Willekeurige of van behandelingen door de pen in de faciliteit.
  6. Opzetten van een gevestigde veehouderij routine. Dit helpt de varkens om te weten wanneer ze kunnen verwachten dat mensen de pennen schoonmaken, voeden en behandelen en de test uitvoeren.
    1. Gebruik een vertrouwde traktatie om de varkens mensen te laten associëren met een beloning.
    2. Gebruik een Clicker tijdens de beloning om de varkens in staat te stellen het klikgeluid te associëren met een beloning. Gebruik geen vocaliisaties en visuele signalen om de varkens vertrouwd te maken met de beloning (Zie tabel met materialen).
  7. Voer de sessies uit voor de ochtendmaaltijd of voor het plaatsen van een nieuwe feed voor ad libitum Fed varkens.

2. identificatie van de varkens

  1. Maak onderwerpen identificeerbaar op de videofeed, zelfs als ze één zijn ondergebracht.
  2. Zorg ervoor dat waarnemers blind blijven voor behandelingen en onbevooroordeeld zijn tijdens tijdstempels met een markeringssysteem dat niet gerelateerd is aan behandelingen. Gebruik een medische tape (Zie tabel van de materialen) die wordt vastgehouden aan een strook van duct tape van een specifieke kleur, ronde vorm en patroon.
  3. Gebruik één ronde pleister om de bovenkant van het varken te markeren en één aan elke kant (Zie Figuur 1, groene en blauwe markeringen).
  4. Smear label cement (minder dan 0,35 g) op de tape hoeken te helpen verhogen de hechting levensduur.
    Opmerking: Te veel label cement zal niet snel drogen, waardoor de tape te voortijdig vallen.
  5. Problemen oplossen en aanpassen van de markerings strategie tijdens de acclimatie periode, zodat officiële tests efficiënt en zonder extra stress aan de varkens worden uitgevoerd.
  6. Gebruik gegevens Verzamelbladen om de markeringen en onderwerpidentificatie bij te houden (Zie aanvullend bestand 1 voor een voorbeeldgegevens blad).
    Opmerking: Om tape te verwijderen, mag u de tape niet uitscheuren omdat deze pijn zal veroorzaken als er een haar wordt uitgetrokken. Het kan op zichzelf afkomen, een glijmiddel op waterbasis kan helpen om het te Verdoe-ken, of het kan worden geschoren met Clippers. Als de tape op ongewenste momenten komt, bereidt u extra markerings tape voor en past u deze opnieuw toe terwijl het varken een maaltijd eet in plaats van het varken te fixeren.

3. HAT sessies

  1. Hebben de test-mensen dragen dezelfde hoed, overall, laarzen, geuren, etc. elke keer dat de sessie wordt uitgevoerd.
  2. Voer sessies dagelijks, ten minste 3x, vóór de behandeling en vervolgens dagelijks daarna.
  3. Het varken kan zich in elk gebied in de pen bevinden voordat de sessie wordt gestart. Om de sessie te starten, vraag de test-mens om de traktatie in de kom of voor de pen te laten vallen en klik op de Clicker 3x.
  4. De test-mens moet zijn handen uit het zicht van het varken plaatsen en stationair laten staan tijdens de test. Laat een andere onderzoeker het begin van de sessie op het gegevensblad markeren en een timer starten. Na 120 s, de onderzoeker zwijgend signalen naar de test-mens om te verhuizen naar het volgende onderwerp en herstart de test.

4. oprichting van HATETHOGRAMMEN voor software

  1. Construct ethogrammen (Zie figuren 1 en 2 en aanvullende video 1) onder één project met behulp van gespecialiseerde software.
    Opmerking: Ruimtelijk gedrag is de locatie van het dier ten opzichte van de mens. In de ethogrammen moeten de ruimtelijke verhoudingen worden aangepast aan de pen van het dier en elke keer dat een nieuwe penopstelling wordt gebruikt, worden gepubliceerd (Figuur 1). Binnen deze categorie worden gedragingen als wederzijds exclusief beschouwd. De ruimte is verdeeld in vier gebieden, met verschillende niveaus van aanpak (Figuur 1). De gebieden zijn gestandaardiseerd in verschillende behuizings typen. Het dichtst, of klim (CL) betekent dat varkens op het hek kunnen klimmen om toegang te krijgen tot de mens; Daarom wordt klimmen beschouwd als een ruimtelijk gedrag dat aangeeft dat het varken het meest actief op zoek is naar menselijk contact. Close (CO) duidt het gebied aan binnen 61 cm van de mens. Mid (M) is het gebied binnen 61-122 cm van de mens. Far (F) is het gebied van 123 cm of meer van de mens.
  2. Structureel gedrag is gericht op de oriëntatie van het hele lichaam of delen van het lichaam (Figuur 2). Maak twee structurele Categorieën: 1) de varkens-neus positie en 2) de actieve toestand van het varken. Gebruik Figuur 2a om directionaliteit te identificeren (richting 1 geeft aan dat het varken zijn neus naar de mens leidt; richting 2 betekent dat het varken zijn neus wegleidt van de mens).
  3. Verdeel activiteiten gedrag (Figuur 2b) in drie wederzijds exclusieve Staten van aanpak: nnob, stand of lopen zonder nnob, en rusten zonder nnob (Zie de kleurcodering in de ethogrammen in de video).
    Opmerking: NNOB wordt gebruikt om te beschrijven wanneer een varken zijn mond, snuit of gezicht om te likken, snuiven, kauwen, bijten, wrijven of wortel een niet-nutritief object om te zoeken naar ofwel vertrouwdheid of nieuwe kansen. Daarom, wanneer het in deze actieve staat, het is geïnteresseerd in de mens, en in een aanpak-staat. Als overhead camera's worden gebruikt bij 90 °-hoeken, zijn de neus positie en de hoofd beweging van het varken indicatoren van NNOB. Af en toe zullen varkens chomp of Sham-kauwen; de neus kan worden gezien, maar het hoofd beweegt op en neer. Stand of lopen zonder NNOB wordt gebruikt om de beschrijven wanneer het varken in de rechtopstaande positie, het hoofd is nog steeds, en de neus is niet het aanraken van een substraat of chomping, wat betekent dat het is in minder van een benadering staat. Rusten zonder NNOB wordt gebruikt de beschrijven wanneer het varken rust door liggend of zittend, dat is de minste benadering staat onder deze categorie van gedragingen.

5. tijdstempel van de Video's voor efficiëntie en betrouwbaarheid

  1. Op basis van de starttijden die door de dataverzamelaar zijn vastgelegd, bewerkt u de beelden in exact 3 min sessies. De methode voor tijdstempel duurt 9 minuten per sessie.
  2. Gebruik alleen maximaal twee getrainde waarnemers om de Video's te tijdstempel.
    Opmerking:als twee waarnemers worden gebruikt, moet de variatie binnen de waarnemer worden gekwantificeerd, geëvalueerd, gecorrigeerd en vervolgens worden gerapporteerd als een Pearson-correlatiecoëfficiënt nadat de waarnemers dezelfde sample video hebben voorzien van een tijdstempel (Zie voor methoden, Martin en Bateson25).
  3. Stel de afspeelsnelheid in op 1x normale snelheid (d.w.z. 30 fps). Niet onderbreken, terugspoelen of tijdstempel frame voor frame.
  4. Tijdstempel elke categorie wederzijds exclusief gedrag afzonderlijk.
    1. Tijdstempel ruimtelijk gedrag. Start de video opnieuw op.
    2. Tijdstempel structureel gedrag. Start de video opnieuw op.
    3. Tijdstempel voor structureel/neus positie gedrag.
  5. Gebruik de duur van elk gedrag resultaat (Zie aanvullende Video's 2 en 3) voor het samenvatten van gegevens. De duur metingen moeten worden geconverteerd naar een percentage van de tijd per categorie.

6. benaderings index

  1. Pas de formule toe (Figuur 3), zodat elk structureel en ruimtelijk gedrag wordt gecombineerd om een AI te creëren (Figuur 3, Figuur 4). De AI wordt gebruikt naast het rapporteren van gedragingen en categorieën afzonderlijk als figuren (Figuur 5) of in tabelvorm.
    Opmerking: Zie tabel met materialen voor software Details. Binnen elke categorie worden de gedrags duur eerst geconverteerd naar percentages (de duur van het gedrag gedeeld door de totale duur van de testsessie). Elk gedrag wordt gewogen op basis van het niveau van de aanpak (Figuur 3). Vermijding van gedragingen (het percentage tijd in het verre gebied, rusten, met de neus weggedraaid) worden vermenigvuldigd met 0. Gedrag bij matige aanpak (het percentage tijd in het middelste gebied, gedraaid naar de mens, en staande met het hoofd nog steeds) worden vermenigvuldigd met 1. Het grootste niveau van aanpak gedrag (het percentage van de tijd in de nabijheid en het dichtst gebied en weergegeven NNOB) worden vermenigvuldigd met 2. Vervolgens wordt elke categorie verder gewogen 3, 2 en 1 voor ruimtelijke, neus oriëntatie, en activiteit, respectievelijk. Er wordt een constante (0,10) toegepast om een percentage schaal te maken. Bijvoorbeeld, als het varken wordt geconfronteerd met de mens, is in de nauwe/dichtstbijzijnde gebied, en voert NNOB tijdens de gehele testsessie, merk op dat de AI 100% (het rode varken in Figuur 3). Daarentegen, als het varken zich in het verre gebied bevindt, niet naar de mens wordt gericht en gedurende de gehele testsessie in de rustpositie blijft, is de AI 0% (het zwarte varken in Figuur 3). Varkens in de nauwe zone kunnen dezelfde AI hebben als een varken dat NNOB in het middengebied uitvoert als ze van de mens worden afgekeerd en met hun hoofd stil staan (de sinaasappel varkens in Figuur 3).

Representative Results

Drie behuizings types (A, B en C; Zie Figuur 1) werden gebruikt in drie verschillende laboratoria voor hoeden. Structurele gedrags categorieën en hoofd-en lichaams oriëntatie werden gebruikt in hoeden in alle laboratoria en experimenten zoals weergegeven in Figuur 2. Tabel 1 vertegenwoordigt de gegevens die zijn verzameld uit alle drie de behuizings typen en beschrijvende statistieken die werden uitgevoerd met behulp van de gegevens verkregen van voorbehandelde gezonde varkens tijdens de hoed. Vervolgens werd een formule ontwikkeld om een AI te berekenen uit de gegevens die tijdens de hoeden werden verkregen (Zie Figuur 3). De resultaten geven aan dat het gebruik van een AI verminderde variatie (tabel 1) in de verzamelde gegevens. Dit is een belangrijke bevinding omdat minder variabele data het gebruik van minder experimentele dieren mogelijk maakt om kleinere verschillen te detecteren.

Voor tabel 1werden beschrijvende statistieken verkregen met gebruikmaking van de proc UNIVARIATE-procedure (Zie tabel met materialen voor specifieke software-informatie). Om de uitkomst van het huisvestings gedrag van elk lab te vergelijken, werd de gemengde procedure met een model voor herhaalde metingen gebruikt. Het varken werd behandeld als een willekeurige variabele. Het type autoegressief eerste order is geselecteerd als de covariantie structuur. De minste vierkante middelen werden gescheiden door middel van de instelmethode Tukey-Kramer. De significantie werd gedefinieerd als P ≤ 0,05.

Vervolgens werd vastgesteld of dezelfde persoon of een andere menselijke experimenteur voor elke testsessie van de hoed moest worden gebruikt. Om het onbekende gedrag te vergelijken met de vertrouwde antwoorden, werd de gemengde procedure met een model voor herhaalde metingen gebruikt. Het varken werd behandeld als een willekeurige variabele. Het type autoegressief eerste order is geselecteerd als de covariantie structuur. De minste vierkante middelen werden gescheiden door middel van de instelmethode Tukey-Kramer. De significantie werd gedefinieerd als P ≤ 0,05. We constateerden dat er geen verschil was in de AI toen een bekende mens werd gebruikt in vergelijking met wanneer een onbekende mens tijdens het testen werd gebruikt (zie gegevens in tabel 2). Als de varkens nooit negatieve interacties met mensen hadden, ze meestal gegeneraliseerd en alle mensen positief met voedsel26.

De acclimatie periode voor het HAT-protocol werd bepaald aan de hand van de benaderings indices van de varkens van behuizings type A (336 testsessies). De hoed begon op dag 8 na aankomst en werd twee keer uitgevoerd door de bekende mens (die de vorige week de varkens afwerkte) en door een onbekende mens (die geen eerder contact had gehad met de varkens). Om het effect van de tijd op de uitkomsten van de hoed te bepalen, werd de gemengde procedure met een model voor herhaalde metingen gebruikt. Het varken werd behandeld als een willekeurige variabele. Het type autoegressief eerste order is geselecteerd als de covariantie structuur. De minste vierkante middelen werden gescheiden door middel van de instelmethode Tukey-Kramer. De significantie werd gedefinieerd als P ≤ 0,05. Zoals hierboven vermeld, hebben de gegevens geen verschil gedetecteerd tussen de reacties van bekende of onbekende menselijke blootstelling (tabel 2). De acclimatie periode werd echter bepaald op basis van de dagen 9, 11 en 13 die AIs weergeven die aanzienlijk lager waren dan alle andere dagen. De baseline moet een minimum van drie metingen bevatten na acclimatie, maar we raden zes sessies aan om een AI-gemiddelde te berekenen als een covariabele in de modellen.

Om te bepalen of HAT-methoden mTBI-behandelde varkens kunnen onderscheiden van met Sham behandelde varkens, gegevens van de hoed van 12 varkens 1 dag vóór (-1) en 3 dagen nadat ze werden behandeld met ofwel anesthesie29 alleen (Sham) of anesthesie en Blast-Wave blootstelling met behulp van een Shockwave buis29 tot een piek psi van 47,4 ± 13,6 SD voor een lengte van 4,7 ± 0,9 MS SD (Blast). De gegevens werden geanalyseerd door een beperkte waarschijnlijkheid ANOVA met behulp van de gemengde model procedure in een statistisch softwareprogramma. Deze analyse bepaalde verschillen tussen behandeling, tijd en hun interacties. De maximale SEM van het model wordt gerapporteerd, en P < 0,05 werd beschouwd als significant. De AI omvat alle gedragingen (Figuur 3). Op de dagen 1 en 2 na de behandeling onderscheidde de AI-maatregel mTBI-varkens van schijn varkens (P < 0,05; Figuur 4). Gedragingen kunnen worden geanalyseerd en gepresenteerd binnen hun wederzijds exclusieve categorieën (Figuur 5). De nauwe ruimtelijke werking maatregel onderscheiden hoogoven van schijn varkens op dag 1 en 2 na de behandeling (P < 0,05; Figuur 5a). Evenzo, neus richting, rusttijd, en NNOB metingen onderscheiden Sham varkens van Blast varkens op dag 1 en 2 na de behandeling (Figuur 5b en 5c).

Figure 1
Figuur 1: ruimtelijke categorie van gedragingen van drie verschillende typen laboratorium woningen. Het ethogram is ingesteld met betrekking tot de mens (voetafdrukken), en met betrekking tot de grootte van het varken aan de hoeveelheid vrije ruimte. Het grootste niveau van aanpak voor deze categorie van gedragingen is wanneer het varken probeert te klimmen op het paneel dat het dichtst bij de mens (cl; dichtst of klimmen). Een getrainde waarnemer tijdstempels "Close" (co; 0-61 cm van de mens), "mid" (M; 61-122 cm van de mens), en "Far" (F; 123 + cm van de mens) wanneer de varkensoren of meer in die ruimtelijke gebieden. Elke laboratorium pen is opgezet met één of twee kommen voor tweemaal daags voeder, bare drinkbak (W) en een speelgoed. A) elk 50 kg zwijn is enkel ondergebracht in pennen van 190 cm x 114 cm met geraspte vloer. B) elk 50 kg zwijn is ondergebracht op een zwarte mat met geraspte vloer en een afvoer aan de achterzijde van de pen. C) de zwijnen van ongeveer 10 kg waren paar-gehuisvest in 274 x 366 cm pennen, met betonnen vloeren, een mat, een afvoer en vaste kommen en speelgoed. De kleurstrips (bijv. groen en blauw) vormen de markerings strategie. Alle varkens in het diagram zijn gemarkeerd met groene of blauwe vlekken als voorbeelden voor het markeren en identificeren van varkens op Video's. Klik hier om een grotere versie van dit cijfer te bekijken.

Figure 2
Figuur 2: categorieën van structurele gedragingen die in alle drie de laboratoria en experimenten worden gebruikt. A) voor de categorie van de hoofd oriëntatie lag het varken tegenover of weg van het menselijke of bewegende voorwerp. B) voor de categorie van de carrosserie oriëntatie was het hoofd van het varken ofwel naar beneden, waarbij het niet-nutritief oraal gedrag (NNOB) optrad; in de rechtopstaande positie, staand of lopend, maar het hoofd niet beweegt of naar beneden; in rusttoestand, waaronder zitten of liggen. Klik hier om een grotere versie van dit cijfer te bekijken.

Figure 3
Figuur 3: formule en diagram van de benaderings index. De benaderings index werd ontwikkeld om alle combinaties van gedragingen op een schaal van 0 tot 100 te plaatsen, waarbij 0 het varken is in de minst benaderings toestand (in het verre gedeelte, neus weggedraaid, liggend met zijn hoofd stil) en 100 in de nauwe sectie , neus gericht naar de mens, het uitvoeren van NNOB. Een softwareprogramma (Zie tabel met materialen voor meer informatie) werd gebruikt om het gedrag te meten, zodat ze lineair zijn uitgelijnd. Elke Pig-structuur vertegenwoordigt een gegevenspunt dat lineair van elke categorie wordt uitgelijnd. Binnen elke categorie worden de duur van het gedrag eerst geconverteerd naar percentages (de looptijd van het gedrag gedeeld door de totale duur van de testsessie). Vervolgens wordt elk gedrag gewogen op basis van het niveau van de aanpak. Vermijding van gedragingen (het percentage van de tijd in het verre gebied, rusten, met de neus weggedraaid) worden vermenigvuldigd met 0. Gematigde aanpak gedrag (het percentage van de tijd in het middelste gebied, wendde zich naar de mens, en staande met de kop nog steeds) worden vermenigvuldigd met 1. Het grootste niveau van aanpak gedrag (het percentage van de tijd in de nauwe en dichtstbijzijnde gebieden, NNOB uitvoeren) wordt vermenigvuldigd met 2. Vervolgens wordt elke categorie verder gewogen 3, 2 en 1 voor ruimtelijke, neus oriëntatie, en activiteit, respectievelijk. Er wordt een constante (0,10) toegepast om de gegevens over het volledige bereik te schalen van 0 tot 100 procent. Een Heat-map-achtig kleurenschema wordt gebruikt om het varken in de meest benaderings toestand versus het varken in de minst benaderings toestand (zwart) weer te geven. Klik hier om een grotere versie van dit cijfer te bekijken.

Figure 4
Figuur 4: benaderings index van varkens die worden behandeld met Blast-Wave blootstelling. Deze afbeelding toont de aanpak index van varkens 1 dag vóór (-1) en 3 dagen nadat ze werden behandeld met ofwel anesthesie alleen (Sham, n = 6) of anesthesie en Blast-Wave blootstelling aan een piek psi van 47,4 ± 13,6 SD voor een lengte van 4,7 ± 0,9 MS SD. De foutbalken vertegenwoordigen SEM. De P-waarden voor behandeling = 0,032, voor tijd = 0,033, en voor behandeling x tijd = 0,012. De gegevens werden geanalyseerd door een beperkte waarschijnlijkheid ANOVA met behulp van de gemengde model procedure in een statistisch softwareprogramma. Deze analyse bepaalde verschillen tussen behandeling, tijd en hun interacties. De maximale SEM van het model wordt gerapporteerd, en *P < 0,05 wordt beschouwd als significant. Klik hier om een grotere versie van dit cijfer te bekijken.

Figure 5
Afbeelding 5: gestapelde staaf methode voor het weergeven van gedragingen. Deze panelen tonen een stack-Bar methode van het weergeven van gedragingen voor (a) het ruimtelijke gedrag, (B) de neus richting, en (C) de activiteit van varkens 1 dag vóór (-1) en 3 dagen nadat ze werden behandeld met ofwel anesthesie alleen (Sham, n = 6) of anesthesie plus Blast-Wave blootstelling aan een piek psi van 47,4 ± 13,6 SD voor een lengte van 4,7 ± 0,9 MS SD. woningtype B werd gebruikt voor dit experiment. Alle wederzijds uitsluitende gedragingen kunnen in elk gestapeld staafdiagram worden weergegeven. A) de behandeling x tijd P-waarden voor ruimtelijk gedrag zijn ver = 0,060, Mid = 0,110, * close = 0,014, dichtst = 0,557; B) de behandeling x tijd P-waarden voor de neus richting zijn < 0,001 *; C) de behandeling x tijd P-waarden voor de activiteit zijn > 0,10; de behandeling P-waarden waren rust = * 0,046, stand = 0,584, en * NNOB = 0,042. De gepoolde SEMs waren (a) 7,5%, (B) 9,6% en (C) 9,7%. Elke gedrags uitkomst werd geanalyseerd door de beperkte waarschijnlijkheid ANOVA met behulp van de gemengde model procedure in een statistisch softwareprogramma (Zie de tabel met materialen voor het specifieke programma) en werden vervolgens gecombineerd in een grafiek. De analyses bepaalden de verschillen tussen behandeling, tijd en hun interacties. De maximale SEM van het model wordt gerapporteerd, en *P < 0,05 werd beschouwd als significant. Klik hier om een grotere versie van dit cijfer te bekijken.

ANOVA-statistieken voor verschillende behuizings typen Beschrijvende statistieken voor alle gezonde varkens gegevens No. experimentele eenheden
Type behuizing P No. Quantiles,% om Δ% van control1 te detecteren
A B C Sem Waarden Obs. Μ Sd CV Sem Min 25 50 75 Max 25 50 75 100 200
Benadering-index,% 75,4 69,2 76,6 5,5 0,318 288 74 17 23 1 0 70 80 84 99 18 4 3 3 3
Duur van penlocatie,%
Veel 8,5een 5,3een 23,0b 4,8 0,008 288 10 20 200,1 1,2 0 0 0 10 100 -- 336 149 84 21
Midden 18,9 46 13,75 16,2 0,066 288 23 29 125 1,7 0 2 10 32 100 526 131 58 33 8
Sluiten 72,4een 43,9b 62,4een 12,8 0,032 288 23 29 123,9 1,7 0 47 78 93 100 509 127 57 32 8
Dichtstbijzijnde (klim) 0 8,9 0 3,1 0,001 288 67 32 47,8 1,9 0 46 80 95 100 74 19 8 5 3
Sluiten + dichtstbijzijnde 72,5 53 62,3 14,9 0,311 288 68 32 46,6 1,9 0 46 78 93 100 74 19 8 5 3
Duur van activiteit,%
Liegen/zitten met hoofd stil 5,6een 0,0b 17,0c 1,8 0,001 288 1,3 5 393,7 0,3 0 1 3 7 59 -- -- 579 326 82
Stand/lopen met hoofd stil 48,3een 63,6a, b 83,5b 10 0,006 288 52 43 82,1 2,5 1 7 47 100 100 226 57 25 14 4
NNOB 81,5 57,7 71,1 13,3 0,109 288 77 28 36,4 1,7 0 66 91 98 100 44 11 5 3 3
Hoofdrichting, duur,%
Weg 24,7een 17,4een 50,7b 4,5 0,001 288 26 21 79,3 1,2 0 10 22 39 92 212 53 24 13 3
Naar 75,3 een 82,6 een 49,3 b 4,5 0,001 288 74 21 27,8 1,2 8 62 79 90 100 26 6 3 3 3

Tabel 1: metingen van de basislijn Hat werden onderzocht voor alle behuizings typen om deze gegevensset te maken. De resultaten van het gedrag werden geanalyseerd door de beperkte waarschijnlijkheid ANOVA met behulp van de gemengde procedure van een statistische analyse software. Deze analyses bepaalden de verschillen tussen de gedrags duur en de benaderings index van elk type laboratorium behuizing. De maximale SEM van het model wordt gerapporteerd, en P < 0,05 werd beschouwd als significant. Daarnaast werd de UNIVARIATE-procedure van de statistische analyse software gebruikt voor beschrijvende statistieken. De betrouwbaarheids waarde (CV)% werd vervolgens ingevoerd in een experimentele eenheid Calculator27 en de voorwaarden voor de verwachte verschillen tussen twee behandelingen werden onderzocht.

Behandeling P-waarden
Vertrouwd Onbekende Sem Trt Tijd TRT * tijd
Benadering-index,% 84,8 84,4 3,06 0,766 0,002 0,661
Duur van penlocatie,%
Veel 10,7 10,1 3,49 0,844 0,008 0,522
Midden 18,7 17,6 3,38 0,717 0,014 0,918
Sluiten 70,4 72,3 5,25 0,617 < 0,001 0,895
Duur van activiteit,%
Liegen of zitten, geen NNOB 5,8 5,8 0,8 0,995 < 0,001 0,901
Stand of lopen, geen NNOB 5,5 5,5 1,4 0,995 < 0,001 0,524
NNOB 82,1 83,3 4,12 0,722 0,0029 0,617
Hoofdrichting, duur,%
Weg 23,9 23 2,81 0,725 < 0,001 0,329
Naar 76,1 77 2,8 0,725 < 0,001 0,329

Tabel 2: er werd een experiment uitgevoerd op zeven varkens van huis type A. Er werden elke dag twee sessies uitgevoerd. Voor elke sessie werd een bekende (vrouw) of een van de zeven (drie mannetjes en vier vrouwtjes) onbekende mensen gebruikt in hoeden. Dezelfde vertrouwde persoon ging eerst, en zeven onbekende mensen werden gebruikt. Een ANOVA-model voor statistische analyse software werd onderzocht op behandeling (bekend of onbekend), tijd (dag) en interacties.

Aanvullende video 1: Observer software set-up met ondertiteling. Klik hier om dit bestand te downloaden.

Aanvullende video 2: gegevensexport met ondertiteling. Klik hier om dit bestand te downloaden.

Aanvullende video 3: data-analyse met ondertiteling. Klik hier om dit bestand te downloaden.

Aanvullend bestand 1: voorbeeld van een gegevensverzamelings blad. Klik hier om dit bestand te downloaden.

Discussion

Milde verwondingen aan de hersenen die niet resulteren in overt anatomische en structurele veranderingen detecteerbaar met state-of-the-art beeldvorming kan moeilijk zijn te identificeren en te behandelen28. Patiënten met mTBI zijn echter vooral kwetsbaar voor extra belediging die aanzienlijke schade aan de hersenen kunnen veroorzaken, en daarom is het belangrijk dat deze populatie wordt geïdentificeerd. Gedragstesten die zijn ontwikkeld in een mini Pig-model van mtbi zijn vooral relevant voor mensen die mtbi-patiënten zijn, omdat varkens een vergelijkbare fysiologie hebben als mensen en soortgelijke affectieve toestanden uitdrukken, zoals Anhedonie8,9,10 ,20. Hier hebben we een niet-invasieve, in-pen gedrags test (de hoed) ontwikkeld, en hebben aangetoond dat het gevoelig genoeg is om mTBI-varkens van schijn varkens te onderscheiden. Daarnaast werd een gewogen index (de AI) ontwikkeld voor gedragingen die worden waargenomen tijdens de hoed die alomtegenwoordig zijn over huisvesting en varkens soorten.

Wijzigingen en probleemoplossing:

De methoden voor de hoed werden vastgesteld op basis van ethologie richtsnoeren25 en verschillende trial-and-error strategieën voor het verbeteren van de betrouwbaarheid, reproduceerbaarheid, en geldigheid van de test6. Betrouwbaarheids maatregelen hielpen bij het identificeren van de sterktes en beperkingen van de test. Betrouwbaarheid definieert de mate waarin de meting herhaalbaar en consistent is en vrij van willekeurige fouten28,29. We hebben eerder gerapporteerd over de intra-en interobserver betrouwbaarheid van de hoed, en met de extra structurele ethogrammen, zijn de reliabiliteiten vergelijkbaar hoog (Pearson R2 > 0,90) voor duur6. Frequentie-en latency-maatregelen vereisen getrainde waarnemers, terwijl de duur maatregelen minder waarnemers afhankelijk zijn, en dus betrouwbaarder zijn in laboratoria30.

Betrouwbaarheid binnen een laboratorium en reproduceerbaarheid in laboratoria is afhankelijk van methoden. In ons laboratorium, het videosysteem continu opgenomen, de bestanden werden in eerste instantie opgeslagen als 5-minuten bestanden, en sommige HAT sessies opgetreden over twee bestanden. Er zijn minder fouten gemaakt toen de exacte tijd van het gegevensblad werd gebruikt om de Video's te knippen en te combineren. Voordat het ethogram werd ontwikkeld, mochten waarnemers de videobeelden onderbreken, stoppen en terugspoelen om alle gedragingen in het gehele ethogram te kunnen tijdstempel. Deze methode veroorzaakte niet alleen variatie in tijdstempels elk monster, variërend van 3 min tot 20 min, maar de tussen-en binnen-waarnemer betrouwbaarheid was ook slecht voor de meeste gedragingen. Daarom stellen we de afspeelsnelheid in en hadden waarnemers elke categorie per keer. Daarom, toen de betrouwbaarheid laag was in slechts één categorie, reuren waarnemers onafhankelijk van elkaar alleen de categorie in plaats van het gehele ethogram, nadat zij de definities en het beeldmateriaal samen raadpleegde. De set afspelen en categorie methoden toegestaan voor een consistente voorspelling van hoeveel tijd nodig was voor het tijdstempel van elk voorbeeld. Voor projecten die langer dan een maand beslaan, is een routinematige revisie van de gecodeerde Video's en de betrouwbaarheid binnen de waarnemer belangrijk om te meten.

Een andere factor die de betrouwbaarheid en reproduceerbaarheid vermindert, is de video-opstelling. In eerste instantie werden een handheld camera en een statief gebruikt, die van pen naar pen werden verplaatst. Toen deze methode werd gebruikt, moesten de varkens voor de hoed worden geïntroduceerd op het statief en de camera; anders leken de varkens te reageren op het statief en de beweging meer dan op de test-mens. Bovendien beperkt nonoverhead camerahoeken het zicht van de waarnemer tijdens tijdstempels en de Diepteperceptie van ruimte verhoogde de variatie binnen en tussen waarnemer in de ruimtelijke gedragsmaatregelen; Daarom ontwikkelden we het protocol met vaste camera's. Wanneer deze methode wordt gebruikt, is extra zorg nodig om ervoor te zorgen dat de camera correct wordt geplaatst voor elke test, en er is meer tijd nodig voor de opstelling tussen de sessies van elk varken. We leerden echter dat het continue video overhead systeem nodig was om de eerste opname te starten om middernacht ten minste 24 uur voor de eerste hoed. De tijdstempel weergave voor veel videosystemen is niet nauwkeurig en synchroon met het frame; Daarom vertrouwen we niet langer op de weergavetijden. De middernacht start is toegestaan voor de exacte frame-opname en videobewerking en de timestamp-weergave is niet gebruikt.

Daarnaast was de acclimatie van de varkens en het opzetten van een routine belangrijk bij het oplossen van deze test. In beeldmateriaal van varkens die niet goed werden geacclimeerd naar hun omgeving, werd pacing waargenomen tijdens de hoed. Dit is een indicatie dat het varken in een geagiteerde toestand kan zijn31 in plaats van in een verkennende staat32. Acclimatisperioden van drie of meer weken kunnen het aantal varkens dat in een experiment tempo verminderen. Echter, als pacing blijft bestaan gedurende alle bemonsterings perioden, dit ethogram moet mogelijk worden aangepast aan wandelingen en staande stil te nemen.

Geldigheid is de mate waarin een meting de beoogde reikwijdte weergeeft van de vraag die wordt gesteld25. Bij de eerste ontwikkeling van de hoed, gebruikten we alleen een ruimtelijk ethogram. Definities van ruimtelijke ethogram gedrag beschrijven nauwkeurig en specifiek de nabijheid van de menselijke proefpersonen en ze vertellen de waarnemer direct hoeveel ruimte het varken vertrekt tussen zichzelf en een mens. Echter, zodra deze methoden nodig zijn om te worden toegepast op een nieuwe laboratoriumopstelling, we erkennen dat ruimtelijke ethogrammen laboratorium specifiek zijn. De afmetingen van de pen en de plaatsing van andere objecten beïnvloeden de uitkomst van het ruimtelijke ethogram; Daarom moet een diagram met metingen en bijzonderheden van de pen worden gepubliceerd als de peninstellingen niet eerder zijn gerapporteerd. Naast het rapporteren over de pen omgeving, werden de structurele gedragingen toegevoegd aan het ethogram. In tegenstelling tot ruimtelijk gedrag kunnen structurele gedragingen gemakkelijker worden geëvalueerd in laboratoria; deze gedragingen hebben geldigheid omdat ze specifiek het niveau van de actieve status van het varken beschrijven. Als een varken rust, is het waarschijnlijk niet gemotiveerd om te benaderen en is het niet in staat om zo snel als een staand varken van positie te veranderen. Evenzo is een varken dat NNOB weergeeft in een verkennende staat, maar een varken met zijn hoofd nog steeds terwijl het staat, is waarschijnlijker in een catatonische staat. De neus oriëntatie helpt bij validiteit omdat de neus, oren en dan de ogen zijn wat het varken gebruikt om informatie over de mens te verzamelen.

Beperkingen van de techniek:

Een mogelijke zorg met deze techniek is de variabiliteit in de reacties van de varkens op de test mens. Daarnaast zullen varkens kijken naar de test-de handen van de mens, die kan leiden tot onbedoelde cueing door die persoon. Daarom werden deze beperkingen uitgedrukt door het experimenteel testen van 1) de reacties van de varkens op een vertrouwde menselijke en onbekende mens, en 2) standaardiseren dat, nadat de pellet is gevallen, de test-mens stilstaat en plaatst hun handen uit de varkens zicht. Gegevens toonden aan dat er geen behandeling of behandeling x tijd verschillen tijdens de hoed (tabel 2), wat suggereert dat de hoed kan worden beheerd door een vertrouwde of onbekende mensen. Andere onderzoekers suggereren dat varkens de neiging om te generaliseren over mensen op basis van eerdere interacties11,12,13; Daarom moeten de eerdere ervaringen van een varken met mensen positief zijn. Deze uitdaging kan ook worden verholpen met een waakzaam experimenteel ontwerp; voor elk blok is een voldoende aantal experimentele eenheden die voor elke behandeling van belang zijn vertegenwoordigd nodig.

In deze studie, hoewel er slechts twee ervaren waarnemers waren die alle Video's voor alle drie de behuizings types tijdstemden, waren er verschillen tussen de behuizings typen voor specifieke gedrags uitkomsten (tabel 1). Varkens in woningtype B zijn bijvoorbeeld vaker het dichtst bij het gebied gekomen dan in de behuizings typen A en C. Dit is waarschijnlijk te wijten aan een verschil in het pen materiaal; in huis type B was de voorkant van de pen een met een ketting verbonden poort met horizontale staven waardoor het varken tijdens de hoed de poort kon beklimmen. Behuizings typen A en C hadden aan de andere kant verticale balken en minder horizontale oppervlakken waar de varkens op konden klimmen. Deze variabiliteit kan worden verholpen door de duur uitgaven in de nauwe en dichtstbijzijnde gebieden toe te voegen voordat ze worden vergeleken in verschillende behuizings typen (tabel 1; P > 0,10). Varkens in huisvestings type C brachten echter meer tijd door in het verre gebied dan die van de behuizings typen A en B (tabel 1; P < 0,05), wat waarschijnlijk te wijten was aan het plaatsen van water dragers in de achterkant van de pen in plaats van aan de voorkant van de pen. Dit is een beperking die kan worden verholpen als laboratoria ervoor kiezen om de plaatsing van water ers, kommen en speelgoed te standaardiseren en ervoor te zorgen dat ze zijn opgelost, zodat het varken het object niet naar een ander gebied verplaatst.

Deze test heeft een grote toegankelijkheid voor laboratoria van alle soorten, maar, zoals eerder vermeld, de handmatig gestempelde ruimtelijke ethogram en metingen zullen meer variëren in laboratoria. Niettemin, de lichaam-en hoofd-structurele ethogrammen zijn alomtegenwoordig. Laboratoria die toegang hebben tot gevalideerde, geautomatiseerde tracking voor varkens kunnen profiteren van het feit dat het ruimtelijke ethogram automatisch wordt bijgehouden in plaats van handmatig, omdat de afstand die wordt verplaatst en de bewegingssnelheid extra uitkomsten kunnen zijn van gedragsmaatregelen van de hoed. De beperkingen van de in-pen opstelling en traditionele technologieën in plaats van testgebieden en automatische traceertechnologieën kunnen worden verholpen door de AI-formule aan te passen. De AI biedt gestandaardiseerde metingen en terminologie voor de manier waarop individuele varkens hun pen ruimte gebruiken en interesse uitdrukken in een mens. Deze berekening, afgeleid van gemeenschappelijke gedragsmaatregelen, is gevoelig voor varkens modellen van subconcussieve mTBI en, mogelijk, andere staten van subklinisch letsel of ziekte. Bovendien vermindert de AI willekeurige variaties tijdens experimenten en kan het gemakkelijker worden vergeleken tussen experimenten en laboratoria dan methoden die afhankelijk zijn van meer experiment-specifieke metingen. Het structurele gedrag verschaft de basis voor deze formule, omdat dit gedrag standaard metingen zijn voor verschillende behandelingen, terwijl het ruimtelijke gedrag afhankelijk is van de peninstellingen, het aantal varkens in een pen en het volgsysteem. We hebben bijvoorbeeld opgemerkt dat wanneer twee gezonde varkens in een pen worden getest, ze soortgelijke ruimtelijke gedragingen zullen uitvoeren door samen te naderen, maar het varken dat de eerste volgt, kan zijn neus meer oriënteren op zijn penmaat dan naar de mens en meer NNOB uitdrukken , omdat het varken dat leidt dient als de Sentinel. Niettemin, de AI helpt bij het verminderen van deze variatie, zelfs van gepaarde gedragingen.

Hoewel de AI een uitstekende toolset is voor het standaardiseren van de test in laboratoria, kunnen onderzoekers nog steeds testspecifieke gedrags resultaten onderzoeken binnen een laboratorium of experiment, vooral als ze voldoende vermogen hebben (d.w.z. experimentele eenheden en herhaalde tests) in één experiment. Daarom is tabel 1, die alle gedrags uitkomsten, de variantie, de verdeling en een berekende test voor het aantal dieren voor elk specifiek gedrag bevat, hier opgenomen. Als onderzoekers bijvoorbeeld een penomgeving hebben waardoor varkens consequent tijdens de hoed kunnen klimmen en ze weten dat hun behandeling meer dan 75% verschil in klim gedrag veroorzaakt, dan kunnen ze dierlijke getallen rechtvaardigen op basis van de gemeten variantie. Als nieuwe gedragingen worden toegevoegd aan het ethogram, zullen wetenschappers moeten rechtvaardigen welk gedrag indicatief is voor benadering of terugtrekking voordat ze in de index worden opgenomen. Bijvoorbeeld, als de meeste van de dieren binnen een experiment tempo langs de wanden van de pen (dat wil zeggen, thigmotaxis)32, de duur van dit gedrag kan worden opgenomen in de Body-Structural ethogram categorie. Het gedrag kan worden weergegeven in de gedetailleerde gestapelde staafgrafiek (d.w.z. Figuur 5) of in tabelvorm, en vervolgens kan het worden samengevat met de stand-still voordat de indexberekening wordt toegepast. De AI kan daarom gedragingen vertegenwoordigen die alomtegenwoordig zijn in laboratoria, maar extra unieke gedragingen kunnen nog steeds afzonderlijk worden weergegeven.

Betekenis met betrekking tot de bestaande methoden:

De bestaande methoden voor de hoed werden vastgesteld voor varkens op commerciële boerderijen om het dierenwelzijn te beoordelen. Hier is een protocol voor laboratorium varkens opgericht, dat onderzoekers kan helpen dierenwelzijn te beoordelen en mTBI-varkens van met Sham behandelde varkens te onderscheiden. Een alternatieve traditionele test kan zijn om een open-veld test te gebruiken. Deze test werd eerder gebruikt voor de beoordeling van de emotionaliteit en het welzijn van varkens33. Open-veld testen werden oorspronkelijk ontworpen voor het testen van de affectieve toestanden van knaagdieren door het meten van hun natuurlijke afaversie om ruimte en licht te openen. Gezonde varkens kunnen daarentegen dezelfde prikkels als eetlustopwekkende conditionering10bekijken, en na een ziekte, letsel of stress behandeling, uiten ze waarschijnlijk angst. Deze test vereist meer laboratoriumruimte en vereist dat varkens acclimatiseren om te worden behandeld en geplaatst in een open veld Arena. Als laboratoria beschikken over ruimte en de protocollen voor de behandeling van de varkens aanwezig zijn, kunnen herhaalde hoeden sessies, naast één test op een open veld, helpen om behandelde dieren van met schijn behandelde dieren verder te onderscheiden.

Kritieke stappen binnen het Protocol:

De eerste drie stappen in het protocol zijn het meest kritieke voor succesvolle HAT-maatregelen. De sessies per varken duren slechts 3 min; echter, adequate voorbereiding zal helpen deze test betrouwbaar te maken. Zoals hierboven vermeld, is de camera locatie en opname-opstelling cruciaal voor de duidelijkheid en replicatie. Onjuiste camerahoeken kunnen de visie van de waarnemer beperken, wat fouten aan de metingen zal toevoegen. Een andere vaak over het hoofd gezien stap is de vaststelling van de objecten in de pen. Het varken zal niet-vaste objecten verplaatsen, en dit kan invloed hebben op de motivatie om de mens te benaderen. Het opzetten en beheren van het systeem zijn belangrijk omdat varkens moeten worden geacclimatiseerd naar hun omgeving voordat ze de test consequent kunnen uitvoeren. Varkens die niet goed worden geacclimeerd aan hun huis pennen of routine of die stress ondervinden, zullen in andere gebieden in plaats van achter op de pen34poepen. De ontlasting kan invloed hebben op hun motivatie om te benaderen. Vanuit de cameraweergave moet de waarnemer individuele varkens kunnen identificeren; het is echter belangrijk dat de markerings regeling geen informatie verschaft over de behandeling van het dier, aangezien dit de waarnemer25zal bevoorraden.

Het identificeren van varkens is zeer belangrijk voor het verkrijgen van de juiste gedragsgegevens voor het juiste varken, zelfs als ze enkel gehuisvest zijn. Varkens worden vaak verplaatst voor hun behandelingen, en een markering verzekert de waarnemer dat ze naar hetzelfde varken kijken nadat het is verwijderd en terug in de pen is geplaatst. Varkens kunnen in paren worden ondergebracht, zoals in huis type C, en daarom wordt het zeer belangrijk om de varkens te identificeren. Dierlijke markering verven en markers vereisen dagelijkse toepassing; Daarom vereist dit protocol het gebruik van een medische tape en een uitstrijkje van tag cement. De tape sticks het beste voor varkens met langer haar. Varkens met kort haar en een droge huid zullen vaker van de tape af gaan dan varkens met langer haar.

Toekomstige toepassingen:

Samengevat, de niet-invasieve in-pen hoed test hier beschreven is gevoelig genoeg voor het detecteren van milde en temporele afhankelijke veranderingen in varkens na mTBI. Bovendien hebben we een gewogen index genaamd de AI ontwikkeld om veranderingen in varkens die zijn ondergebracht in verschillende pentypen, evenals in verschillende soorten varkens te evalueren. Hoewel de hoed is gebruikt om veranderingen in varkens blootgesteld aan mTBI op te sporen, kan deze gedrags test nuttig zijn voor het opsporen van meetbare gedragsveranderingen bij dieren die stress of prepathologische omstandigheden ervaren.

Disclosures

De auteurs hebben niets te onthullen.

Acknowledgments

De auteurs willen de financiering van het kantoor van Naval Research (Grant #12166253) erkennen. Bovendien bedanken de auteurs vriendelijk het dierenverzorgingpersoneel, de dierenartsen en studenten van de Kansas State University en Virginia Tech voor hun steun tijdens het dieren werk. De auteurs willen ook Nadège Krebs bedanken voor haar technische assistentie, en studenten Shelby Stair, Sarah Greenway en Mikayla Goering voor hun technische assistentie en extra dierenverzorging.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Dome 3.0 Megapixel Cameras with 2.8-12 mm lens set between 2.8-3.2 mm Points North Surveillance, Auburn, ME CDL7233S Lower mm lenses are needed for low-profile pens
Manfrotto 244 friction arm kit B&H Photo B&H # MA244; MFR # 244 To mount and secure cameras at a 90° angle
Video Recording System Points North Surveillance, Auburn, ME NVR-RACK64 NVR is customized
Colored and patterned duct tape attached to a double-sided medical grade tape  MBK Tape Solutions, Chatsworth, CA 3M 1522H Sustainable marking of pigs
Approach Index Formula generator Dinasym, Manhattan, KS Approach Formula Company will customize macros for specific lab needs
Geovision Software Points North Surveillance, Auburn, ME Geovision Software to edit video time into 180 s clips
Clicker Petco Good2Go Dog Training Clicker
Reward treat (feed pellet, carob chip, raisin, marshmallow) Variable N/A Depending on previous exposure, adult pigs are very  neophobic when new food is introduced. Limit-fed pigs can be fed a few pellets of feed. 
Statistical Analysis System (SAS) SAS Institute, Cary, North Carolina SAS 9.0 Our laboratories preference for analyzing mixed models and repeated measures
Observer 11.5 software Noldus Information Technology, Leesburg, VA Observer 11.5 Software to manually timestamp video clips

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Iverson, G. L. Outcome from mild traumatic brain injury. Current Opinion in Psychiatry. 18 (3), 301-317 (2005).
  2. Taber, K. H., Warden, D. L., Hurley, R. A. Blast-related traumatic brain injury: what is known? The Journal of Neuropsychiatry and Clinical Neurosciences. 18 (2), 141-145 (2006).
  3. White, H., Venkatesh, B. Traumatic brain injury. Oxford Textbook of Neurocritical Care. Smith, M., Kofke, W. A., Citerio, G. 210, University Press. Oxford. (2016).
  4. Greve, K. W., et al. Personality and neurocognitive correlates of impulsive aggression in long-term survivors of severe traumatic brain injury. Brain Injury Journal. 15 (3), 255-262 (2001).
  5. Janusz, J. A., Kirkwood, M. W., Yeates, K. O., Taylor, H. G. Social Problem-Solving Skills in Children with Traumatic Brain Injury: Long-Term Outcomes and Prediction of Social Competence. Child Neuropsychology. 8 (3), 179-194 (2002).
  6. Luo, Y. Swine Applied Ethology Methods for a Model of Mild Traumatic Brain Injury (Master's Thesis). , Available from: http://hdl.handle.net/2097/35760 (2017).
  7. Kornum, B. R., Knudsen, G. M. Cognitive testing of pigs (Sus scrofa) in translational biobehavioral research. Neuroscience & Behavioral Reviews. 35 (3), 437-451 (2011).
  8. Bauman, R. A., et al. An Introductory Characterization of a Combat-Casualty-Care Relevant Swine Model of Closed Head Injury Resulting from Exposure to Explosive Blast. Journal of Neurotrauma. 26, 841-860 (2009).
  9. Friess, S., et al. Repeated traumatic brain injury affects composite cognitive function in piglets. Journal of Neurotrauma. 26, 1111-1121 (2009).
  10. Xiong, Y. A., Mahmood, A., Chopp, M. Animal models of traumatic brain injury. Nature Reviews Neuroscience. 14 (2), 128-142 (2013).
  11. Waiblinger, S., et al. Assessing the human-animal relationship in farmed species: A critical review. Applied Animal Behavior and Science. 101, 185-242 (2006).
  12. Powell, C., Hemsworth, L. M., Rice, M., Hemsworth, P. H. Comparison of methods to assess fear of humans in commercial breeding gilts and sows. Applied Animal Behavior and Science. 181, 70-75 (2016).
  13. Hemsworth, P. H., Barnett, J. L., Coleman, G. J., Hansen, C. A study of the relationships between the attitudinal and behavioural profiles of stockpersons and the level of fear of humans and reproductive performance of commercial pigs. Applied Animal Behaviour Science. 23, 301-314 (1989).
  14. Hulbert, L. E., McGlone, J. J. Evaluation of drop versus trickle-feeding systems for crated or group-penned gestating sows. Journal of Animal Science. 84 (4), 1004-1014 (2006).
  15. Mills, D. S., Marchant-Forde, J. N. The encyclopedia of applied animal behavior and welfare. , CAB International. Wallingford, UK. (2010).
  16. Backus, B. L., Sutherland, M. A., Brooks, T. A. Relationship between environmental enrichment and the response to novelty in laboratory-housed pigs. Journal of the American Association for Laboratory Animal Science. 56 (6), 735-741 (2017).
  17. Price, E. O. Behavioral development in animals undergoing domestication. Applied Animal Behavior Science. 65 (3), 245-271 (1999).
  18. Plogmann, D., Kruska, D. Volumetric comparison of auditory structures in the brains of European wild boars (Sus scrofa) and domestic pigs (Sus scrofa f. dom.). Brain, Behavior and Evolution. 35 (3), 146-155 (1990).
  19. Horbak, K. Nosing Around: Play in Pigs. Animal Behavior and Cognition. 1 (2), 186-196 (2014).
  20. Daigle, C. Parallels between Postpartum Disorders in Humans and Preweaning Piglet Mortality in Sows. Animals. 8 (2), 22 (2018).
  21. Willner, P., Muscat, R., Papp, M. Chronic mild stress-induced anhedonia: A realistic animal model of depression. Neuroscience & Biobehavioral Reviews. 16 (4), 525-534 (1992).
  22. Pairis, M., Young, A., Millman, S. T., Garvey, J., Johnson, A. K. Can Fear Be Effectively Assessed in Swine? A Study Measuring Fear Levels during a Human Approach Test. Animal Industry Report. , AS 655, ASL R2470 (2009).
  23. Grandin, T. Behavioral principles of livestock handling. American registry of Professional Animal Scientist. , 1-11 (2002).
  24. Weeks, C. A. A review of welfare in cattle, sheep and pig lairages, with emphasis on stocking rates, ventilation and noise. Animal Welfare. (South Mimms, England). 17, 275-284 (2008).
  25. Martin, P., Bateson, P. How Good are Your Measures. Measuring Behaviour: An Introductory Guide. Martin, P., Bateson, P. , University Press. Cambridge. 72-85 (2007).
  26. Grandin, T., Shivley, C. How Farm animals react and perceive stressful situations such as handling, restraint, and transport. Animals. 5, 1233-1251 (2015).
  27. Galyean, M. Sample size calculations I. , Available from: https://www.depts.ttu.edu/afs/home/mgalyean/ (2018).
  28. Shenton, M. E., et al. A review of magnetic resonance imaging and diffusion tensor imaging findings in mild traumatic brain injury. Brain Imaging and Behavior. 6 (2), 137-192 (2012).
  29. Walilko, T., VandeVord, P., Hulbert, L. E., Fievisohn, E., Zai, L. Establishing a neurological injury threshold using a blast overpressure model in minipigs. Military Health System Research Symposium. , (2017).
  30. Coffin, M. J., et al. Side Bias and Time of Day Influenced Cognition after Minipigs were Conditioned Using a Novel Tactile Stimulation Device. Journal of Animal Science. 96, 255-256 (2018).
  31. Dailey, J. W. Stereotypic Behavior in Pregnant Swine (Master's Thesis). , Available from: https://ttu-ir.tdl.org/ttu-ir/handle/2346/9669 (1995).
  32. Fleming, S. A., Dilger, R. N. Young pigs exhibit differential exploratory behavior during novelty preference tasks in response to age, sex and delay. Behavioural Brain Research. 321, 50-60 (2017).
  33. Ramona, D. D., Healy, S. D., Lawrence, A. B., Rutherford, K. M. D. Emotionality in growing pigs: Is the open field a valid test. Physiology & Behavior. 104, 906-913 (2011).
  34. Matthews, S. G., Miller, A. L., Clapp, J., Plötz, T., Kyriazakis, I. Early detection of health and welfare compromises through automated detection of behavioral changes in pigs. The Veterinary Journal. 217, 43-51 (2016).

Tags

Intrekking probleem 148 gedrag appetitive vermijding varkens ethologie mTBI
Niet-invasieve, in-pen benaderings test voor varkens die in het laboratorium zijn ondergebracht
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Hulbert, L. E., Bortoluzzi, E. M.,… More

Hulbert, L. E., Bortoluzzi, E. M., Luo, Y., Mumm, J. M., Coffin, M. J., Becker, G. Y., Vandevord, P. J., McNeil, E. M., Walilko, T., Khaing, Z. Z., Zai, L. Noninvasive, In-pen Approach Test for Laboratory-housed Pigs. J. Vis. Exp. (148), e58597, doi:10.3791/58597 (2019).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter