JoVE Journal > Behavior
Summary
Abstract
Introduction
Protocol
Results
Discussion
Disclosures
Acknowledgements
Materials
References
Automatic Translation
Please note that all translations are automatically generated. Click here for the English version.
Behavior

En beteendevetenskaplig Test batteri för upprepad bedömning av motorik, humör och kognition hos möss

Published: March 02, 2019
doi:
10.3791/58973
, ,
1Nanjing Key Laboratory of Pediatrics,Children’s Hospital of Nanjing Medical University, 2Nanjing Key Laboratory of Pediatrics,Nanjing Medical University, 3Laboratory of Neurodegenerative Disease, Li Ka Shing Faculty of Medicine,University of Hong Kong, Pokfulam, Hong Kong Special Administrative Region (HK SAR)

Summary

Ett omfattande beteendevetenskaplig test batteri av motorik, humör — inklusive social interaktion, depression och ångest – och kognition är utformad för upprepad bedömning av neurodegeneration-relaterade beteendeförändringar hos möss.

Abstract

Farmakologiska och toxikologiska studier på neurodegeneration kräver omfattande beteendeanalys i möss eftersom motor dysfunktioner och dysfunktioner i humör och kognition är vanliga och ofta delade symtom vid neurodegenerativa sjukdomar. Här visas en beteendevetenskaplig test batteri för motor, humör och kognition, som kan testas upprepade gånger i en longitudinell studie. Detta batteri bedömer den totala beteendemässiga fenotypen hos möss genom att undersöka varje domän av beteende med minst två oberoende väl godkända tester (dvs. öppen-fältprov och rotarod test för motorik, sociala interaktionstest, förhöjd plus labyrint test, och Tvingad simma test för emotionell funktion, och Morris vatten labyrint test och romanen objekt erkännande test för kognitiv funktion). Därför är detta känsliga och omfattande test-batteri ett kraftfullt verktyg för studiet av beteendemässiga växlingen i neurodegeneration.

Introduction

Neurodegenerativa sjukdomar med förödande beteendemässiga symtom, inklusive kognitiv svikt, humör dysfunktioner såsom ångest och depression eller motorisk dysfunktion1. Patogenesen av olika typer av neurodegenerativa sjukdomar är oklart2. Ackumulerande studier visar att genetiska faktorer och miljöfaktorer kan både bidra till patogenesen av neurodegenerativa sjukdomar. Att identifiera riskfaktorn för neurodegeneration kräver beteendeanalys. Även om varje typ av neurodegenerativa sjukdomar har sin signatur beteendemässiga symptom (t.ex. Alzheimers sjukdom [AD] är skisserat med kognitiv svikt och Parkinsons sjukdom [PD] med motorisk dysfunktion). Med utvecklingen av sjukdomen manifestera patienterna samsjuklighet av olika beteendemässiga avvikelser3. Till exempel uppvisar AD patienter symtom på humör dysfunktion i framskridet stadium4,5. PD patienter kan utvecklas till PD-relaterad demens och utveckla kognitiv svikt6. Baserat på dessa funktioner, är beteendeanalys i neurodegeneration modeller oftast omfattande och upprepade.

För att uppnå detta mål, utformades ett batteri som innehåller klassiska och utbredda beteendemässiga tester med utmärkta giltighet för beteendemässiga analyser i motor, humör och kognition. Den motoriska funktionen kan testas genom i öppna-fältet test7,8 och accelererande rotarod testet. Humör dysfunktion, inklusive social dysfunktion, depression och ångest, är vanligast i neurodegenerativa sjukdomar5. Därför innehåller detta batteri en social interaktionstest för trevnad9, högstämt plus labyrint test för ångest10, och tvingade simma test för depression11. Kognitiv svikt är en av de mest karakteristiska symptomen vid neurodegenerativa sjukdomar som AD och frontotemporal lobar demens12. Kognitiva domäner, inklusive korttidsminne och episodiskt minne, är mottagliga för neurodegeneration13,14,15. Därför ingår det Morris vatten labyrint testet för spatial inlärning och minne16 och romanen objekt Igenkänningstestet för kortsiktiga minne17 i batteriet. Dessa tester är kompatibla med varandra. Ordningen på testerna var avsedd att maximera tillvänjning och att minimera störningar, för att ytterligare öka kompatibiliteten i batteriet. Eftersom varje funktion testas av minst två oberoende tester som skiljer sig i princip och metod, kan resultaten av varje test ytterligare valideras. Dessutom markeras protokoll av några tester för upprepad testning, underlätta longitudinella studier av utvecklingen av neurodegenerativa sjukdomar. Därför studerar detta beteende test batteri olika underdomäner till beteendeförändringar som sett i olika stadier av neurodegeneration medan kostar ett minimalt antal djur. Detta batteri har använts i en longitudinell studie som utvärderade beteendeförändringar hos unga vuxna (3-månad-gammal) C57BL/6N hanmöss efter respiratorisk exponering för kiseldioxid nanopartiklar, en Yrkesrisk som är en potentiell riskfaktor för neurodegeneration18. Dock andra stammar eller modeller, som åldern möss och genetiskt manipulerade möss, kan bete sig annorlunda än unga C57BL/6N möss. Försiktighet kan därför krävas när du använder detta batteri i dessa möss.

Protocol

Alla metoderna som beskrivs här har godkänts av utskottet för användning av levande djur i undervisning och forskning (CULATR), University of Hong Kong. 1. allmänna protokoll Obs: Detta avsnitt är baserat på Deacon19. Beteendemässiga rummet setup Bli av orelaterade stimulering/distraktion, inklusive direkt ljus på experimentell apparaten, lukt, buller och andra ovidkommande djur,…

Representative Results

Detta beteende test batteri var avsedd för den omfattande och giltig beteendeanalys av motor, humör och kognition, som ofta påverkas i neurodegeneration5. Vi har tillämpat detta batteri för att studera de beteendemässiga förändringarna i unga vuxna C57BL/6N möss efter respiratorisk exponering för kiseldioxid nanopartiklar för 1 månad och 2 månader18. Resultaten visade att C57BL/6N möss som utsätts för kiseldioxid nanopartikla…

Discussion

Beteendeanalys av möss är kritisk för neurodegeneration forskning. Kognitiv funktion är ofta mest mottagliga domänen av beteende påverkas vid neurodegenerativa sjukdomar, är humör dysfunktion, till exempel depression och ångest, ofta komorbida. Dessutom påverkar motorik ofta tolkningen av resultaten i vissa tester, såsom roman objekt Igenkänningstestet, högstämt plus labyrint test och social interaktion testet. Baserat på dessa tankar, krävs ett omfattande beteendevetenskaplig test batteri för en övergr…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Författarna vill tacka Dr Cora SW Lai från skolan av biomedicinsk vetenskap, University of Hong Kong, för utlåning högstämt plus labyrint test och den institutionen i anestesiologi från University of Hong Kong för utlåning rotarod provningsutrustningen.

Materials

chambers in social interaction test home made (8 cm (L) x 6 cm (W) x 12 cm (H)), transparant with holes, plastic
cylindrical tanks used in forced swimming test home made 30 cm height, 20 cm diameters, glass
elevated plus maze home made open arms (30 x 5 x 0.5 cm) ,closed arms (30 x 5 x 16 cm), center platform (5 x 5 x 0.5 cm), 40 cm tall. Plastic, nontransparant
IITC Roto-Rod Apparatus IITC life science Inc. 755, series 8
open field arena home made 60 cm (L) x 60 cm (W) x 40 cm (H), plastic, nontransparant
water maze home made 120 cm in diameter, 60 cm deep, steel
DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Baquero, M., Martin, N. Depressive symptoms in neurodegenerative diseases. World Journal of Clinical Cases. 3 (8), 682-693 (2015).
  2. Brown, R. C., Lockwood, A. H., Sonawane, B. R. Neurodegenerative Diseases: An Overview of Environmental Risk Factors. Environmental Health Perspectives. 113 (9), 1250-1256 (2005).
  3. Bossy-Wetzel, E., Schwarzenbacher, R., Lipton, S. A. Molecular pathways to neurodegeneration. Nature Medicine. 10, S2-S9 (2004).
  4. Cummings, J. L., Diaz, C., Levy, M., Binetti, G., Litvan, I. I. Neuropsychiatric Syndromes in Neurodegenerative Disease: Frequency and Signficance. Seminars in Clinical Neuropsychiatry. 1 (4), 241-247 (1996).
  5. Levenson, R. W., Sturm, V. E., Haase, C. M. Emotional and behavioral symptoms in neurodegenerative disease: a model for studying the neural bases of psychopathology. Annual Review of Clinical Psychology. 10, 581-606 (2014).
  6. Kehagia, A. A., Barker, R. A., Robbins, T. W. Neuropsychological and clinical heterogeneity of cognitive impairment and dementia in patients with Parkinson’s disease. Lancet Neurology. 9 (12), 1200-1213 (2010).
  7. Gould, T. D., Dao, D. T., Kovacsics, C. E., Gould, T. D. The Open Field Test. Mood and Anxiety Related Phenotypes in Mice. , 1-20 (2009).
  8. Seibenhener, M. L., Wooten, M. C. Use of the Open Field Maze to measure locomotor and anxiety-like behavior in mice. Journal of Visualized Experiments. (96), e52434 (2015).
  9. Kaidanovich-Beilin, O., Lipina, T., Vukobradovic, I., Roder, J., Woodgett, J. R. Assessment of social interaction behaviors. Journal of Visualized Experiments. (48), e2473 (2011).
  10. Walf, A. A., Frye, C. A. The use of the elevated plus maze as an assay of anxiety-related behavior in rodents. Nature Protocols. 2 (2), 322-328 (2007).
  11. Can, A., et al. The mouse forced swim test. Journal of Visualized Experiments. (59), e3638 (2012).
  12. Veerappan, C. S., Sleiman, S., Coppola, G. Epigenetics of Alzheimer’s disease and frontotemporal dementia. Neurotherapeutics. 10 (4), 709-721 (2013).
  13. Kirova, A. M., Bays, R. B., Lagalwar, S. Working memory and executive function decline across normal aging, mild cognitive impairment, and Alzheimer’s disease. Biomed Research International. 2015, 748212 (2015).
  14. Draganski, B., Lutti, A., Kherif, F. Impact of brain aging and neurodegeneration on cognition: evidence from MRI. Current Opinion in Neurology. 26 (6), 640-645 (2013).
  15. Schliebs, R., Arendt, T. The cholinergic system in aging and neuronal degeneration. Behavioural Brain Research. 221 (2), 555-563 (2011).
  16. Vorhees, C. V., Williams, M. T. Morris water maze: procedures for assessing spatial and related forms of learning and memory. Nature Protocols. 1 (2), 848-858 (2006).
  17. Leger, M., et al. Object recognition test in mice. Nature Protocols. 8 (12), 2531-2537 (2013).
  18. You, R., et al. Silica nanoparticles induce neurodegeneration-like changes in behavior, neuropathology, and affect synapse through MAPK activation. Particle and Fibre Toxicology. 15 (1), 28 (2018).
  19. Housing Deacon, R. M. husbandry and handling of rodents for behavioral experiments. Nature Protocols. 1 (2), 936-946 (2006).
  20. Poon, D. C., et al. PKR deficiency alters E. coli-induced sickness behaviors but does not exacerbate neuroimmune responses or bacterial load. Journal of Neuroinflammation. 12, 212 (2015).
  21. O’Leary, T. P., Gunn, R. K., Brown, R. E. What are we measuring when we test strain differences in anxiety in mice?. Behavior Genetics. 43 (1), 34-50 (2013).
  22. Can, A., et al. The tail suspension test. Journal of Visualized Experiments. (59), e3769 (2012).
  23. Angoa-Perez, M., et al. Mice genetically depleted of brain serotonin do not display a depression-like behavioral phenotype. ACS Chemical Neuroscience. 5 (10), 908-919 (2014).
  24. Blazquez, G., Canete, T., Tobena, A., Gimenez-Llort, L., Fernandez-Teruel, A. Cognitive and emotional profiles of aged Alzheimer’s disease (3xTgAD) mice: effects of environmental enrichment and sexual dimorphism. Behavioural Brain Research. 268, 185-201 (2014).
  25. Gimenez-Llort, L., et al. Modeling behavioral and neuronal symptoms of Alzheimer’s disease in mice: a role for intraneuronal amyloid. Neuroscience & Biobehavioral Reviews. 31 (1), 125-147 (2007).
  26. Lad, H. V., et al. Behavioural battery testing: evaluation and behavioural outcomes in 8 inbred mouse strains. Physiology & Behavior. 99 (3), 301-316 (2010).
  27. Powell, T. R., Fernandes, C., Schalkwyk, L. C. Depression-Related Behavioral Tests. Current Protocols in Mouse Biology. 2 (2), 119-127 (2012).
  28. Paylor, R., Spencer, C. M., Yuva-Paylor, L. A., Pieke-Dahl, S. The use of behavioral test batteries, II: effect of test interval. Physiology & Behavior. 87 (1), 95-102 (2006).
  29. Lee, K. M., Coehlo, M., McGregor, H. A., Waltermire, R. S., Szumlinski, K. K. Binge alcohol drinking elicits persistent negative affect in mice. Behavioural Brain Research. 291, 385-398 (2015).
  30. Shiotsuki, H., et al. A rotarod test for evaluation of motor skill learning. Journal of Neuroscience Methods. 189 (2), 180-185 (2010).

Tags

Behavioral Test BatteryMotor SkillsMoodCognitionMiceNeurodegenerative DiseaseOpen Field TestElevated Plus MazeNovel Object RecognitionSocial Interaction

Play Video
PDF
DOI
DOWNLOAD MATERIALS LIST
Cite This Article
You, R., Liu, Y., Chang, R. C. A Behavioral Test Battery for the Repeated Assessment of Motor Skills, Mood, and Cognition in Mice. J. Vis. Exp. (145), e58973, doi:10.3791/58973 (2019).
Download Citation
Reprints and Permissions

View Video

✖

To prove you're not a robot, please enter the text in the image below

CAPTCHA Image
Play CAPTCHA Audio
Refresh Image