Waiting
Login processing...

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

Behavior

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

Published: March 2, 2019 doi: 10.3791/58973
Automatic Translation
1,2,3, 3, 3
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.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

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.

  1. Beteendemässiga rummet setup
    1. Bli av orelaterade stimulering/distraktion, inklusive direkt ljus på experimentell apparaten, lukt, buller och andra ovidkommande djur, i behavioral rummet (som bör vara ca 10 m2 med justerbar belysning och, företrädesvis, har en förrum).
      Obs: Eftersom musen är ett nattdjur, belysning under 15 lux i öppna-fältet testet, kunde romanen objekt erkännande test, och social interaktionstest minimera störningar/stressen från ljuset och hjälpa musen för att fokusera på testet.
    2. Ställ in kameran för videoinspelning minst 1,5 m ovanför golvet, se till att det är utom syn testning musen.
  2. Bostäder och tillvänjning
    1. Grupphus mössen i en djurenhet under observation (t.ex. gruppboende högst fyra vuxna möss).
      Obs: Här, 3-månad-gammal C57BL/6N hanmöss användes och inrymt i en 1144B bur. Utesluta sjuka, skadade eller allvarligt stressade möss. Erfarenheter av svält, törst eller mobbas kan påverka prestanda för musen.
    2. Ordna de samma djurhanterare att genomföra alla beteendemässiga tester, för att minska variationen. Utföra transport, hantering och experiment under ljuset cykeln från 7:00 till 7:00 Om möjligt, ordna all annan hantering, såsom förvaltning av någon drog/toxin (t.ex. intranasalt instillation av kiseldioxid nanopartiklar) eller bur-rengöring, efter provet.
    3. Ändra namnet burar med slumptal till blinda experimenter innan varje experiment. Habituerar mössen experimentella miljön i behavioral rummet för 15-30 min i sina hem burar. Kom hem burarna beteendemässiga rummet under hela experimentet.
    4. Innan du börjar experimentet, sätta en nonexperimental C57BL/6N-mus i apparaten så att den experimentella villkoren för den första musen är samma som resten. Sedan Rengör apparaten enligt följande: ta bort urin och avföring med en ren pappershandduk, rengöra experimentella enheten med kranvatten och sedan täcka lukt kvar av musen genom att torka apparaten med en pappershandduk lätt besprutas med 70% etanol.
    5. För att minimera distraktion orsakas av experimenter, be försöksledaren att lämna beteendemässiga rummet under videoinspelning eller bo bakom gardinen under testet Morris vatten labyrint.
  3. Beteendemässiga test arrangemang
    1. Ordna beteendemässiga testet i ordningen som visas i figur 1A. Planera att utföra de tester som placerade ut av 24 h, utom högstämt plus labyrint test.
      Obs: Eftersom hela proceduren kräver upp till 2 veckor, förenkla batteriet genom att välja bland liknande tester innan ansökan i ett akut eller kortsiktig studie.
      Varning: 2 dagars öppna-fältet testet säkerställer korrekt tillvänjning för romanen objekt Igenkänningstestet. Test testet tvingad simning sist eftersom det kan orsaka stress i C57BL/6N möss.

2. BehavioralTest protokoll

  1. Öppna-fältprov8,18,19,20
    1. Utför testet öppna-fältet i en 60 cm (längd [L]) x 60 cm (bredd [W]) x 40 cm (höjd [H]) ogenomskinliga vita plast arena.
      Obs: Använder flera arenor kan öka genomflödet i testet.
    2. Starta kameran och försiktigt sätta musen intill mitten av en vägg av arenan, inför det samma väggen. Spela in beteendet med musen i 10 min innan du återvänder det till buren. Ren apparaten enligt steg 1.2.4.
      Obs: Startpunkten i öppna-fältet testet kan också vara i mitten av arenan. Vara konsekvent bland möss.
    3. Upprepa tills alla möss har protokollet. Motverka testning ordningen mellan grupper.
    4. Utföra dataanalys enligt följande.
      1. Dela arenan i fyra rutor med fyra kvadrater (imaginärt rutnät) på datorskärmen. För att bedöma motorisk funktion, räkna antalet linjer korsas av musen i arena19.
        Obs: Definitionen av ”korsar en linje” är när båda bakbenen passera den. Denna definition gäller även högstämt plus labyrint test.
      2. Mät den tid i det centrala området som en indikator på ångest. Centrala området är de fyra rutorna i mitten av arenan.
        Obs: Ytterligare parametrar, såsom uppfödning (båda främre tassar från marken, med främre tassar mot en vägg eller stående), latens till det första bakre, och grooming och frysning indikerar emotionalitet av musen.
      3. Alternativt använda en mjukvara, som beskrivs i detalj av Seibenhener och Wooten8, att mäta tillryggalagd sträcka, hastighet och tid i området center.
  2. Accelererande rotarod test18
    1. Utföra den 3-dagars utbildning av den accelererande rotarod testa innan någon behandling av droger eller toxin/modellering/uppkomsten av sjukdom och testa den motoriska funktionen för 1 dag, som planerat i figur 1A.
      Obs: Musen får tre försök per dag under utbildningen och testning. Varje rättegång börjar med rotation av stången och slutar med släpp av musen.
    2. Placera rotarod apparaten på bänken i behavioral rummet. Undvik direkt belysning till utrustningen. Programmera utrustningen som start från 4 rpm och att accelerera till 40 rpm inom 5 min.
    3. I varje prövning, sätta musen på statiska staven, mot väggen av maskinen. Starta enheten när musen kvittas. Stoppa enheten när musen sjunker och registrera den tid som musen tillbringade på stången. Upprepa omedelbart för en annan två prövningar innan de återvänder musen tillbaka till buren.
    4. Upprepa proceduren på andra möss.
    5. Mäta den genomsnittliga tid som spenderas på ledstången av tre prövningar under testningen för att uppskatta motorik.
      Obs: Den genomsnittliga tiden på stången under den tredje dagen av utbildning är baslinjen för motorik.
  3. Social interaktion testa18
    1. För socialt samspel test, använder en öppna-fältet arena med två identiska genomskinliga kammare (8 cm [L] 6 cm [W] x 12 cm [H]) med hål på ytan – och en ny mus (hjälpare) som är en samkönade juvenil artgränserna som har haft tidigare kontakt med den angående mus. Figur 1B visar systematiken i förfarandet. Ren arenan och avdelningar som beskrivs i steg 1.2.4.
      Obs: Romanen musen kan inte vara en littermate eller bur kompis till ämnet musen. Det är gruppen-inrymt och friska. Habituerar roman musen till beteendevetenskaplig rum för 15-30 min som beskrivs i steg 1.2.3.
    2. Separat placera de två kamrarna i mitten två motsatta väggar av arenan. Introducera ämnet musen i arenan som beskrivs i steg 2.1.2 och visas i figur 1B, för en 3 min utforskning. Tillbaka angående musen till buren och bort urin eller avföring i arenan.
    3. Sätta hjälparen i en av kamrarna. Återinföra ämnet musen till arenan och spela in för 3 min. efteråt, avkastning både möss till var och en av sina egna hem burar. Upprepa procedurerna med andra föremål möss som beskrivs ovan.
      Obs: Motvikt sidan av hjälpare eller slumpmässigt tilldela det inom gruppen.
    4. Från video, skatta den parameter som beskriver social interaktion verksamhet mössen som thelperttomt, vilket innebär att förhållandet mellan tid interagerar med helper kammaren (thelper) och tomt en (ttomt), eller använda erkännande index thelper/ (thelper + ttomt).
      Obs: En interaktion mellan ämnet musen och kammare definieras som när musens näsa är inom 2 cm från kammaren och pekar mot den.
  4. Förhöjd plus labyrint test 10
    1. Genomföra högstämt plus labyrint test på samma dag efter alla möss är testade i öppna-fältet testet. Ren apparaten enligt steg 1.2.4.
      Obs: Den konfiguration av högstämt plus labyrint är ett ”+”-form. Den har två öppna armar (30 x 5 cm x 0,5 cm) mittemot varandra och vinkelrätt mot två slutna armar (30 x 5 x 16 cm) med en center-plattform (5 x 5 cm x 0,5 cm). Labyrinten är förhöjda 40 cm från marken.
    2. Placera musen vid korsningen av öppna och slutna armar, inför öppna armen som är motsatt försöksledaren (figur 1 c). Spela in beteendet för 5 min innan han återvände musen till buren. Upprepa tills alla möss är testade.
      Obs: Att ange labyrint med sitt ansikte i öppen arm kunde öka musens utforskning av öppna armen.
    3. Mät den tid som musen tillbringade i de öppna armarna (tÖppna) och slutna armar (tStäng) baserat på videon: tÖppnatStäng indikerar nivån av ångest.
  5. Tvingad simma test11
    1. Apparaten av påtvingad simma testet är en cylindrisk tank som är 30 cm hög och 20 cm i diameter. Fyll på vattenbehållaren med upp till 15 cm hög med vatten vid rumstemperatur (23-25 ° C).
      Obs: Använd färskt vatten för varje mus.
    2. Starta videoinspelningen och försiktigt lägga musen i vattnet, i mitten av apparaten. Spela in videon till 6 min innan du sätter musen tillbaka i sitt hem bur under infrarött ljus.
      Obs: Stör inte musen genom drunkning det eller vrida sin svans.
    3. Mät den orörlighet tid i de sista 5 min på den inspelade videon. Rörlighet innebär några rörelser än dem som krävs för att balansera kroppen och hålla huvudet ovanför vattnet.
  6. Nya objekt erkännande testa17,18
    1. Ställ in nya objekt Igenkänningstestet att inkludera 2 dagar av tillvänjning, 1 dag av förtrogenhet, och 1 dag av testning (figur 1 d); varje session är 10 min per mus, och intersession intervall är 24 h.
      Obs: Den tillvänjning i öppna-fältet test utförs enligt beskrivningen i avsnitt 2.1. Musen samverkar med två identiska objekt (gamla objekt) i förtrogenhet. I testet, musen interagerar med en av de gamla föremål och ett nytt objekt, båda placerade på samma plats som objekt i förtrogenhet. Apparaturen av romanen objekt Igenkänningstestet inkluderar en öppna-fältet arena och två uppsättningar av objekt. Varje set innehåller två identiska objekt (objekt A och A och B och B-objekt). Objekt A och B är samma storlek men olika textur (glas/plast/papper), form (runda/kubik) och färg (ljus/mörk). Objekten ska vara luktfri och stor nog för musen för att utforska inom 10 min. Lämplig storlek för vuxna C57BL/6N möss är 8 cm lång och 5 cm bred/i diameter.
    2. Märk ut placeringen av de två objekten i förtrogenhet och test, som är 5 cm bort från sidan och 7 cm från toppen av arenan.
      Obs: Markera kvällen före den förtrogenhet att undvika lukten av markören.
    3. I förtrogenhet samverkar musen med en uppsättning identiska objekt. Ren de arena och objekten som beskrivs i steg 1.2.4 innan du placerar musen i arenan, mot mitten av väggen som visas i figur 1 d. Rekord för 10 min innan han återvände musen till buren. Upprepa tills alla mössen är klar och returnera alla burar till djur enheten.
      Obs: Motverka de objekt som används i förtrogenhet inom gruppen för att minska bias (t.ex. möss nr 1 och 2 utforska objekt A och A, och möss nr 3 och 4 utforska objekt B och B, på detta sätt romanen objektet är objektet B för möss nr 1 och 2 och objektet A för möss nej. 3 och 4).
    4. Utför testet 24 h efter förtrogenhet. Använd samma förfarande som förtrogenhet, förutom ersätta ett objekt med en från en annan uppsättning (figur 1 d). Upprepa tills alla möss har utfört testet och, efteråt, returnera alla burar till djur enheten.
      Obs: Motverka sidan för det nya objektet inom gruppen att minska bias (t.ex., införa möss nr 1 och 3 objekt A och B, och möss nr 2 och 4 till objekt B och A). På detta sätt visar det nya objektet på höger sida för möss nr 1 och 4 och på vänster sida för möss nr 2 och 3. Här är till vänster till vänster på försöksledaren när vänd arena.
    5. Mät den tid som varje mus interagerar med det nya objektet (tny) och det gamla objektet (tgamla) separat, från videomaterialet i testfasen. En interaktion mellan djuret och objektet beskrivs i not följande steg 2.3.4. Beräkna minnet av musen som inställningen till objektet roman = tnyatgamla; eller tnya/ (tnya + tgamla).
      Obs: tnytgamla är lika med 1 eller tnya/ (tnya + tgamla) är lika med 0,5 innebär att musen har ingen preferens för objektet roman (dvs, försämrat minne). Tiden interagera med objekt i förtrogenhet kan fungera som en kontroll av experimentet. Den totala tiden indikerar aktiviteten utforskning av musen, och tvänsterträtt antyder rumsliga bias.
  7. Morris vatten labyrint testa16
    1. Sätt upp utrustningen enligt följande.
      1. Sätt vatten labyrinten, en cirkulär pool (av 120 cm i diameter och 60 cm djup), i mitten av ett beteende rum och markera positionen för labyrinten för att säkerställa positionen förblir densamma under hela experimentet.
      2. Dela upp labyrinten i fyra lika imaginära kvadranter. Häng de visuella referenser (t.ex., cirkel, kvadrat, triangel och pentagon) i mitten av varje kvadrant, 130 cm över golvet och 53 cm från väggen av labyrinten.
        Obs: Labyrinten och cue måste bo i samma position under hela testet, så att musen kan bilda korrekta rumsliga minne.
      3. Placera en plattform 25 cm från väggen, i mitten av den fjärde kvadranten och markera positionen. Plattformen för musen är 10 cm i diameter.
        Obs: Position och diameter på plattformen avgöra svårigheten i uppgiften. Den närmare det är på väggen i labyrinten, eller större plattformen, desto lättare uppgift.
      4. Fyll vatten labyrinten med vatten (med en temperatur på 23-25 ° C, färgade i vitt och gjort ogenomskinlig av mjölkpulver/mat vitare pulver) tills vattennivån är 1 cm högre än platform. Ger möss i behavioral rummet för 15 till 30 min av tillvänjning som visas i steg 1.2.3 och slå på IR-ljuset ovan burar, som kommer att användas för att torka möss.
        Obs: Täck toppen av plattformen med vit duk och net så att musen kan enkelt klättra upp på den. Kontrollera att det finns ingen direkt belysning ovanför vattnet.
    2. Genomföra utbildning fasen som följer.
      1. Träningsfasen tar 5 dagar, fyra prövningar per dag. Semi slumpmässigt ordna utgångspunkterna varje dag visade i litteratur16. Denna insats förhindrar musen från upprättande av associativa minne, vilket är det vanligaste sättet att ”fuska” i testet.
      2. I början av varje prövning, Starta videoinspelningen och försiktigt in musen i labyrinten.
        Obs: Tappa inte musen i tanken eller vrida sin svans, som kan orsaka extra stress och desorientering.
      3. Be experimenter bo utom synhåll för musen och återgå till ta musen tillbaka till dess buren när något av följande händer: (i) musen inte kan hitta plattformen inom 60 s; (ii) musen finner plattformen inom 60 s och vistelser på det för 10 s. Omständighet (i), ber försöksledaren att placera musen på plattformen och låta det stanna där för 10 s.
        Obs: Punkt ii innebär att musen ligger framgångsrikt plattformen.
      4. Stoppa videon och sätta musen tillbaka i buren under infrarött ljus.
        Obs: Att upprätthålla mössens kroppstemperatur är kritiska för deras prestanda eftersom hypotermi betonar möss och kan påverka följande tester.
      5. Upprepa proceduren med en annan mus.
      6. Posten den fly latens, vilket är varaktigheten av den period som musen spenderar i labyrinten, från att komma in i labyrinten tills ögonblicket den framgångsrikt baserat på videon, och lokaliserar plattformen. Om musen inte hittar plattform eller vistelser där för mindre än 10 s i 60 s, flykt fördröjningen räknas som 60 s. tomt inlärningskurvan mot utbildningsdagar med genomsnittliga flykt fördröjningen per dag.
        Obs: Fly latensen inkluderar inte 10 s spendera på plattformen.
    3. Så här gör du fasen sonden.
      1. På den sjätte dagen av Morris vatten labyrint testet, sätt upp utrustningen enligt beskrivningen i steg 2.7.1., ta en bild av labyrinten för att spela in positionen för plattformen och ta sedan bort plattformen från tanken.
      2. Starta en videoinspelning och försiktigt in musen i labyrinten i kvadranten diagonalt motsatt mål kvadranten.
      3. Be experimenter bo utom synhåll för musen under 1 min video inspelningen. Efteråt har experimenter ta musen ur labyrinten och lägger tillbaka den i buren.
      4. Använda bilden på steg 2.7.3.1. som en hänvisning till någon plattform passage varaktighet. Tid varaktighet musen stannar i målet kvadranten (t-mål), enligt videon. Den totala tiden är ttotalt. Mät preferensen till målet kvadranten som tmål ttotalt.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

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 nanopartiklar visade olika beteendeförändringar efter olika exponering gånger18. Kort, resultaten i öppna-fältet testet (figur 2A) och det accelererande rotarod testet (figur 2B) visade att nanopartiklar kvartsexponering inte påverkar funktionen rörelseapparaten eller motor hos möss, som visar en full kapacitet av utföra andra tester. Social interaktion aktiviteten påverkades efter en 1 månad exponering för kiseldioxid nanopartiklar (figur 2 c). Med tanke på ångest eller depression skulle också minska sällskaplighet, Vi analyserade data öppna-fältet test, förhöjd plus labyrint test (figur 2DE), och tvingade simma test (figur 2F), som inte visar någon samsjuklighet av ångest eller depression vid tidpunkten för 1 månad. En 2 månaders exponering för kiseldioxid nanopartiklar resulterade i ångest enligt de resultat i högstämt plus labyrint test (figur 2E). En liknande trend visades i centrala området varaktighet i öppna-fältet testet (figur 2D). Kognitiv svikt upptäcktes också i Morris vatten labyrint test och romanen objekt erkännande test efter en 2 månaders exponering (figur 3). Det bör noteras att protokollet var något olika i de två studierna av Morris vatten labyrint testet. En extra lampa lades till i den andra studien, så alla mössen alltid bott under lampan att hålla varma. Därför visades ingen nonperformer i den andra studien, medan två av åtta möss blev nonperformers i sonden testet i den första rättegången.

Vi justerade protokollet så att de flesta av testerna i batteriet kan testas upprepade gånger. Nyckeln är att upprätthålla motivationen av testerna. Tester som social interaktionstest, romanen objekt Igenkänningstestet och förhöjd plus labyrint test är motiverade av nyhet (dvs. en roman juvenil hjälpare, nya objekt och en ny miljö, respektive). Genom att upprätthålla nyhet i protokollet, de unga vuxna C57BL/6N möss visade en konsekvent prestanda när testade igen efter 1 månad. Enligt våra uppgifter när introducerade till två olika hjälpare i de två studierna, möss visade konsekvent föredrar större än tio gånger till hjälparen än till den tomma kammaren i den sociala interaktionen test (figur 4A). I romanen objekt Igenkänningstestet föredrog de normala möss konsekvent roman objektet till det gamla objektet (figur 4B). Men i högstämt plus labyrint test, när testas igen i samma miljö efter 1 månad, utforskandet sjunkit med hälften (figur 4 c)10. Teoretiskt, unga vuxna C57BL/6 möss kan testas upprepade gånger i dessa tester så länge den experimentella villkor, inklusive nyhet och status för mössen, förblir densamma. Vi har upprepat dessa tester varje månad för upp till tre gånger i vårt labb. Anmärkningsvärd, Morris vatten labyrint testet kan inte testas upprepade gånger i samma grupp av unga vuxna C57BL/6N möss eftersom upplevelsen avsevärt stör prestanda när flera gånger testats. Enligt våra uppgifter fortfarande ihågkommen mössen plattformen även efter 1 månad, visar korrekt och långsiktiga rumsliga minne. När du ändrar placeringen av plattformen, erfarna mössen lärt oss snabbare än naiva möss, som de hade lärt sig reglerna och forskande strategi från tidigare utbildning (figur 4 d).

Figure 1
Figur 1: scheman. (A) arrangemang av den beteendemässiga testa batteriet och Schematisk tomterna av (B), social interaktion testet, (C) högstämt plus labyrint test, och (D) roman objekt Igenkänningstestet. Förkortningar: R = accelererande rotarod test; AV = öppna-fältet test; EPM = förhöjd plus labyrint test; NOR = roman objekt erkännande test; SI = social interaktionstest; MWM = Morris vatten labyrint test; FST = tvingad simning test. Utgångspunkten för musen i testet visar musen i systemet. Klicka här för att se en större version av denna siffra.

Figure 2
Figur 2: förändringar i motor och humör i möss som utsätts för kiseldioxid nanopartiklar för 1 månad eller 2 månader, upptäcks av beteendemässiga test batteriet. Möss var testas i (A och D) öppet fälttest, (B), rotarod misslyckas, (C), social interaktion testet, (E) högstämt plus labyrint test, och (F) den tvingad simning test består i batteriet. N = 8, 12 eller 20, vilket innebär att varje grupp hade 8, 12 eller 20 möss, respektive, som visas i varje bild. N = 17-20 innebär varje grupp hade 20 möss, förutom en kontrollgrupp på 1 månad, som bestod av 17 möss. I paneler A, Doch E, data var först normaliserade till kontroll vid varje tidpunkt och, sedan analyserades med tvåsidiga Students t-test. Data i panelen B analyserades av upprepade mätningar tvåvägs ANOVA. Data i panelerna C och F analyserades med tvåsidiga Students t-test. Alla data visas som betyda ±S.E.M. * och *** menar p < 0,05 och 0,0001, respektive. Dessa uppgifter har publicerats tidigare av er et al.18. Klicka här för att se en större version av denna siffra.

Figure 3
Figur 3: ändringar i kognition efter att ha utsatts för kiseldioxid nanopartiklar för 1 månad eller 2 månader. Förändringar i mösss kognition efter att utsättas för kiseldioxid nanopartiklar för (A) 1 månad eller (E) 2 månader, upptäcks av romanen objekt erkännande test. Förändringar i mösss kognition efter att ha utsatts för kiseldioxid nanopartiklar för (B - D) 1 månad eller (F - H) 2 månader, upptäcks av Morris vatten labyrint testet. Möss testades upprepade gånger i romanen objekt Igenkänningstestet. En annan sats av möss testades i Morris vatten labyrint test vid olika tidpunkter. N = 6, 8, 12 eller 20, vilket innebär att varje grupp hade 6, 8, 12 eller 20 möss, respektive, som visas i varje bild. I paneler A, C, D, E, Goch H, data analyserades med tvåsidiga Students t-test. Data i panelerna F och B analyserades av upprepade mätningar tvåvägs ANOVA. Alla data visas som betyder ±S.E.M. * betyder p < 0,05. Dessa uppgifter har publicerats tidigare av er et al.18. Klicka här för att se en större version av denna siffra.

Figure 4
Figur 4: representativa uppgifter i tester. Representativa uppgifter i tester, inklusive (A) social interaktion test, (B), romanen objekt erkännande test och (C) högstämt plus labyrint test, testas i naiva möss (prov 1) och upprepade gånger testats i samma parti av möss (rättegång 2) . (D) representativa uppgifter av Morris vatten labyrinten testa när upprepade gånger testats. Denna siffra har ändrats från er et al.18. Alla data visas som betyder ±S.E.M. och analyseras med oparade Student's t-test. P < 0,001, jämfört med prov 1. Klicka här för att se en större version av denna siffra.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

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 övergripande och exakt bedömning av beteenden.

Det första steget är att välja rätt tester. Vi ingår väl accepterade och klassiskt tester, nämligen öppna-fältprovet och rotarod testet för motorisk funktion, högstämt plus labyrint test för ångest, den påtvingade simma testet för depression, social interaktion testet för trevnad och Morris vatten labyrinten test och romanen objekt erkännande test för kognition. Det finns tre klassiskt test för ångest, nämligen öppna-fältet testet, högstämt plus test och mörk/ljus box testet. Dessa tester som alla utnyttjar konflikten mellan den medfödda Nyfikenheten om romanen miljön och motviljan mot öppna, förhöjda eller klart upplysta fältet. Möss är därför inte beroende av skadliga stimuli, såsom elektriska stötar, predator lukt och så vidare. Riklig studier har dock visat att dessa tester har dålig intertest tillförlitlighet, även inom en enda laboratorium21. Vi använde öppna-fältprovet och förhöjda plus labyrint test att analysera ångesten hos möss i kortast möjliga tid. Öppna-fältet testet undersöker ångest-liknande beteende utöver motorisk funktion och är också tillvänjning för den nya objekt erkännande och social interaktion-proven. Vi valde den förhöjda plus labyrint test eftersom det är en väletablerad paradigm. Det har utmärkta ansikte giltighet (fenomenologiska likhet mellan beteendet hos möss och symptomen hos patienter), konstruera giltighet (graden som testet återspeglar de teoretiska antagandena), och prediktiva giltighet (noggrannhet test resultat när översätta dem till människor)10. Om ångest var en prioritering, överväga forskare inklusive rutan mörk/ljus testa och uttömmande analysera beteendet i dessa tester med fler parametrar, såsom uppfödning frekvens, stretch-delta i beteende, och defekation21. För det andra, resultaten av dessa tester kan vara lätt tolkas eftersom motivationarna av testerna är klara, som är antingen den medfödda nyfikenheten till nyhet eller vatten, för att utföra en enkel uppgift i en kontrollerbar skick. Till skillnad från svält och pretraining, som kan orsaka olika nivåer av motivation hos möss, är dessa typer av motivation stark nog för de flesta av C57 musen att utföra uppgiften. För det tredje, dessa tester har en god kompatibilitet med varandra, eftersom motivationen inte är alltför påfrestande att orsaka långsiktiga eller ens permanent stress, såsom elektriska stötar eller mat/vatten frihetsberövande kan orsaka. Förtvivlan tester, inklusive det tvingad simma testet och svans suspensionstest, utnyttja principen att musen ger upp kämpar när instängd i en desperat miljö. Genom att mäta ”förtvivlan tiden”, berätta tester hur deprimerad musen är. C57BL/6N möss visar vanligtvis 180 s av orörlighet av 300 s i dessa tester11,22. Vi valde tvingad simma testa över svansen suspension testet eftersom det är jämförelsevis mindre stressande när musen har erfarenhet i vatten labyrint utbildning. På detta sätt, de är anpassade till vatten och vet hur att förhindra hypotermi efter att bli blöt. Däremot observerat vi cirka 2 g av viktminskning över natten efter svans suspensionstest, som visar stor stress. Trots upprepad testning av påtvingad simma testet bör göras försiktigt och möss behöver återhämta sig för en längre tid än 24 h innan några ytterligare experiment/uppoffringar. Alternativt kan forskare överväga inklusive en sackaros preferens test, ett paradigm som i stor utsträckning används i stressinducerade depression-liknande likgiltighet, i batteriet. Protokollet av detta test kräver dock dagar av tillvänjning till enskilda bostäder23, vilket kan vara en stimulans som påverkar resultatet av andra tester. Slutligen testerna här har rimlig genomströmning. Alla tester kan avsluta inom 10 min/mus. När öka mängden av utrustning, såsom arenan öppna-fältet, kanalerna i testet rotarod, tankarna i testet tvingad simning och köer i svansen suspensionstest, ökas också genomströmning. Även om testet Morris vatten labyrint gör det svårt att testa flera möss på samma gång, tar varje prövning endast ~ 60-75 s.

Den mest kritiska oro samtidigt som beteendemässiga test batteriet är inblandning bland testerna och stressen från frekvent hantering. De negativa effekterna av dessa frågor kan minimeras genom att ytterligare optimera ordningen och intervallet för testning. Även om det är sunt förnuft att ordningen på de beteendemässiga testerna bör vara från minst till den mest stressande till musen, några tester i detta batteri kan användas som acklimatisering för följande tester och förbättra stabiliteten i prestanda. Till exempel utför högstämt plus labyrint test efter öppen-fältprovet ökar utforskandet av de öppna arm10. Dessutom när mössen testas i storleksordningen öppen-fältprov, romanen objekt Igenkänningstestet och social interaktionstest, habituerar de gradvis till miljön och uppgiften, inklusive beteendemässiga rummet, det öppna fältet och objekt. Mössen är därför osannolikt att manifestera neofobi7,24,25, som betyder visar en ovanligt låg interaktion med romanen objekt/individen, och är alla tillräckligt fokuserade på uppgiften. Detta arrangemang minskar fluktuationer i data tester som är motiverade av medfödda nyfikenhet. Morris vatten labyrint testet och påtvingad simma testet har en starkare drivkraft. Därför är möss osannolikt att påverkas av erfarenheterna från testerna. Frekventa transport och hantering under hela förfarandet är en annan stress källa, vilket kräver god djurhantering och tillräcklig tillvänjning. Det rekommenderas att testa intervallet i batteriet ska vara minst 24 h, så mössen kan återhämta sig från stress i dessa stressfaktorer26,27,28. Det finns dock andra studier som testat möss i flera tester per dag29.

En annan oro över de upprepade tester av beteenden är påverkan av tidigare erfarenheter. Öppna-fältprovet och accelererande rotarod testet kan användas upprepade gånger i motorik analys. Nyhet-motiverade tester, inklusive högstämt plus labyrint test, romanen objekt Igenkänningstestet och social interaktion testet, kan användas upprepade gånger när motivationen är romanen i varje prövning, vilket innebär en ny experimentell miljö, par av objekt , eller hjälpare, respektive. I den representativa uppgifter visas C57BL/6N möss kan inte tränas upprepade gånger i klassiskt protokollet av Morris vatten labyrint testet som de mindes den forskande strategin från erfarenhet.

Detta batteri bedömer flera domäner av beteende. På detta sätt kan resultaten i vissa tester vara en referens för data tolkning av andra. I representativa data i figur 1, när de möss som utsätts för kiseldioxid nanopartiklar för 1 månad visade en minskning i social interaktion aktivitet, kan det vara fenotypen av depression eller ångest eller följden av en motorisk funktion underskott. Resultaten av de motoriska funktionen och ångest testerna visade dock att minskningen i social interaktion var primära, inte efterföljande. Detta batteri innehåller även olika tester för samma domän beteenden, med olika känslighet och användning. Konsekvent trend-resultat i dessa test öka tillförlitligheten i batteriet. Men tar detta arrangemang extra tid för hela förfarandet. Kortsiktiga experimentet som tar mindre än 1 månad bör använda en förenklad version av detta batteri.

Detta beteende test batteri är utformad för att skärmen beteendemässiga fenotypen visas i olika stadier efter exponering för genetiska och miljömässiga riskfaktorn för neurodegeneration. Därför listar detta protokoll bara viktiga avläsning av varje test. Det är anmärkningsvärt att varje beteendemässiga test kan ge massor av information; användaren kan därmed utöka protokollet för vidare utredning. Spontan aktivitet som grooming, uppfödning, avföring och thigmotaxis i fältet Öppna avslöjar till exempel emotionalitet8. Dessa beteende drag i högstämt plus labyrint test kan också vara indikatorer på ångest10,21. Rotarod test studier motorn lärande mössen utbildas efter modellering/sjukdom debut/exponering för riskfaktorer i miljön30. Social interaktion testet kan också studera sociala minne genom att införa en andra roman hjälpare efter sällskaplighet test9. Expansion av batteriet kan därför anpassas för att passa olika prioriteringar av studien. Detta batteri har däremot endast testats i unga vuxna C57BL/6N möss på grund av tidsbegränsningar. Baslinjeprestanda av andra stammar eller åldern C57BL/6 möss kan vara olika. Transgena neurodegenerativa möss-modeller kan dessutom uppvisar beteendemässiga underskott som hypo- eller hyperaktivitet. Därför, de kanske inte lämplig för tester med en låg motivation, t ex romanen objekt erkännande test. Ytterligare bör optimering därför krävs för beteendemässiga bedömning av dessa möss.

Sammanfattningsvis kan detta batteri en övertygande och omfattande beteendeanalys av neurodegeneration i C57 mus stam. Det är mest lämplig för neurodegeneration-relaterade longitudinella studier av toxicitet av potentiella riskfaktorer/nervgift eller utveckling av läkemedel, som ofta har långtidsbehandling och upprepad testning.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Författarna har något att avslöja.

Acknowledgments

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

Name Company Catalog Number Comments
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 cm x 5 cm x 0.5 cm) ,closed arms (30 cm x 5 cm x 16 cm), center platform (5 cm x 5 cm 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. The Open Field Test. Mood and Anxiety Related Phenotypes in Mice. Gould, T. D. , Humana Press. Totowa, NJ. 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

Beteende fråga 145 Neurodegeneration motorisk social interaktion ångest depression kognition
En beteendevetenskaplig Test batteri för upprepad bedömning av motorik, humör och kognition hos möss
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

You, R., Liu, Y., Chang, R. C. C. A… More

You, R., Liu, Y., Chang, R. C. 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).

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