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 opptreden testbatteri for gjentatte vurdering av motoriske ferdigheter, humør og kognisjon i mus

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

En omfattende atferdsmessige testbatteri av motoriske ferdigheter, humør, inkludert sosialt samspill, depresjon og angst- og kognisjon er designet for gjentatte vurdering av neurodegeneration-relaterte atferdsendringer i mus.

Abstract

Farmakologiske og toksikologiske studier i neurodegeneration krever omfattende atferdsanalyse i mus fordi motor dysfunksjoner og dysfunksjoner i humør og kognisjon er vanlig og ofte delt symptomer i nevrodegenerative sykdommer. Vist her er en opptreden testbatteri for motor, humør og erkjennelse, som gjentatte ganger kan testes i en langtidsstudie. Dette batteriet vurderer total opptreden fenotypen i mus ved å undersøke hvert domene atferd med minst to uavhengige godt akseptert tester (dvs. Åpne-feltet testen og rotarod test for funksjon, sosial interaksjon test, opphøyet pluss labyrint test, og tvunget svømme test for emosjonelle funksjon, og Morris vann labyrint test og romanen objektet anerkjennelse test for kognitiv funksjon). Derfor er denne sensitive og omfattende testbatteri et kraftig verktøy for studiet av atferdsmessige veksling i neurodegeneration.

Introduction

Nevrodegenerative sykdommer kjennetegnet ødeleggende atferdsmessige symptomer, inkludert kognitiv svekkelse, humør dysfunksjoner som angst og depresjon eller motor dysfunksjon1. Patogenesen av ulike typer nevrodegenerative sykdommer er uklart2. Akkumulative studier indikerer at genetiske og miljømessige faktorer kan både bidra til patogenesen av nevrodegenerative sykdommer. Identifisere risikofaktor for neurodegeneration krever atferdsanalyse. Selv om hver nevrodegenerative sykdommer har sin signatur atferdsmessige symptom (f.eks Alzheimers sykdom [AD] er kjennetegnet med kognitiv svekkelse og Parkinsons sykdom [PD] med motor dysfunksjon). Med utviklingen av sykdommen manifestere pasienter lidelser av ulike atferdsmessige abnormiteter3. For eksempel viser Annonsen pasienter symptomer av humør dysfunksjon i avansert stadium4,5. PD pasienter kan fremgang i PD-relaterte demens og utvikle kognitiv svekkelse6. Basert på disse funksjonene, er atferdsanalyse neurodegeneration modeller vanligvis omfattende og gjentatt.

For å oppnå dette målet, ble et batteri som inneholder klassiske og brukte atferdsmessige tester med utmerket holdbarhet utviklet for atferdsdata analyser i motoren, humør og erkjennelse. Funksjonen motor kan testes ved den åpne-felt testen7,8 og akselererende rotarod test. Humør dysfunction, inkludert sosiale dysfunksjon, depresjon og angst, er mest sett i nevrodegenerative sykdommer5. Derfor inneholder dette batteriet en sosial interaksjon test for omgjengelighet9, forhøyet pluss labyrint test for angst10og tvunget svømme testen for depresjon11. Kognitiv svekkelse er en av de mest karakteristiske symptomene i nevrodegenerative sykdommer som Annonsen og frontotemporal lobar demens12. Kognitiv domener, inkludert kortsiktige minne og episodisk hukommelse, er utsatt for neurodegeneration13,14,15. Derfor er Morris vann labyrint testen for romlig læring og hukommelse16 og romanen objektet anerkjennelse test for kortsiktige minne17 inkludert i batteriet. Disse testene er kompatible med hverandre. Rekkefølgen av testene ble utformet å maksimere habituering og å minimalisere interferens, å ytterligere øke kompatibiliteten i batteriet. Siden hver funksjon er testet av minst to uavhengige tester som er forskjellige i prinsippet og metode, kan resultatene av hver test valideres ytterligere. Videre er protokoller av noen tester markert for gjentatte tester, tilrettelegge langtidsstudie utviklingen av nevrodegenerative sykdommer. Derfor studerer denne virkemåten testbatteri ulike underdomener av atferdsendringer sett i ulike stadier av neurodegeneration mens koste minimalt antall dyr. Dette batteriet er brukt i en langtidsstudie som evalueres atferdsendringer i unge voksne (3 måneder gammel) mannlige C57BL/6N mus etter åndedretts eksponering for silica nanopartikler, en sannhet med modifikasjoner som er en mulig risikofaktor for neurodegeneration18. Men oppføre andre stammer eller modeller, som alderen mus og genetisk manipulerte mus, seg annerledes enn unge C57BL/6N mus. Derfor kan forsiktig være nødvendig når du bruker batteriet i disse musene.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

Alle metodene som er beskrevet her er godkjent av komiteen på bruk av bo dyrene i undervisning og forskning (CULATR), Universitetet i Hongkong.

1. generell protokollen

Merk: Denne delen er basert på Deacon19.

  1. Atferdsmessige rommets
    1. Kvitte seg med urelaterte stimulering/distraksjon, inkludert direkte lys på eksperimentell apparatet, odor, støy og andre irrelevante dyr, i atferdsdata rommet (som bør være ca 10 m2 med justerbar belysning og helst har en forværelse).
      Merk: Siden musen er en nattlige dyr, belysning under 15 lux i åpne-feltet testen, kan romanen objektet anerkjennelse test, og sosial interaksjon test minimere interferens/stress fra lyset og hjelpe musen for å fokusere på test.
    2. Sette kameraet på videoopptak minst 1,5 m over gulvet, slik at den ikke synet av testing musen.
  2. Bolig og habituering
    1. Gruppe-huset mus i en dyr enhet under observasjon (f.eks gruppe-bolig mer enn fire voksne mus).
      Merk: Her 3-måneden-gamle mannlige C57BL/6N mus ble brukt i et 1144B bur. Utelukke syke, skadde eller alvorlig stresset mus. Opplevelser av sult, tørst eller mobbet kan påvirke ytelsen til musen.
    2. Arrangere det samme dyr hånd til å utføre alle de atferdsmessige testene, reduserer variasjon. Utføre transport, håndtering og eksperimentet lys syklus fra 7:00 til 7:00. Hvis mulig, ordne alle andre håndtering, for eksempel administrasjon av stoffet/gift (f.eks intranasal instillasjon av silika nanopartikler) eller bur-rengjøring, etter testen.
    3. Relabel merdene med tilfeldige tall til blinde eksperimentator før hvert eksperiment. Venne mus til eksperimentelle miljøet i atferdsdata rommet for 15 til 30 minutter i burene sine hjem. Hold hjem merdene i atferdsdata rommet under hele eksperimentet.
    4. Før du starter eksperimentet, sette nonexperimental C57BL/6N musen i apparatet slik at eksperimentelle betingelsen for første musen er det samme som resten. Deretter rengjøre apparatet som følger: fjerne urin og avføring med en ren tørkepapir rent eksperimentelle enheten med vann fra springen og deretter dekker lukt igjen av musen ved å tørke apparatet med et papirhåndkle lett sprayet med 70% etanol.
    5. For å minimere distraksjon skyldes eksperimentator, spør eksperimentator la atferdsmessige rommet under filmopptak eller bo bak forhenget under Morris vann labyrint testen.
  3. Atferdsmessige test ordning
    1. Ordne atferdsmessige testen i rekkefølgen som vist i figur 1A. Planlegg å utføre testene spredt av 24 timer, med unntak av opphøyet pluss labyrint test.
      Merk: Siden hele prosedyren krever opptil 2 uker, forenkle batteriet ved å velge blant lignende tester før programmet i en akutt eller kortsiktige studie.
      Forsiktig: 2 dagers åpen-feltet testen sikrer riktig habituering for romanen objektet anerkjennelse test. Test tvunget svømme testen vare det kan forårsake stress i C57BL/6N mus.

2. BehavioralTest-protokollen

  1. Åpne-feltet testen8,18,19,20
    1. Utfører den åpne-feltet i en 60 cm (lengde [L]) x 60 cm (bredde [W]) x 40 cm (høyde [H]) ugjennomsiktige hvit plast arena.
      Merk: Bruke flere arenaer kan øke gjennomstrømningen av testen.
    2. Starte kameraet innspillingen, og forsiktig plassere musen ved midten av en vegg av arena, overfor den samme veggen. Registrere virkemåten til musen i 10 min før tilbake til hjem buret. Rengjør apparatet som beskrevet i trinn 1.2.4.
      Merk: Startpunktet i åpne-feltet testen kan også være midt i arenaen. Være konsekvent blant musene.
    3. Gjenta til alle mus fullføre protokollen. Motvekt testing rekkefølgen mellom grupper.
    4. Utføre dataanalyse som følger.
      1. Del arenaen i fire firkanter av fire firkanter (imaginær grid) på skjermen. Telle antall linjer krysses av musen i arenaen19for å vurdere locomotor funksjon.
        Merk: Definisjonen av "krysse en linje" er når begge bakbeina krysser den. Denne definisjonen gjelder også forhøyet pluss labyrint test.
      2. Måle tiden i det sentrale området som en indikator på angst. Det sentrale området er fire rutene i midten av arenaen.
        Merk: Ekstra parametere, for eksempel oppdrett (både foran paws av bakken, med foran paws mot en vegg eller stående), ventetid til første bak, og stell og frysing angir emosjonalitet museklikk.
      3. Alternativt bruke en sporingsprogramvare, som beskrevet i detalj av Seibenhener og Wooten8, å måle avstanden reist, hastigheten og tidsbruk i center-området.
  2. Akselererende rotarod test18
    1. Utføre den 3 dagen opplæring av den akselererende rotarod test før behandling av narkotika eller gift/modell/utbruddet av sykdommen og teste funksjonen motor for 1 dag, som planlagt i figur 1A.
      Merk: Musen får tre forsøk per dag under trening og testing. Hver prøveversjon starter med rotasjonen av stangen og slutter med slipp museklikk.
    2. Plass rotarod apparatet på benken i atferdsdata rommet. Unngå direkte belysning utstyret. Programmet utstyret som fra 4 rpm og akselererer 40 rpm innen 5 min.
    3. Hver prøveversjon, sette musen på statisk stangen, mot veggen av maskinen. Starte enheten når musen er utlignet. Stoppe når musen drops og registrere tiden musen brukt på stangen. Umiddelbart Gjenta for en annen to forsøk før retur musen tilbake til hjem buret.
    4. Gjenta på de andre mus.
    5. Måle gjennomsnittlig tid brukt på stangen av tre studier under testing for å beregne motorikk.
      Merk: Gjennomsnittlig tid på stangen på den tredje dagen av trening er grunnlinjen til funksjon.
  3. Sosial interaksjon teste18
    1. For sosial interaksjon testen, kan du bruke en åpne-feltet arena med to identiske gjennomsiktig kamre (8 cm [L] x 6 cm [W] x 12 cm [H]) med hull på overflaten, og en ny mus (hjelper) som er en homofile juvenile conspecific som har hadde ingen tidligere kontakt med den emnet musen. Figur 1B viser ordningen av prosedyren. Rengjør arena og chambers som beskrevet i trinn 1.2.4.
      Merk: Romanen musen kan ikke være en littermate eller buret kompis temaet musens. Det er gruppe plassert og sunn. Venne romanen musen til atferdsdata rommet for 15 til 30 minutter som beskrevet i trinn 1.2.3.
    2. Separat sett kinesere i to motsatte vegger arenaen. Introdusere emnet musen inn i arena som beskrevet i trinn 2.1.2 og vises i figur 1B, en 3 min utforskning. Tilbake emnet musen til hjem buret, og fjerne urin eller avføring i arena.
    3. Sette hjelperen i et av kamrene. Gjeninnføre musen emne Arena og spille for 3 min. etterpå tilbake både mus til hver av burene sine egne hjem. Gjenta fremgangsmåten med andre emnet mus som beskrevet ovenfor.
      Merk: Motvekt siden av hjelperen eller tilfeldig tilordne den innen gruppen.
    4. Fra videoen, beregne parameteren som beskriver sosial interaksjon aktiviteten av mus som thelper/ttom, som betyr at forholdet mellom tid samarbeidsstil hjelper kammeret (thelper) og tomt en (ttom), eller bruke anerkjennelse indeksere thelper/ (thelper + ttom).
      Merk: En interaksjon mellom emnet musen og kammeret er definert som når musen er nesen er innen 2 cm kammeret og peker mot den.
  4. Forhøyet pluss labyrint test 10
    1. Gjennomføre forhøyet pluss labyrint test på samme dag når alle mus er testet i åpne-feltet test. Rengjør apparatet som beskrevet i trinn 1.2.4.
      Merk: Konfigurasjonen av forhøyet plus labyrinten er en "+"-form. Den har to åpne armer (30 cm x 5 cm x 0,5 cm) overfor hverandre og vinkelrett to lukkede armer (30 x 5 x 16 cm) en plattform for sentrum (5 cm x 5 cm x 0,5 cm). Labyrinten er opphøyet 40 cm fra bakken.
    2. Plass musen ved krysset mellom åpne og lukkede armene, mot åpne armen som er motsatt eksperimentator (figur 1 c). Registrere virkemåten for 5 min før retur musen til hjem buret. Gjenta til alle mus er testet.
      Merk: Angi labyrinten med dens ansikt med åpne armen kan øke musen er utforskning av åpne armen.
    3. Måle tiden musen i de åpne armene (tÅpne) og lukket armene (tlukke) basert på video: tÅpne/tlukke indikerer nivået av angst.
  5. Tvunget svømme teste11
    1. Apparatet av tvunget svømme testen er en sylindrisk tank som er 30 cm høy og 20 cm i diameter. Fyll på opptil 15 cm høy med vann ved romtemperatur (23-25 ° C).
      Merk: Bruk ferskvann for hver musen.
    2. Starter videoinnspillingen og forsiktig plassere musen i vannet, i midten av apparatet. Oppføring video for 6 min før musen tilbake i buret sitt hjem under infrarødt lys.
      Merk: Ikke forstyrr musen drukning det eller kronglete halen.
    3. Måle immobilitet tid i de siste 5 min på den innspilte videoen. Mobilitet betyr alle bevegelser utenom det som er nødvendig for å balansere kroppen og å holde hodet over vannet.
  6. Romanen objektet anerkjennelse test17,18
    1. Angi romanen objektet anerkjennelse test å inkludere 2 dager med habituering, 1 dag i familiarisering og 1 dag testing (figur 1 d); hver økt er 10 min per musen intersession intervallet er 24 timer.
      Merk: Habituering ved hjelp av åpne-feltet testen utføres som beskrevet i Seksjon 2.1. Musen fungerer sammen med to identiske gjenstander (gamle objekter) i familiarisering. I testen, musen fungerer sammen med en av de gamle objektene og et nytt objekt, både plassert på samme sted som objektene i familiarisering. Apparatet av romanen objekt gjenkjenning testen inneholder en åpne-feltet arena og to sett med objekter. Hvert sett inneholder to identiske gjenstander (A og A og objekter B og B). A og B er lik i størrelse, men ulike i tekstur (glass/plast/papir), form (runde/kubikkmeter) og farger (lys/mørke). Objektene skal odor-ledig og stor nok for musen å utforske i 10 min. Den riktige størrelsen for voksne C57BL/6N mus er 8 cm høy og 5 cm bred/i diameter.
    2. Merk plasseringen av de to objektene i familiarisering og test, som er 5 cm fra siden og 7 cm fra toppen av arenaen.
      Merk: Merke posisjonen på kvelden før familiarisering å unngå lukten av markøren.
    3. I familiarisering samhandler musen med ett sett med identiske gjenstander. Rengjør arena og objekter som beskrevet i trinn 1.2.4 før du plasserer musen i arena, mot midten av veggen som vist i figur 1 d. Posten for 10 min før retur musen til hjem buret. Gjenta til alle mus er ferdig og returnere alle merdene med dyr enhet.
      Merk: Motvekt objektene som brukes i familiarisering for konsernet for å redusere bias (f.eks mus nr. 1 og 2 utforske objekter A og A, og mus nr. 3 og 4 utforske objekter B og B, dette romanen objektet er B-objekt for mus nr. 1 og 2 og objekt A for mus. 3 og 4).
    4. Utfør testen 24 timer etter familiarisering. Bruk samme fremgangsmåte som for familiarization, bortsett fra erstatte ett av objektene med en fra et annet sett (figur 1 d). Gjenta til alle mus har utført testen, og etterpå returnere alle merdene med dyr enhet.
      Merk: Motvekt siden av det nye objektet i gruppen å redusere bias (f.eksintrodusere mus nr. 1 og 3 objekter A og B, og mus nr. 2 og 4 objekter B- og A). På denne måten viser romanen objektet på høyre side for mus nr. 1 og 4, og til venstre mus nr. 2 og 3. Her er venstre side på venstre side av eksperimentator når mot arenaen.
    5. Måle tiden som hver musen fungerer med det nye objektet (tnye) og det gamle objektet (tgamle) separat, fra videoopptak i testfasen. En samhandling mellom dyr og objektet er beskrevet i notatet etter trinn 2.3.4. Beregn minnet om musen som foretrekker å romanen objektet = tnye/tgamle; eller tnye/ (tnye + tgamle).
      Merk: tnye/tgamle tilsvarer 1 eller tnye/ (tnye + tgamle) tilsvarer 0,5 betyr musen har ingen preferanse for romanen objektet (dvs., minne verdifall). Tid samarbeidsstil objekter i familiarisering kan tjene som en kontroll av eksperimentet. Totaltiden angir leteaktiviteten museklikk, og tvenstrethøyre foreslår romlige bias.
  7. Morris vann labyrint teste16
    1. Angi enheten som følger.
      1. Sett vann labyrinten, en sirkulær pool (av 120 cm diameter og 60 cm dyp), i midten av en opptreden rom, og plassering av labyrinten å sikre stillingen forblir den samme under hele eksperimentet.
      2. Del labyrinten i fire like imaginære kvadranter. Henge visuelle indikatorer (f.eks, sirkel, firkant, trekant og pentagon) i midten av hver kvadrant, 130 cm over gulvet og 53 cm fra veggen av labyrinten.
        Merk: Labyrinten og stikkordet må bo i samme stilling under hele testen slik at musen kan danne nøyaktig romlig minne.
      3. Plasser en plattform 25 cm fra veggen, midt i den fjerde kvadranten, og markere posisjonen. Plattformen for musen er 10 cm i diameter.
        Merk: Posisjon og diameteren på plattformen bestemmer vanskelighetsgraden. Den nærmere det er til veggen av labyrinten, eller større plattformen, jo lettere oppgaven.
      4. Fylle vann labyrinten med vann (med en temperatur på 23 til 25 ° C, farget til hvitt og laget ugjennomsiktig av melkepulver/mat whitening pulver) til Vannstanden er 1 cm høyere enn plattformen. Bringe musene i atferdsdata rommet for 15 til 30 min av habituering idet vist i takt 1.2.3 og slå infrarødt lys over merder, som brukes til å tørke musene.
        Merk: Dekk toppen av plattformen med hvit klut og netto slik at musen kan lett klatre på den. Kontroller at det er ingen direkte belysning over vannet.
    2. Gjennomføre opplæringsfasen som følger.
      1. Opplæringsfasen tar 5 dager, fire forsøk per dag. Semi-tilfeldig ordne startpunkt på hver dag som vist i litteratur16. Dette hindrer at musen å etablere assosiativ minne, som er den vanligste måten å "jukse" i testen.
      2. På begynnelsen av hvert forsøk, starte videoinnspillingen og forsiktig plassere musen inn i labyrinten.
        Merk: Ikke slipp musen i tanken eller vri halen, som kan forårsake ekstra stress og forvirring.
      3. Spør eksperimentator å bo ute av syne for musen og tilbake for å ta musen tilbake til buret sitt hjem når følgende skjer: (i) musen finner plattformen i 60 s; (ii) mouse finner plattformen i 60 s og opphold på den for 10 s. Omstendigheter (i), spør eksperimentator plasserer musen på plattformen og la den etter 10 s.
        Merk: Punktet (ii) betyr musen vellykket plassert plattform.
      4. Stopp videoen og sette musen tilbake i hjem byrået under infrarødt lys.
        Merk: Opprettholde Musenes kroppstemperatur er avgjørende for ytelsen fordi nedkjøling understreker mus og kan påvirke følgende tester.
      5. Gjenta denne fremgangsmåten med en annen mus.
      6. Basert på video, finner post escape ventetid, som er varigheten av perioden musen tilbringer i labyrinten, inn i labyrinten till øyeblikket det vellykket plattformen. Hvis musen ikke finner plattformen eller opphold det for mindre enn 10 s i 60 s, rømme ventetid teller som 60 s. Plot læringskurven mot dagene med gjennomsnittlig escape ventetid per dag.
        Merk: Escape ventetid inkluderer ikke 10 s bruke på plattformen.
    3. Utføre sonde fasen som følger.
      1. På den sjette dag i Morris vann labyrint testen, satt opp apparatet som beskrevet i trinn 2.7.1., ta et bilde av labyrinten å fortegnelse posisjonen av plattformen, og deretter fjerner plattformen fra tanken.
      2. Start videoen innspillingen, og forsiktig plassere musen inn i labyrinten i kvadranten diagonalt overfor kvadranten mål.
      3. Spør eksperimentator å bo ute av syne for musen under 1 min video innspillingen. Etterpå har eksperimentator musen av labyrinten og legge den tilbake i hjem buret.
      4. Bruke bildet tatt på trinn 2.7.3.1. som en referanse til måler varigheten av noen plattform-krysset. Tid varigheten musen forblir i kvadranten mål (tmål), ifølge videoen. Den totale tiden er ttotalt. Måle foretrekker å kvadranten mål som tmålet /ttotalt.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Denne opptreden testbatteri ble designet for omfattende og gyldig atferdsdata analyse av motor, humør og kognisjon, som er vanligvis berørt i neurodegeneration5. Vi har brukt dette batteriet for å studere atferdsendringer i ung voksen C57BL/6N mus etter åndedretts eksponering for silica nanopartikler for 1 måned og 2 måneder18. Resultatene viste at C57BL/6N mus utsatt for silica nanopartikler viste ulike atferdsendringer etter ulik eksponering ganger18. Kort, åpen-feltet testen (figur 2A) og akselererende rotarod testen (figur 2B) viste at silika nanopartikler eksponering ikke påvirke funksjonen locomotor eller motor i mus, som indikerer en full funksjon av oppnå de andre testene. Sosial interaksjonsaktivitet var påvirket etter en 1 måned eksponering for silica nanopartikler (figur 2C). Vurderer angst eller depresjon vil også redusere omgjengelighet, vi analyserte data i åpne-feltet testen, forhøyet pluss labyrint test (figur 2DE) og tvunget svømme testen (figur 2F), som inneholdt alle lidelser av angst eller depresjon på tidspunktet 1 måned. En 2 måneders eksponering for silica nanopartikler resulterte i angst etter resultater i forhøyet pluss labyrint test (figur 2E). En lignende trend ble vist i hele sentrale området i åpne-feltet test (figur 2D). Kognitiv svekkelse fant også i Morris vann labyrint test og romanen objektet anerkjennelse test etter en 2 måneders eksponering (Figur 3). Det bør bemerkes at protokollen var litt annerledes i to studier av Morris vann labyrint testen. En ekstra lampe ble lagt i andre rettssaken, så alle mus alltid holdt under å holde varmen. Derfor ble ingen nonperformer vist i andre rettssaken, mens to av åtte mus ble nonperformers i sonde test i første rettssaken.

Vi justert protokollen slik at de fleste av testene i batteriet kan testes gjentatte ganger. Nøkkelen er å opprettholde motivasjon av testene. Tester som sosial interaksjon test, romanen objektet anerkjennelse test og opphøyet pluss labyrint test er motivert av nyheten (dvs. en roman juvenile hjelper, romanen objekter og en roman miljø, henholdsvis). Ved å bruke nyheten i protokollen, ung voksen C57BL/6N mus viste en konsistent ytelse når testet igjen etter 1 måned. Ifølge våre data når introdusert til to ulike hjelpere i to forsøk, mus konsekvent viste en preferanse større enn ti-fold til hjelperen enn til tom kammeret i sosial interaksjon test (figur 4A). I romanen objektet anerkjennelse test foretrukket normal mus konsekvent romanen objektet til det gamle objektet (figur 4B). Men i forhøyet pluss labyrint test, da testet igjen i samme miljø etter 1 måned, leting falt med halvparten (figur 4C)10. Teoretisk sett, unge voksne C57BL/6 mus kan testes gjentatte ganger i disse testene som eksperimentelle tilstanden, inkludert nyheten og status for mus, forblir den samme. Vi har gjentatt disse testene hver måned for opp til tre ganger i vår lab. Merke, Morris vann labyrint testen kan ikke bli testet flere ganger i den samme gruppen av unge voksne C57BL/6N mus som forstyrrer opplevelsen betydelig ytelse testet flere ganger. Ifølge våre data husket musene fortsatt plattformen selv etter 1 måned, viser riktig og langsiktige romlig minne. Når du endrer plasseringen av plattformen, lærte erfarne musene raskere enn naiv mus, som de hadde lært regler og søker strategi fra tidligere opplæring (Figur 4 d).

Figure 1
Figur 1: skjematisk. (A) Arrangement av de atferdsmessige teste batteri og skjematisk plott av (B) sosial interaksjon testen, (C) forhøyet pluss labyrint test, og (D) romanen objektet anerkjennelse test. Forkortelser: R = akselererende rotarod test; AV = åpne-feltet test; EPM = opphøyet pluss labyrint test; ELLER = romanen objektet anerkjennelse test; SI = sosial interaksjon test; ÅRENE = Morris vann labyrint test; FST = tvungen svømmende test. Utgangspunktet for musen i testen vises av musen i ordningen. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Figure 2
Figur 2: endringer i motor og stemningen i mus utsatt for silica nanopartikler for 1 måned eller 2 måneder, oppdaget av det opptreden testbatteri. Mus ble testet i (A og D) åpen testen, (B) rotarod testen, (C) sosial interaksjon testen, (E) opphøyet pluss labyrint test, og (F) tvungen svømmende test består i batteriet. N = 8, 12 eller 20, noe som betyr at hver gruppe hadde 8, 12 eller 20 mus, henholdsvis, som vist i hver figur. N = 17-20 betyr hver gruppe hadde 20 mus, bortsett fra en kontrollgruppe på en måned, som besto av 17 mus. I paneler A, Dog E, data var først normalisert kontrollen på hvert punkt, og deretter ble analysert med tosidige Student t-test. Dataene i panelet B ble analysert av gjentatte measures toveis VARIANSANALYSE. Dataene i paneler C og F ble analysert med tosidige Student t-test. Alle dataene vises som betyr ±S.E.M. * og *** betyr p < 0,05 og 0,0001, henholdsvis. Disse dataene er publisert tidligere av du et al.18. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Figure 3
Figur 3: endringer i kognisjon etter å bli utsatt for silica nanopartikler for 1 måned eller 2 måneder. Endringer i det mus kognisjon etter å bli utsatt for silica nanopartikler for (A) 1 måned eller (E) 2 måneder, oppdaget av romanen objektet anerkjennelse test. Endringer i det mus kognisjon etter å bli utsatt for silica nanopartikler for (B - D) 1 måned eller (F - H) 2 måneder, oppdaget av Morris vann labyrint testen. Mus ble gjentatte ganger testet i romanen objektet anerkjennelse test. En annen bakst av mus ble testet i Morris vann labyrint test på ulike tidspunkt. N = 6, 8, 12 eller 20, noe som betyr at hver gruppe hadde 6, 8, 12 eller 20 mus, henholdsvis, som vist i hver figur. I paneler A, C, D, E, Gog H, data ble analysert med tosidige Student t-test. Dataene i paneler B og F ble analysert av gjentatte measures toveis VARIANSANALYSE. Alle dataene vises som betyr ±S.E.M. * betyr p < 0,05. Disse dataene er publisert tidligere av du et al.18. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Figure 4
Figur 4: representant data i tester. Representant data i tester, inkludert (A) på sosialt samspill test, (B) romanen objektet anerkjennelse test og (C) forhøyet pluss labyrint test, testet i naiv mus (prøve 1) og testet flere ganger i samme gruppe mus (prøve 2) . (D) representant data av Morris vann labyrinten test når testet flere ganger. Dette tallet er endret fra du et al.18. Alle dataene vises som betyr ±S.E.M. og analysert med kortet Student t-test. P < 0,001, sammenlignet med prøve 1. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Atferdsanalyse mus er avgjørende for neurodegeneration forskning. Mens kognitiv funksjon er ofte mest utsatt domenet atferd påvirkes i nevrodegenerative sykdommer, er humør dysfunksjon, som depresjon og angst, ofte komorbide. Videre påvirker funksjon ofte tolkning av resultatene i noen tester som roman objektet anerkjennelse test, forhøyet pluss labyrint test og sosial interaksjon testen. Basert på disse tankene, kreves en omfattende atferdsmessige testbatteri for en total og nøyaktig vurdering av atferd.

Det første trinnet er å velge riktig testene. Vi inkludert godt akseptert og klassisk tester, nemlig åpen-feltet testen og den rotarod testen for funksjon, forhøyet pluss labyrint test for angst, tvunget svømme testen for depresjon, sosial interaksjon testen for omgjengelighet og Morris vann labyrinten test og romanen objektet anerkjennelse test for kognisjon. Det er tre klassiske tester for angst, nemlig åpen-feltet testen, forhøyet pluss test og mørke/lys for testen. Disse testene alle utnytte konflikten mellom de medfødte nysgjerrighet om romanen miljøet og mot feltet Åpne, forhøyet eller lyst opplyst. Derfor er mus ikke betinget av skadelige stimuli, som elektrisk støt, predator lukt og så videre. Men har rikelig studier vist at disse testene har dårlig intertest pålitelighet, selv innenfor en enkelt laboratorium21. Vi brukte åpne-feltet testen og forhøyet pluss labyrint test for å analysere angst i mus på kortest mulig tid. Åpne-feltet testen undersøker angst-lignende oppførsel i tillegg locomotor funksjonen og er også habituering for romanen objektet anerkjennelse test og sosial interaksjon test. Vi valgte opphøyet pluss labyrint test fordi det er et veletablert paradigme. Det har utmerket ansikt gyldighet (fenomenologisk likheten mellom virkemåten mus og symptomer hos pasienter), konstruere gyldigheten (graden som testen gjenspeiler de underliggende teoretisk forutsetningene), og prediktiv validitet (at prøven resultater når oversette dem til mennesker)10. Hvis angst var prioritert, kan forskere vurdere inkludert boksen mørke/lys tester og omfattende analysere oppførselen i disse testene med flere parametere, for eksempel oppdrett frekvens, strekk-delta på atferd og avføring21. For det andre, resultatet av disse testene kan lett tolkes fordi motivasjonene av testene er klare, som er enten medfødte nysgjerrighet til nyheten eller vann, utføre en enkel oppgave i en kontrollert tilstand. I motsetning til sult og pretraining, som kan forårsake ulike nivåer av motivasjon i mus, er slike motivasjon sterk nok for de fleste på C57 å utføre oppgaven. For det tredje, disse testene har en god kompatibilitet med hverandre, fordi motivasjonen ikke er for stressende å forårsake langsiktige eller selv permanent stress, som kan føre til elektrisk støt eller mat/vann savn. Fortvilelse tester, inkludert tvunget svømme testen og hale suspensjon testen, utnytte prinsippet om at musen gir opp sliter når fanget i et desperat miljø. Ved å måle "fortvilelse tid", fortelle testene hvor deprimert musen er. C57BL/6N mus vanligvis vise 180 s ubevegelighet av 300 s i disse tester11,22. Vi valgte tvunget svømme test over halen suspensjon testen fordi det er relativt mindre stressende når musen har erfaring i vann labyrint trening. På denne måten de er tilpasset vann og vet hvordan å hindre nedkjøling etter å bli våt. Derimot observerte vi rundt 2 g av kropp vekttap over natten etter halen suspensjon testen, indikerer stor belastning. Likevel gjentatte testing av tvunget svømme testen bør gjøres forsiktig, og mus må gjenopprette for en lengre tid enn 24 timer før eventuelle videre eksperimenter/offer. Forskere kan eventuelt vurdere inkludert en sukrose preferanse test, et paradigme mye brukt i stress-indusert depresjon-lignende anhedonia, i batteriet. Protokoll for denne testen krever imidlertid dager med habituering til personlige boliger23, som kan være en stimulans som påvirker utfallet av andre tester. Til slutt, tester her har rimelig gjennomstrømming. Alle testene kan fullføre innenfor 10 min/mus. Ved å øke mengden av utstyr, slik som åpne-feltet arena, kanalene i rotarod test, tankene i tvunget svømmetest, og banene i halen suspensjon testen, kan også gjennomstrømningen økes. Selv om Morris vann labyrint testen gjør det vanskelig å teste flere mus samtidig, tar hvert forsøk bare ~ 60-75 s.

Den viktigste bekymringen mens søknad opptreden test batteriet er forstyrrelser blant testene og stress fra hyppige håndtering. Bivirkninger av disse problemene kan minimeres ved å ytterligere optimalisere orden og intervallet av testing. Mens det er sunn fornuft at rekkefølgen på atferdsdata testene bør fra minst til mest stressende til musen, noen tester i dette batteriet kan brukes som acclimation for følgende tester og forbedre stabiliteten av ytelsen. For eksempel utfører forhøyet pluss labyrint test etter åpne-feltet testen øker utforskning av de åpne arm10. Dessuten, når mus er testet i åpne-feltet testen, romanen objektet anerkjennelse test og sosial interaksjon test, de gradvis venne til miljøet og aktiviteten, inkludert atferdsmessige rommet, åpne-feltet og objektene. Derfor er mus usannsynlig å manifestere neophobia7,24,25, som betyr viser en uvanlig lav samhandling med romanen objekt/enkelte, og er alle tilstrekkelig fokusert på oppgaven. Denne ordningen reduserer svingninger i dataene i tester som er motivert av medfødte nysgjerrighet. Morris vann labyrint testen og tvunget svømme testen har en sterkere motivasjon. Derfor er mus usannsynlig å bli påvirket av opplevelsen av testene. Hyppige transport og håndtering under hele prosedyren er en annen stress kilde, noe som krever riktig dyr behandling og tilstrekkelig habituering. Det anbefales at testing intervallet i batteriet bør være minst 24 timer, slik at mus kan gjenopprette fra stress av disse stressorer26,27,28. Men er det andre studier som testet mus i flere tester per dag29.

En annen bekymring gjentatt testing av atferd er påvirkning av den tidligere erfaringen. Åpne-feltet testen og akselererende rotarod testen kan brukes gjentatte ganger i funksjon analyse. Nyhet-motivert tester, inkludert forhøyet pluss labyrint test, romanen objektet anerkjennelse test og sosial interaksjon testen, kan benyttes flere ganger når motivasjonen er romanen i hver prøve, som betyr en ny eksperimentell miljø, par av objekter , eller helper, henholdsvis. Som vist i representant data, kan C57BL/6N mus trenes gjentatte ganger i klassisk protokollen av Morris vann labyrint test som de husket søker strategien fra erfaring.

Dette batteriet vurderer flere domener atferd. På denne måten kan resultatene i noen tester være en referanse for data tolkningen av andre. I representant dataene i figur 1, da musene utsatt silica hydrogenion for 1 måned viste en reduksjon i sosialt samspill aktiviteten, kan det være fenotypen av depresjon eller angst eller konsekvensen av en funksjon underskudd. Men indikerte resultatene av motor funksjon og angst testene nedgangen i sosialt samspill primære, ikke etterfølgende. Dette batteriet inneholder også ulike tester for det samme domenet atferd, med forskjellig følsomhet og bruk. Konsistente trend/resultater i disse testene øke påliteligheten av batteriet. Imidlertid tar denne ordningen ekstra tid for hele prosedyren. Kortsiktige eksperimentet som tar mindre enn 1 måned bør bruke en forenklet versjon av batteriet.

Denne opptreden testbatteri er beregnet på skjermen atferdsmessige fenotypen vises i ulike stadier etter eksponering for genetiske eller miljømessige risikofaktor for neurodegeneration. Derfor viser denne protokollen bare viktige lettleselig hver test. Det er bemerkelsesverdig at hver opptreden test kan gi masse informasjon; brukeren kan derfor utvide protokollen for videre etterforskning. For eksempel avslører spontan aktivitet som grooming, oppdrett, avføring og thigmotaxis i feltet åpen emosjonalitet8. Disse atferd trekk i forhøyet pluss labyrint test kan også være indikatorer angst10,21. Rotarod test studier motoren lære mus er trent etter modellering/sykdommen utbruddet/eksponering for risiko miljøfaktorer30. Sosial interaksjon testen kan også studere sosial minne ved å innføre en andre romanen hjelper etter omgjengelighet testen9. Derfor kan utvidelse av batteriet tilpasses til ulike prioriteringer av studien. Men har dette batteriet bare blitt testet i ung voksen C57BL/6N mus på grunn av tid begrensninger. Planlagte ytelsen til andre stammer eller alderen C57BL/6 mus kan være forskjellig. Videre kan transgene nevrodegenerative mus modeller utvise atferdsmessige underskudd som hypo- eller hyperaktivitet. Derfor kan de ikke være egnet for tester med en lav motivasjon, for eksempel romanen objekt gjenkjenning testen. Derfor bør videre optimalisering være nødvendig for de atferdsmessige vurdering av disse musene.

Avslutningsvis gir dette batteriet en overbevisende og omfattende atferdsdata analyse av neurodegeneration i C57 musen belastningen. Det er mest egnet for neurodegeneration-relaterte longitudinelle studier på toksisitet av mulige risikofaktorer/neurotoxin eller narkotika utvikling, som ofte har lang-frist administrasjon og gjentatte testing.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Forfatterne ikke avsløre.

Acknowledgments

Forfatterne takker Dr. Cora SW Lai fra skolen av biomedisinsk vitenskapene, University of Hong Kong, for utlån av opphøyet pluss labyrint test, og avdeling i anestesiologi fra Universitetet i Hongkong for utlån rotarod test apparater.

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

Atferd problemet 145 Neurodegeneration motor sosial interaksjon angst depresjon kognisjon
En opptreden testbatteri for gjentatte vurdering av motoriske ferdigheter, humør og kognisjon i mus
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