Farelerde Erken Yaşam Sıkıntısı için Bir Model Olarak Sınırlı Yatak Takımı ve Yuvalama

Özet

Bu protokol, doğum sonrası erken dönemde yoksul bir çevre ve öngörülemeyen anne bakımının neden olduğu erken yaşam sıkıntılarının beyin gelişimini ve gelecekteki zihinsel bozukluk riskini nasıl etkilediğini incelemek için bir hayvan modelini açıklamaktadır.

Özet

İstismar, ihmal, kaynak eksikliği ve öngörülemeyen bir ev ortamı gibi erken yaşam sıkıntıları (ELA), depresyon gibi nöropsikiyatrik bozuklukların gelişmesi için bilinen bir risk faktörüdür. ELA için hayvan modelleri, kronik stresin beyin gelişimi üzerindeki etkisini incelemek için kullanılmıştır ve tipik olarak, insanlar da dahil olmak üzere memelilerde erken yaşam deneyimlerinin ana kaynağı olduğundan, anne bakımının kalitesini ve / veya miktarını manipüle etmeye dayanır. Burada, farelerde Sınırlı Yataklama ve Yuvalama (LBN) modelini kullanmak için ayrıntılı bir protokol sağlanmıştır. Bu model, yavruları için bir yuva inşa etmek için baraja verilen yuvalama malzemelerinin miktarını sınırlayarak ve fareleri kafesteki bir ağ platformu aracılığıyla yataktan ayırarak, kritik bir gelişimsel pencerede (doğum sonrası 2-9. günler) parçalanmış ve öngörülemeyen anne bakımı kalıplarını kışkırtan düşük kaynaklı bir ortamı taklit eder. LBN modelinden kaynaklanan anne davranışındaki değişikliklerin yanı sıra azalan yavru ağırlıklarını ve bazal kortikosteron seviyelerindeki uzun vadeli değişiklikleri göstermek için temsili veriler sağlanmıştır. Yetişkinler olarak, LBN ortamında yetiştirilen yavruların anormal bir stres tepkisi, bilişsel eksiklikler ve anhedoni benzeri davranışlar sergilediği gösterilmiştir. Bu nedenle, bu model, strese duyarlı beyin devrelerinin olgunlaşmasının ELA tarafından nasıl değiştirildiğini ve zihinsel bozukluklara karşı savunmasızlık sağlayan uzun vadeli davranış değişikliklerine yol açtığını tanımlamak için önemli bir araçtır.

Giriş

Doğum sonrası erken dönem, çevresel etkilerin gelişimin yörüngesini değiştirebileceği kritik bir gelişimsel penceredir. Örneğin, erken yaşam sıkıntısı (ELA), bilişsel ve duygusal işlevlerde uzun vadeli değişikliklere neden olmak için beyin gelişimini değiştirebilir. ELA örnekleri arasında fiziksel veya duygusal istismar, ihmal, yetersiz kaynaklar ve çocukluk veya ergenlik döneminde meydana gelen öngörülemeyen bir ev ortamı yer alır¹. ELA'nın depresyon, madde kullanım bozukluğu, travma sonrası stres bozukluğu (TSSB) ve anksiyete gibi bozuklukların gelişimi için bir risk faktörü olduğu bilinmektedir 2,3,4,5. Bu, ABD'deki çocukluk çağı yoksulluğu düzeylerinin 2021'de %5,2'den 2022'de %12,4'e çıkarak son zamanlarda iki kattan fazla arttığı göz önüne alındığında^{önemlidir 6} ve yoksulluğun kendisi mutlaka ELA olmasa da, çeşitli ELA türlerinin olasılığını artırır⁷.

Hayvan modelleri, erken yaşam stresinin beyin gelişimi ve yetişkin sonuçları üzerindeki etkilerini anlamak için uzun zamandır gerekli olmuştur. Son yıllarda bu fenomeni incelemek için kullanılan iki ana hayvan modeli, anne ayrılması (MS) ve sınırlı yatak ve yuvalama malzemelerinin (LBN) neden olduğu yoksul bir ortamdır. MS, ebeveyn yoksunluğunun bir modeli olarak geliştirilmiştir⁸. İçinde, kemirgen barajları, sütten kesilene kadar her gün birkaç saat boyunca, genellikle birkaç saat yavrularından alınır⁸. MS paradigmasının yetişkinlikte^depresif ve anksiyete benzeri davranışlara 9 ve kronik strese karşı anormal bir tepkiye^{neden olduğu bulunmuştur 10,11}. Öte yandan, ilk olarak Baram laboratuvarında¹² geliştirilen LBN modeli, barajı yavrulardan ayırmaz, bunun yerine yavruların yetiştirildiği ortamı değiştirerek düşük kaynaklı bir ortamı taklit eder^12,13. Bu modelde yuvalama materyali miktarının azaltılması ve yataklara doğrudan erişimin engellenmesi, barajlardan kaynaklanan anne bakımının aksamasına neden olur³. Bilişsel ve duygusal beyin devrelerinin¹⁴ düzgün gelişimi için sağlam ve öngörülebilir anne bakımı gerektiğinden, LBN'den parçalanmış anne bakımı, aşırı aktif Hipotalamik-Hipofiz-Adrenal (HPA) ekseni, çoklu beyin bölgelerinde kaydırılmış uyarıcı-inhibitör denge, artmış kortikotropin salgılayan hormon (CRH) seviyeleri ve yavrularda depresif benzeri davranış^13, 15,16,17,18,19.

ELA'nın nöropsikiyatrik bozukluklar için artmış riskle sonuçlandığı kesin mekanizma tam olarak anlaşılamamıştır. HPA eksen devresindeki^(19,20) değişikliklerle ilgili olduğu düşünülmektedir ve son kanıtlar bunun mikroglial sinaptik budama^19'daki değişikliklerden kaynaklanabileceğini göstermektedir. LBN modelinin, perinatal ortamın beyin gelişimi ve uzun vadeli davranışsal sonuçlar üzerindeki etkisini anlamak için çok önemli bir araç olduğu gösterilmiştir. Bu model başlangıçta sıçanlar için geliştirilmiş olsa da, mevcut transgenik araçlardan yararlanmak için fareler için de uyarlanmıştır^12,13. Özellikle, model her iki türde de çok benzerdir ve HPA eksenindeki değişiklikler, bilişsel eksiklikler ve depresif benzeri davranışlar gibi oldukça yakınsak sonuçlara neden olur, böylece türler arası faydasını ve translasyon potansiyelini vurgular. Bu makale, farelerde sınırlı yatak ve yuvalama modelinin nasıl kullanılacağına, modelin etkinliğini ve beklenen sonuçları doğrulamak için anne davranışı ve yavru sonuçlarının nasıl toplanacağına ve analiz edileceğine dair ayrıntılı bir açıklama sağlayacaktır.

Protokol

Hayvanlarla ilgili tüm prosedürler, Ulusal Sağlık Enstitüleri Laboratuvar Hayvanlarının Bakımı ve Kullanımı Kılavuzu'na uygun olarak gerçekleştirildi ve Georgia Eyalet Üniversitesi'nden Kurumsal Hayvan Bakımı ve Kullanımı Komitesi tarafından onaylandı (onay numarası A24011). Fareler, Georgia Eyalet Üniversitesi'ndeki Hayvan Tesislerinde yetiştirildi ve bakımı yapıldı. Deneyler, perinatal dönemde (doğum sonrası gün [P] 2-10) bir C57BL / 6J suşu üzerinde gerçekleştirildi ve erkekleri ve kadınları içeriyordu. Bu çalışma için kullanılan reaktifler ve ekipman Malzeme Tablosunda listelenmiştir.

1. Malzeme kurulumu

1. Ağ bölücüyü kafesin boyutlarına göre kesin, uzun kenarlarda 3 cm fazla bırakın.
   NOT: Malzeme tablosunda sağlanan ağ, üretici tarafından kesilir.
2. Fazlalık da dahil olmak üzere kenarları, kafesin kenarlarına tam olarak oturan ve zeminden ~2,5 cm yüksekliğinde bir platform oluşturacak şekilde katlayın. Bu, hayvanlar mısır koçanı yatağını geri alamadan idrar ve dışkının ağ bölücüden geçmesine izin verecektir. Son olarak, hayvanlara herhangi bir zarar vermemek için tüm keskin kenarların katlandığından emin olun.
   NOT: Ağ bölücüler tekrar kullanılabilir ve kullanımlar arasında sıcak su ve sabunla iyice temizlenmeli ve ardından p etanol püskürtülmelidir.
3. Kameraları tripodlara kurun ve kayıt sistemini hazırlayın.
   NOT: Video yönetim yazılımı kullanmanız önerilir. Bu kayıtlar, otomatik olarak 1 saatlik segmentlere bağlanan .mp4 dosyalarıyla sonuçlanır.
4. Ayarları sürekli kayıt için ayarlayın.
   NOT: Önerilen ek ayarlar 1920 x 1080 çözünürlük ve 30 kare/sn'dir.
5. Elde edilen .mp4 dosyalarını, video yönetim yazılımı tarafından otomatik olarak yapılmazsa 1 saatlik bölümlere ayrılacak şekilde ayarlayın.
6. Işıkların kapalı kalma süresini analiz ediyorsanız, kızılötesi aydınlatma kullanın.
   NOT: Kafesin yan tarafındaki kayıt parlamasını azaltmak için, kameradan kızılötesini (IR) devre dışı bırakmanız önerilir. Bunun yerine, karanlık faz kaydı sırasında odadaki IR projektörleri kullanın.

2. Sınırlı yataklama ve yuvalama (LBN) paradigması

1. 1-4 dişiyi tek evli bir erkek yetiştirici ile eşleştirin.
   NOT: Deney dişilerinde ilk eşleşme için önerilen yaş P75'tir. Nullipar dişilerin kullanılması idealdir, ancak değerli transgenik fare çizgileri gibi bunun mümkün olmadığı durumlarda, multipar dişiler yaklaşık dört ay sonra üremeye devam edebilir. Zorunlu olmasa da, çiftleşme gününü doğrulamak için vajinal tıkaçları günlük olarak kontrol etmeniz önerilir (embriyonik gün [E]0).
   1. Barajlar hamile kaldığında, rahatsızlıkları minimumda tutun.
      NOT: Multipar dişiler genellikle doğurganlık azalmadan önce beş litreye kadar üretmek için yeniden kullanılabilir. Barajlar deney için yeniden kullanılırsa, tercihen her seferinde aynı koşul için kullanılmalı veya sadece Kontrolden LBN'ye geçirilmelidir, ancak LBN'nin baraj üzerindeki uzun vadeli etkilerini önlemek için asla tersi olmamalıdır.
2. E17'de (veya tıkaçlar kontrol edilmediyse, dişiler açıkça hamile göründüğünde), dişileri kendi standart pleksiglas kafeslerine ayırın ve bir yuva yapmaları için onlara bir pamuklu yuvacık (5 x 5 cm) verin.
   NOT: Ayrılmış dişileri, 12 saatlik bir aydınlık/karanlık döngüsü ve Kontrol ve LBN kurulumu için personelden minimum kesinti ile ana koloni odasından uzakta sessiz, küçük bir odaya taşımak en uygunudur.
3. Doğum tarihini kaydedin (E19 civarında).
4. P2'de yavruları sayın ve cinsiyetlendirin. Çöpleri rastgele LBN veya Kontrol koşullarına atayın (barajın ilk çöpüyse). Yavrularla olan bu etkileşim, ışıklar açıldıktan sonra 1 ila 4 saat arasında tamamlanmalıdır.
   1. Yavruları cinsiyete göre sıralanacak yeni ve temiz bir kafese dikkatlice yerleştirin. Anüs ve cinsel organlar arasındaki anogenital mesafe erkeklerde kadınlardan daha fazladır ve tanımlayıcı olarak kullanılabilir.
   2. Erkekleri ve dişileri saymak için gruplara ayırın.
   3. 8'den fazla yavru olan yavruları itlaf edin ve 4'ten az yavru olan yavruları atın. En uygun altlık boyutu 4-8 yavrudur, çünkü bu aralığın dışındaki herhangi bir şey çalışma sırasında anne bakımının dağılımına müdahale edebilir.
      NOT: Altlık büyüklüğü nedeniyle etkilenebilecek değişkenler, yavru ağırlığı, beslenme fırsatı ve anne-yavru etkileşimleridir ve bu da deneyi karıştırabilir. İdeal olarak, fareler, sıçanlardan daha az hayatta kalma olasılıkları olduğu için çapraz beslenmeyecektir.
5. Kontrol ve LBN koşullarını Şekil 1'de gösterildiği gibi ayarlayın.
   1. Kontrol: ~220 g mısır koçanı yatağı (kafes boyutlarına bağlı olarak, ~1 cm yüksekliği hedefleyen) ve bir standart kare pamuklu yuvacık (19,4 cm x 13,0 cm x 38,1 cm) ile standart boyutlu bir fare ayakkabı kutusu kafesi (5 x 5 cm) kullanın.
      1. Farelerin bu alışılmadık ortama alışmasına yardımcı olmak için, eski kafeslerindeki dışkı peletlerinden birini yeni kafesin her köşesine yerleştirin. Ek olarak, önceki kafesten küçük (kuruş boyutunda) bir miktar kullanılmış pamuklu yuvayı yeni yuvanın üzerine yerleştirin.
   2. LBN: Önceden hazırlanmış ağ bölücüyü, ~110 g mısır koçanı yatağı olan (~0,5 cm yüksekliği hedefleyen) standart bir ayakkabı kutusu kafesine yerleştirin. Ağ, fareler ve mısır koçanı yatağı arasında doğrudan teması önlemelidir.
      1. Son olarak, bir pamuk yuvacık karesinin yarısını (2,5 x 5 cm) ekleyin. Alışmaya yardımcı olması için yukarıdaki tüm adımları tekrarlayın.
         NOT: Ayakkabı kutusu kafeslerinin standart, havalandırılmayan raflarda tutulması önerilir, çünkü bu kurulumun sessiz olduğu ve LBN kafeslerinde²¹ yetiştirilen yavrularda hipotermiye neden olmadığı gösterilmiştir. Bununla birlikte, havalandırmalı kafeslerde artan hava akışı ile durum böyle olmayabilir; Bu nedenle, araştırmacılar havalandırmalı kafesler kullanıyorlarsa sistemlerindeki gürültü seviyelerini ve yavru çekirdek sıcaklıklarını ölçmelidir.
6. Yavruları belirlenen kafeslerine ekleyin ve yuvanın üzerine yerleştirin. Daha sonra, barajı yavrulara bakacak şekilde kafese yerleştirin, çünkü bu, onların daha hızlı bir şekilde mevcut olduklarını fark etmesine yardımcı olacaktır. P10'daki deneyin sonuna kadar kafesi rahatsız etmemek için en az 8 gün boyunca yeterli yiyecek ve su içerdiğinden emin olun.
7. Kafesin önündeki bir tripoda bir kamera yerleştirin, böylece barajın ve yavrularının net bir şekilde yandan görülmesini sağlayın. İsteğe bağlı olarak, tüm açıları daha iyi yakalamak için kafesin etrafına aynalar yerleştirin. Günde sadece 1 saatlik video kaydının analiz edilmesi gerekmesine rağmen, kamera, bozulmaların izlenebilmesi için deney sırasında 7/24 sürekli kayıt yapacak şekilde ayarlanmıştır.
   NOT: Fareler şahsen de gözlemlenebilir ve annenin davranışı elle puanlanabilir, ancak deneycinin odada bulunmasından kaynaklanan herhangi bir aksaklığı önlemek için video kaydı tercih edilir. Havalandırmalı raflar kullanılıyorsa, kameraları anne bakımı kaydı için düzenlemek üzere burada açıklanandan farklı bir prosedür kullanmak da gerekebilir.
8. P10 sabahı, tüm hayvanları standart kafes koşullarına (ideal olarak yukarıdaki kontrol koşullarıyla aynı) geri getirin ve yavruları tartın.
9. Tüm yavrulara aynı şekilde davranın ve P21'de 2-5 aynı cinsiyetten yavrudan oluşan gruplar halinde sütten kesin.
   NOT: Mümkün olduğunca aynı cinsiyetten yavruları bir arada barındırmayı hedefleyin, ancak gerekirse aynı durumdaki farklı yavrulardan aynı cinsiyetten yavruları birlikte barındırın. Konut kontrolü ve LBN yavrularının birlikte önlenmesi önerilir (kafes eşi kompozisyonunun davranışsal fenotipler üzerindeki etkisi için Yang ve ark.'ya bakınız²²).

Şekil 1: Kafes kurulum örneği. Görüntünün sol tarafındaki kafes, tam miktarda yatak takımı ve tam bir yuva içeren standart bir kontrol (CTL) kafesini göstermektedir. Sağ taraftaki kafes, yatak takımının yarısı, yarısı yuvacık ve hayvanları yatak takımlarından ayırmak için bir ağ bölücü ile sınırlı bir yatak takımı ve yuvalama (LBN) kurulumunu göstermektedir. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

3. Anne davranışı puanlaması

1. Bu kurulumda sürekli kayıtlar toplansa da, P3'ten P6'ya kadar yalnızca 1 saat analiz edin. Alışmaya izin vermek için ışıklar değiştikten en geç 1 saat sonra kaydedilen videoların analiz edilmesi ve videoların her gün tutarlı bir saatten analiz edilmesi önerilir.
   NOT: P3'ten P6'ya kadar olan dönem tipik olarak LBN'ye bağlı anne bakımında en büyük farklılıkları içerir; Bu nedenle, sadece bu günleri analiz etmek gerekiyor. Önerilen gözlem/kayıt süresi, aktif döngüden inaktif döngüye veya tam tersine geçiş yaptıktan sonra aktivitenin yakalanmasına izin verir. Bununla birlikte, inaktif faz, barajın anne bakımına katılma olasılığının en yüksek olduğu ve daha önce anne davranışındaki en büyük grup farklılıklarını içerdiği gösterildiği zamandır³.
   NOT: Farelerin kafes değişimine alışması için en az 2 saate ihtiyacı olduğundan, P1 kayıtlarını diğer günlerden daha geç yakalayın. Bu bir ilgi değişkeni değilse, bu günü analizden çıkarın.
2. Tüm davranışları Tablo 1'de gösterildiği gibi puanlayın. Tipik olarak, davranışlar veri toplama süresi başladıktan sonraki ilk 50 dakika için puanlanır.
   NOT: Bu, Davranışsal Gözlem Araştırma Etkileşimli Yazılımı (BORIS, açık kaynaklı bir yazılım) veya benzer bir yazılım türü kullanılarak elle veya elektronik olarak yapılabilir. Aşağıdaki talimatlar elle puanlama içindir ve seçilen herhangi bir yazılım için uyarlanabilir.
3. Yazdırılan bir tabloda, kısaltmayı, maçın başlangıç zamanını ve süresini ve tüm açıklayıcı notları kullanarak gözlemlenen davranışı kaydedin. Örneğin, baraj aktif olarak emziriyorsa ve daha sonra yuvayı terk ediyorsa, ancak yavrular hala ona bağlıysa, bunu AN ve ardından O olarak not edin. Yavruların açıklaması (ve kaç tanesinin) hala takılı olduğu, daha sonra ihtiyaç duyulması ihtimaline karşı yan tarafta bir not olarak tutulmalıdır.
   NOT: 3 saniyenin altındaki herhangi bir davranış analiz edilmez. Bu kural, çevresel gürültü gibi dış rahatsızlıklardan kaynaklanan anlık davranışların filtrelenmesine yardımcı olur. Hızlı bir şekilde devam ettirilen bir AN maçında (büyük bir hareket veya esneme gibi) gözle görülür bir kesinti olduğunda bir istisna yapılır. Bu durumda, not edilen davranış Tablo 1'de açıklandığı gibi AN'dir ve ardından N-AN gelir.
4. Aynı anda birden fazla davranışın gerçekleşmesi durumunda, en aktif olanı kaydedin. Bunun bir örneği, barajın düşük emzirme olması ancak daha sonra yalamaya ve tımar etmeye başlaması, düşük emzirmenin durduğu not edilir ve bir sonraki davranışın, bunun LN sırasında meydana geldiğine dair bir notla LG olarak işaretlenmesi gerektiğidir.

Davranış türü		Kısaltma	Açıklama
Yalama / tımar		LG	Baraj, yavrularını yalamak/tımar etmekle meşgul.
Aktif hemşirelik		BİR	Baraj, sırtı kemerliyken yavrularını ayakta emziriyor.
Yeni aktif hemşirelik		N-AN	Bu davranış, özellikle baraj hemşireliği kesintiye uğrattığında kullanılır, ancak hızlı bir şekilde devam eder. Bu, 3s kuralının bir istisnasıdır.
Düşük emzirme		LN (Türkçe)	Baraj aktif olarak yavrularını emziriyor, ancak sırtı düşük veya neredeyse düz. Bu davranış genellikle bir süre sonra AN'yi takip eder.
Side Hemşireliği		SN (İngilizce)	Baraj emzirirken (pasif hemşirelik olarak da bilinir) yan yatıyor.
Yuva dışı		O	Baraj yuvada değil ve o bir şey yiyip içmiyor. Bu, kafesin etrafında yürürken veya keşfederken gözlemlenebilir.
Yeme/içme		E	Baraj yuvadan uzakta, yemek yemek ya da içmek.
Kendi kendine bakım		SG	Baraj kendini tımar ediyor.
Yavru köpek taşımak		C	Baraj, yavruları genellikle yuvaya geri yerleştirmek için taşır.
Yuva yapımı		NB	Baraj aktif olarak yuvayı inşa ediyor veya yerini değiştiriyor.
Yuvaya devam et		M	Baraj yuva üzerinde hareket ediyor. Bu, barajın yavrularla LG'den veya yavruları koklama, yetiştirme veya üzerine basma gibi herhangi bir hemşirelik türünden farklı bir şekilde etkileşime girmesiyle ortaya çıkar.

Tablo 1: Anne bakım davranışlarının tanımı.

4. Anne davranışı veri analizi

1. Puanlama sonuçlarını bir elektronik tabloda derleyin.
2. Videolar elektronik olarak analiz edildiyse, 3. adımda açıklandığı gibi 3 saniyeden kısa nöbetlere sahip davranışları silin.
3. Her gözlem günü için ortalama maç uzunluğunu, ortalama sıklığı ve toplam yalama ve tımar süresini hesaplayın.
   NOT: Puanlanan davranışlardan herhangi biri üzerinde tanımlayıcı istatistikler gerçekleştirilebilir, ancak yalama ve tımar etme tipik olarak LBN tarafından parçalanma açısından en belirgin bozulmayı (yani, daha kısa, daha sık nöbetler) sunacaktır. Bu değişkenler, P3-P6 arasında bir ortalama olarak veya ilgi çekiciyse, zaman içinde herhangi bir değişiklik aramak için gün içinde tekrarlanan ölçümler olarak analiz edilebilir.

5. Entropinin hesaplanması

NOT: Anne bakım davranışlarının entropisi veya öngörülemezliği, Vegetabile ve ^ark.23 tarafından önerilen yönteme göre hesaplanmıştır. Bu yöntem, anne bakımı davranışlarının, bir davranış dizisinin entropi oranını tahmin etmek için kullanılabilecek bir Markov zinciri gibi davrandığı varsayımına dayanmaktadır. Her barajın davranış dizisi, ampirik geçiş matrisi kullanılarak karakterize edilir

ij> _{i,j = 1... Bir} davranıştan (i) başka bir davranışa (j) geçmenin koşullu olasılıklarının 7'si ve entropi oranı bundan daha önce açıklandığı gibi^{hesaplanır 3,23} ve aşağıdaki gibi:

burada p_ij , bir dam gözlemlendikten sonra j davranışının gözlemlenmesinin koşullu olasılığıdır, π_i , davranışı i'nin gözlemlenme sıklığıdır ve M (=7) farklı davranışların toplam sayısıdır. Okuyucu, denklemlerin teorik temellerinin tartışılması için Vegetabile ve ^ark.23'e yönlendirilir; burada odak noktası, yöntemin LBN modelinde nasıl uygulanacağıdır.

1. Bunu hesaplamak için, analiz için gereken formatı düzenleyin.
   1. AN, LN, SN ve N-AN'ı, hepsi hemşireliği içerdiğinden, zamanları bir araya getirerek N adlı tek bir değişkende birleştirin.
      NOT: Anne bakım davranışlarının tanımı için Tablo 1'e bakınız.
   2. Kendine veya yavruya yönelik davranışlarla (M ve O) ilgili olmayan davranışları O'ya ekleyin.
   3. Toplam 7 davranışla sonuçlanmak için LG, E, SG, C ve NB'yi ayrı ayrı girin.
2. Şu sırayı izleyen sütunlarla bir elektronik tablo oluşturun: Fare Kimliği, Çöp Kimliği, Çöp #, Tedavi, Gün, Saat, Davranış ve Durum.
   1. Fare kimliğinde, barajın fare çizgisini/genotipini ekleyin.
   2. Çöp kimliğinde, barajın tanımlayıcısını ve ardından çöp numarasını kullanın.
   3. Çöp #'de, barajın sahip olduğu çöp sayısını belirtin.
   4. Hayvanların yerleştirildiği koşullara göre tedavinin LBN veya Kontrol olduğundan emin olun.
   5. Günü, analiz edilen ilgili doğum sonrası gün olarak belirtin.
   6. Davranışın başladığı ve sona erdiği videodaki zaman damgası olarak zamanı belirtin (kaydın başlangıcına göre).
   7. Daha önce açıklanan yedi davranıştan (N, O, LG, E, SG, C ve NB) birini seçin (Tablo 1).
   8. BAŞLAT ve DURDUR olmak üzere iki tür durumu işaretleyin. Bu nedenle, her davranış iki kez görünecektir; İlk gösterim başlangıcı, ikincisi ise durağı işaretler.
3. Bu formatı takiben, analiz edilen tüm günlerin bilgilerini ekleyin.
4. R ortamında, yukarıdaki gibi biçimlendirilmiş veri kümelerini içeri aktarın.
5. https://github.com/bvegetabile/entropyRate'da bulunan paketleri yükleyin.
   NOT: Bu kodu çalıştırmak, LBN adlı bir klasöre neden olur; Koşuldan bağımsız olarak, bu klasör hesaplanan entropiyi içerir. Ek olarak, her günün entropisi daha sonra denek tarafından P3-P6 için ortalama alınabilir ve koşullar arasında karşılaştırılabilir.

Sonuçlar

Temsili sonuçlar, LBN kafeslerinde yoksul bir çevre tarafından uygulanan ELA'nın, barajlardan ve yavruların fizyolojik sonuçlarından kaynaklanan anne bakımını nasıl etkilediğini göstermektedir. Anne bakım davranışındaki günlük entropi, P3-P6 günlerinde LBN'de daha yüksektir (F_1,58 = 7.21, p = 0.0094; Şekil 2A) ve bu zaman periyodundan itibaren her bir barajın ortalama entropisi (t₁₅ = 3.03, p = 0.0085; Şekil 2B). Özellikle, aynı tedavi grubu içinde tutulduğunda aynı barajdan farklı yavrular arasında ortalama entropi oranında anlamlı bir fark yoktur (F_1.699,4.247 = 0.57, p = 0.58; Şekil 2C), entropi oranının her baraj için biraz kararlı bir özellik olabileceğini düşündürmektedir. Tüm davranışlar arasında, yalama ve tımarlama, LBN³ tarafından en çok parçalanmış olanıdır. LBN barajları, yavrularını yalama ve tımar etme sıklığı daha yüksektir (LG) (t₁₆ = 4.04, p = 0.0010; Şekil 2D) ve daha kısa nöbetlerde (t₁₆ = 3.25, p = 0.0050; Şekil 2E). Bununla birlikte, Kontrol ve LBN barajları arasında LG'nin toplam süresi açısından anlamlı bir fark yoktur (t₁₆ = 1.52, p = 0.15; Şekil 2F).

Şekil 2: Anne davranış analizi. (A) Günlük entropi oranı, sınırlı yataklama ve yuvalama (LBN) barajlarında daha yüksektir. karma etkiler modeli tarafından analiz edildiği gibi kontrol (CTL) (F_1,58 = 7.21, p = 0.0094). (B) Ortalama entropi oranı LBN barajlarında daha yüksektir. CTL (t₁₅ = 3.03, p = 0.0085). (C) Ortalama entropi oranı (P3-P6), aynı tedavi grubunda tutulduğunda aynı baraj içindeki birden fazla yavru arasında önemli ölçüde farklı değildir (F_1.699,4.247 = 0.57, p = 0.58). Her hat tek bir barajı temsil eder. (D) Yalama ve tımar (LG) olaylarının kümülatif sıklığı, LG barajları için daha yüksektir. CTL (t₁₆ = 4.04, p = 0.0010). (E) LG barajları için LG ortalama maç uzunluğu daha kısadır. CTL (t₁₆ = 3.25, p = 0.0050). (F) LG'de harcanan kümülatif süre, LBN nedeniyle önemli ölçüde farklı değildir (t₁₆ = 1.52, p = 0.15). Veriler ortalama ± SEM, * p < 0.05'tir. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

LBN koşullarında yetiştirilen yavrular, P10'da önemli ölçüde daha küçüktür (t₆₁ = 6.30, p < 0.0001; Şekil 3A). Bu fark tipik olarak sütten kesme yaşında da devam eder (t₆₂ = 6.29, p = <0.0001; Şekil 3B) ancak artık yetişkinlikte gözlenmez (t₃₈ = 1.08, p = 0.29; Şekil 3C). Bununla birlikte, kortikosteron seviyeleri yetişkinlikte başlangıçta artar (t_18.79 = 2.23, p = 0.038; Şekil 3D), LBN'nin kalıcı fizyolojik etkilerini düşündürmektedir. Bunlar, başarılı bir deney düzeneğinde beklenen farklılıklardır. Optimal olmayan bir kurulum durumunda, LG maç uzunluğu, entropi ve yavru ağırlıklarının değerleri, muhtemelen stresli bir "Kontrol" grubu nedeniyle hiçbir fark göstermeyebilir. Bu makalenin amaçları doğrultusunda, burada açıklanan fizyolojik sonuçlarda cinsiyet farklılıkları tipik olarak gözlenmediğinden, yavru sonuçları analiz edilirken cinsiyet daraltılmıştır; Bununla birlikte, bilişsel ve duygusal davranış gibi diğer sonuç türlerindeki cinsiyet farklılıkları bu modelde yaygın olarak rapor edilmektedir ve daha fazla araştırılmalıdır⁴.

Şekil 3: Yavru sonuçları. (A) Sınırlı yataklama ve yuvalama (LBN), standart kafeslere dönmeden hemen önce P10'da ölçülen yavru ağırlığını azaltır (t₆₁ = 6.30, p < 0.0001). (B) Sütten kesme döneminde ağırlık hala LBN ile azaltılmaktadır (t₆₂ = 6.29, p < 0.0001). (C) Yetişkin ağırlığı artık LBN nedeniyle farklılık göstermemektedir (t₃₈ = 1.08, p = 0.29). (D) Yetişkinlikte kortikosteronun başlangıç konsantrasyonu, Welch'in t-testi ile analiz edildiği gibi LBN ile arttırılır (t_18.79 = 2.23, p = 0.038). Tüm grafikler için dişiler dairelerle, erkekler ise üçgenlerle gösterilir. Veriler ortalama ± SEM, *p < 0.05'tir. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Tartışma

Bu makale, farelerde LBN modelini uygulamak için ayrıntılı bir protokol sağlar. Bu model, erken yaşamda etolojik ve translasyonel olarak ilgili bir kronik stres biçiminin yavrularda nöropsikiyatrik bozuklukların gelişimine nasıl katkıda bulunduğunu anlamak için önemli bir araçtır¹³. Anne davranışını ve barajların beynindeki herhangi bir değişikliği moleküler, nöroendokrin veya devre tabanlı bir bakış açısıyla incelemek için de yararlıdır²⁴. Bu tür sorular için çoklu eşlik, dikkate alınması gereken daha önemli bir değişken olabilir. Anne davranışı entropi skorlarının aynı baraj içindeki birden fazla yavru arasında tutarlı kaldığını gözlemledik (Şekil 2C), bu da entropinin her baraj için biraz kararlı bir özellik olabileceğini düşündürmektedir. Bu bulgu, pahalı veya nadir transgenik farelerde olduğu gibi, sadece nullipar dişilerin kullanılmasının mümkün olmadığı durumlarda multipar dişi farelerin kullanımını haklı çıkarabilir. Multiparitenin diğer değişkenler (örneğin, intrauterin ortam) üzerindeki olası istenmeyen etkileri nedeniyle, deneycinin veri analizi sırasında multipar dişilerin kullanımını istatistiksel olarak kontrol etmesi önerilir.

Bu modelin çevresel rahatsızlıklara karşı oldukça hassas olduğuna dikkat etmek önemlidir. Birden fazla faktör hayvanları bozabilir, kafes taşması veya yakındaki inşaatlardan gelen yüksek sesler gibi sorunlara ve optimal olmayan sonuçlara neden olabilir. Genellikle, bu rahatsızlıklar Kontrol hayvanlarının strese girmesine neden olur ve bu nedenle Kontrol ve LBN koşulları arasında hiçbir fark olmayacaktır. Bu sorunların bir göstergesi, P10'daki Kontrol ve LBN yavrularında benzer ağırlıklar ve anne bakımı davranışındaki benzer entropi değerleri olabilir. Bu nedenle, ideal kurulum, sadece bu amaç için kullanılan, sessiz ve koloniden ve diğer laboratuvar personelinden uzakta bir anne bakım odasıdır. Rahatsızlıklar ayrıca, özellikle P75'ten daha genç barajlarda, yavruların yamyamlığına da yol açabilir. Yavruları yamyamlık nedeniyle kaybetme riski, P75'ten sonra ve genellikle ilk çöpten sonra barajlarda daha düşüktür. Bu yöntemin alternatif bir versiyonu, yamyamlık riskini daha da azaltmak için deneysel manipülasyonun zamanlamasını P4-P11'e kaydırır^25,26; Bununla birlikte, mevcut laboratuvar koşullarında bu gerekli değildir. LBN'nin başka bir versiyonu, bir ağ bölücü kullanmaz, ancak yine de tüm sütten kesme öncesi doğum sonrası dönem için yatak takımı ve yuvalama malzemesi miktarını sınırlar²⁷. Zaman çizelgesini değiştirmenin, kötü niyetli anne davranışı gibi farklı sonuçlara yol açabileceğini ve bunun da kaygı benzeri davranışlar gibi farklı yavru sonuçlara yol açabileceğini belirtmek önemlidir^25,28. Diğer yaygın sorunlar arasında kamera açısı ve büyük yuva boyutu nedeniyle anne davranış verilerinin kaybedilmesi; Buna yardımcı olmak için, kafesin arkasına bir ayna koymanız ve yuvanın çok büyümesini ve yavruları kameradan gizlemesini önlemek için kontrol durumunda yalnızca tek bir yuva sağladığınızdan emin olunması önerilir. Son olarak, yavruların sıkışmasını veya incinmesini önlemek için ağın kafese düzgün şekilde oturduğundan emin olmak çok önemlidir.

LBN modelinin bir avantajı, kolayca özelleştirilebilmesi ve diğer deneysel faktörlerle birleştirilebilmesidir. Bu protokole eklenebilecek değişkenlere örnek olarak diyet^29,30, bağışıklık zorlukları^30,31, farklı transgenik hatlar^32,33 ve kemogenetik¹⁹ verilebilir. Ayrıca, bu modelin bazı versiyonları bir P10-P17 zaman çerçevesi kullanır ve bunu anne ayırma (MS) ile birleştirir34,35,36. Bu paradigma aynı zamanda, barajların E14'ten E19'a^{kadar LBN} ortamında barındırıldığı doğum öncesi bir stres faktörü olarak da uyarlanmıştır ^37,38, ancak yavrular hiçbir zaman doğrudan strese maruz kalmazlar. Son olarak, bazı çalışmalar, yetişkinliğe ulaştıklarında yavrular üzerinde farklı stres testleri ile birlikte ELA'yı içeren iki isabetli bir model kullanmaktadır^19,39.

Bu yöntemin sınırlamalarından biri, yüksek bir aktarım hızına sahip olmamasıdır. Ürettiği veri miktarı, bir kerede mevcut olan kamera sayısı ve alanla sınırlıdır, ancak yavrular zaman içinde kolayca kademelendirilebilir. Anne davranışının manuel olarak puanlanması özellikle zaman alıcıdır ve gözlemci yanlılığına neden olabilir, ancak makine öğrenimi tabanlı yaklaşımların ortaya çıkması sayesinde otomatik puanlama şu anda geliştirilmektedir⁴⁰. Veriler elle puanlanmışsa, gözlemciler arası değişkenliği azaltmak için aynı kişinin bir deney için tüm videoları puanlaması önerilir. Diğer bir sınırlama, bu modelin öncelikle anne bakımına dayanan kemirgenler için tasarlanmış olması ve bu da iki ebeveynli bakımı incelemeyi zorlaştırmasıdır. Bununla birlikte, bazı gruplar, Kaliforniya faresi^41,42 gibi iki ebeveynli türlerde MS'e alternatif olarak baba yoksunluğunu benimsemiştir, bu nedenle LBN'nin bu türler için de uyarlanabileceği düşünülebilir.

LBN'nin yanı sıra, anne ayrılığı ELA için diğer en belirgin modeldir, çünkü yetişkinlerde kullanılan diğer stres biçimleri (yani, kısıtlama stresi) etolojik olarak ilgili değildir ve yavruları aynı şekilde etkilemez. LBN, MS'den farklıdır, çünkü parçalanmış ve öngörülemeyen anne davranışına neden olan bir kronik stres şeklidir, oysa MS'de yoksunluk aralıklıdır ve genellikle her gün öngörülebilir zamanlarda ortaya çıkar⁴³. İlginç bir şekilde, her iki model de HPA ekseninde değişikliklere ve kemirgenlerde depresif benzeri davranışlara neden olabilir, ancak LBN, laboratuvarlarda daha az deneyci etkileşimi ve daha yüksek tutarlılık ile daha tekrarlanabilir bir protokol olabilir 1,11,13,16. Bu protokol bazı değişkenlik kaynaklarını (deneyciyle ilgili gibi) azaltmada yararlı olsa da, hayvan tesislerindeki farklılıklar, hayvanların kökeni veya suş gibi diğer hususlar sonuçları etkileyebilir. Örneğin, BALB/c farelerinin kronik kısıtlama stresine daha belirgin bir tepkiye sahip olduğu ve ELA'ya C57BL/6J ^27,44'ten farklı şekilde duyarlı olabileceği bilinmektedir.

Sonuç olarak, LBN modeli, öngörülemeyen anne bakımı ile düşük kaynaklı bir ortam kullanır ve erken yaşam stresinin strese fizyolojik adaptasyonlar, anne davranışı ve beyin gelişimi gibi çok çeşitli süreçleri nasıl etkilediğini anlamak için yararlı bir yaklaşımdır. Özellikle, bu model ELA'nın nöropsikiyatrik bozukluklar için nasıl ve neden bir risk faktörü olduğunu anlamak için kullanılmıştır 1,5,9,12. Gelecekte, LBN kullanımı, hem zihinsel hem de fiziksel bozuklukların biyolojik temeli hakkındaki anlayışımızı geliştirecek ve hassas perinatal dönemde stresin etkilerini tedavi etmek için yeni terapötik hedeflerin aydınlatılmasına yardımcı olacaktır.

Malzemeler

Bu makalede kullanılan malzemelerin listesi

Ad	Şirket	Katalog numarası	Yorumlar
2 inç 4 MP 4x Zoom IR Mini PT Dome Ağ Kamerası	Hikvision	DS-2DE2A404IW-DE3(S6)
Amazon Temelleri Kılıflı Alüminyum Işık Fotoğrafçılığı Tripod Standı - 2'li Paket, 2,8 - 6,7 Fit, 3,66 Pound, Amazon	Blue'dan	Amazon
İris	Mavisi İris Güvenliği		İsteğe bağlı video yönetim yazılımı
CAMVATE 1/4 "-20 CCTV için Tavan Montajlı Mini Top Kafası & Video Duvar Monitörleri Montajı - 1991	Amazon'dan	Camvate
Mısır koçanı yatağı	Andersons	4B
Pamuk yuvacık	Ancare	NES3600
Mesh bölücü	McNICHOLS	4700313244	Standart, Alüminyum, Alaşım 3003-H14, 3/16" No. .032 Standart (Yükseltilmiş), %70 Açık Alan
Tendelux DI20 IR Aydınlatıcı	Tendelux		Amazon