高架加迷宫试验结合视频跟踪软件研究外源性生酮类补充剂的毒性作用

Behavior
JoVE Journal
Behavior
AccessviaTrial
 

Summary

在这里, 我们提出了一个协议, 以调查啮齿类动物模型的焦虑水平的变化。与视频跟踪软件一起使用的高架加迷宫 (epm) 测试提供了一种可靠的方法来记录临床前实验室情景中各种潜在的抗焦虑治疗的效果。

Cite this Article

Copy Citation | Download Citations | Reprints and Permissions

Ari, C., D’Agostino, D. P., Diamond, D. M., Kindy, M., Park, C., Kovács, Z. Elevated Plus Maze Test Combined with Video Tracking Software to Investigate the Anxiolytic Effect of Exogenous Ketogenic Supplements. J. Vis. Exp. (143), e58396, doi:10.3791/58396 (2019).

Please note that all translations are automatically generated.

Click here for the english version. For other languages click here.

Abstract

本研究的总体目标是结合视频跟踪软件描述提升加迷宫 (epm) 测试的方法。该方法的目的是记录各种潜在的抗焦虑处理对实验室啮齿类动物模型的影响。epm 测试的基础是啮齿类动物倾向于受保护的、封闭的黑暗空间, 对开放空间和高度的无条件恐惧, 以及它们探索新环境的内在强烈动力。epm 试验是一种广泛使用的行为测试, 用于调查被发现会影响行为的药物的啮齿类动物的抗焦虑或焦虑反应。观察表明, 用于封闭武器的时间比例减少, 用于张开武器的时间比例增加, 进入封闭武器的次数减少, 以及通过欧洲解放联盟试验测量的张开武器入境次数增加, 可能反映出开放武器的进入次数减少焦虑程度。利用该方法, 在 spraague dawley (spd) 大鼠体内测试了外源酮补充剂对焦虑相关行为的影响。外源酮补充剂长期喂养给大鼠83天或亚慢性和急性口腔灌胃, 每天 7天, 然后进行 epm 测试。行为数据收集是使用 smart 视频跟踪系统进行的, 由一个盲目的观察者在治疗结束时进行。主要研究结果表明, epm 试验是检测酮补充引起的抗焦虑作用的有效方法, 可被视为评估与药物或代谢治疗相关的焦虑行为变化的敏感措施。

Introduction

本文的目的是描述 epm 测试与视频跟踪软件相结合的方法, 以监测实验室啮齿类动物模型中与焦虑有关的行为和新处理方法的变化。epm 试验是一种相对简单的行为评价方法, 是为研究应用药物治疗1后大鼠焦虑行为水平和焦虑反应的方法而开发的.事实上, 已经证明 epm 试验是一种广泛使用和有效的行为检测, 用于调查啮齿类动物焦虑水平的变化 1,2。epm 测试在啮齿类动物 (主要是老鼠和老鼠) 中的适用性是基于它们对封闭的黑暗空间的倾向 (接近)、对开放空间高度的无条件恐惧 (回避) 以及它们探索新奇的高度与生俱来的动力环境。因此, epm 测试是一种基于避免方法冲突 23 的既定方法。

epm 是一种由四个高臂组成的高形体型装置, handley 和 mithani4 (图 1) 已经描述过, 它由两条对周围开放的对立面 (张开的手臂) 组成, 而两个封闭的对立面的手臂(封闭的武器) 都配有墙壁。治疗后, 如果在张开臂上花费更多的时间, 或者在 epm 上检测到与对照 (未经处理) 动物相比, 张开臂进入的数量增加, 这表明具有焦虑作用2,3。epm 检测5的启动后的前 5分钟 (将大鼠放置在 epm 的四个臂的交叉口) 中, 就证明了最有力的回避反应;因此, 治疗后的任何行为通常记录在 epm 5分钟。作为焦虑程度的额外措施, 还可以记录头部下降、头部 (两条后腿上的老鼠垂直站立)、粪便博里的数量, 以及手臂总进入 (自发运动活动) 和不同的姿势 (伸展或冻结)在 epm2。因此, 可以编译多个行为参数, 以提供与焦虑相关的行为的综合评估。

为了提高结果的有效性, 常用的是两到三种行为检测, 如光暗选择测试、社会交往测试和 epm 测试, 以测量不同动物模型焦虑程度6。单独对啮齿类动物进行 epm 试验也是研究不同药物的抗焦虑或抗焦虑作用的合适方法7。epm 试验不仅对苯二氮卓类抗焦虑药 (地西平)8敏感, 而且对氨基酸、单胺、肽和核苷酸化合物 (n-甲基-阿斯塔酸 (nmda) 拮抗剂等敏感ap7, α-氨基-3-羟基-5-甲基-4-异氧唑类丙酸 (ampa) 拮抗剂 cnqx, μ-soin 受体激动剂吗啡、npy1 拮抗剂 BIBP3226、p 物质、生长素、氧合蛋白、血清素受体激动剂和拮抗剂, 如8-OH-DPAT 和way-100635 和β1-adr降活力拮抗剂 betaxolol)9,10,11, 12.因此, 对啮齿类动物进行 epm 试验是一种合适的、敏感的方法, 可以研究影响大脑中涉及抗焦虑作用的大脑区域的影响 (例如杏仁核、海马和边缘区域) 和与焦虑有关的作用机制 (例如血清素能、gabaeg能和腺苷酸能系统).在这些 epm 研究中测试的药物包括外源性酮补充剂, 这些补充剂以微妙的方式改变大脑信号, 可能需要一种敏感的方法来检测行为变化。

在本文中, 我们描述了与视频跟踪软件结合使用的 epm 测试, 这有助于消除实验偏差, 并促进收集和分析行为改变, 以响应新的抗焦虑治疗。

Protocol

动物治疗和测量程序是根据南佛罗里达大学动物护理和使用机构委员会 (iacuc) 准则 (#0006R 议定书) 进行的。为减少使用的动物数量作出了一切努力。

1. 准备工作

注: 该协议通常要求实验室饲养的大鼠或小鼠进行 epm 测试。然而, 其他动物, 如豚鼠, 也在epm 13上进行了测试。在使用视频跟踪时, 重要的是要考虑迷宫中动物与迷宫颜色之间的颜色对比度。这种反差对研究人员观看动物的直播或视频来说并不那么重要。视频跟踪软件的设置需要配置为记录黑色或白色迷宫上的动物是黑色或白色的。配置设置的问题可能会出现与一个明确的丙烯酸迷宫, 但哑光灰色迷宫可以是最佳的两个啮齿类动物的颜色。

  1. 选择动物进行实验, 考虑潜在的影响因素, 如应变, 性别, 雌激素周期, 和年龄, 以及体重2
  2. 根据个别实验, 确定每组测试的动物数量。
    注: 组大小将取决于测试处理所需的效果大小。在开始实验之前, 通常会进行功率分析, 以确定在任何特定任务中动物反应的可变性以及实验组/条件的数量, 要包括的对象的最小数量。
  3. 仔细设计实验 (其中将使用不同行为测试的电池, 如开田测试、epm 测试、孔板测试和强制游泳测试)。
    注: 在 epm 测试前夕, 啮齿类动物事先暴露在新的测试环境中 (如开放场测试) 可能会改变 epm 1,2上动物的行为。
  4. 在 epm 测试之前, 以类似的方式处理所有动物。
    注: 已经证明, 不同的压力因素, 药物的应用 (注射), 航运压力, 和处理可以改变啮齿类动物的行为和行为反应 epm 16.因此, 动物在动物之家居住 (例如, 装运后, 在 epm 测试前 1-2周)、实验条件和治疗程序 (灌胃) 是必要的。同样重要的是, 对啮齿类动物的处理和任何以前的压力源的经验, 特别是在检测之前, 在动物和治疗小组中是一致的。
  5. 使用反向光循环对夜间活动的动物 (如老鼠) 进行行为研究, 以便在动物处于黑暗、活跃阶段时进行行为评估。
    注: 不同的住房条件和光周期节律对行为的影响及其对 epm 结果的影响在17之前被证明, 因为动物的激素是由光循环调节的。
  6. 在手术过程中使用相同的实验者, 并要求他们避免香水或有强烈气味的肥皂。
  7. 在实验过程中, 要求实验者不要在动物附近说话, 也不要在 epm 环境附近移动物体。
    注: 在收集行为数据时, 观察者必须进行最小的运动, 且不产生噪音, 这一点至关重要。
  8. 每次试验后清洁整个 epm, 以清除以前的动物的气味, 这些气味可能会干扰试验动物的探索。
  9. (推荐)在 epm 测试前对动物进行几天的处理 (用躯干轻轻拿起, 拿上一两分钟), 使它们适应实验者。
  10. 在 epm 上放置动物时, 一定要以一致的方式处理所有动物, 并将 epm 中的每只啮齿动物放置在同一位置, 面向同一手臂 (例如, 在中心面对远离实验者的张开手臂)。

2. 外源性酮补充剂的应用

  1. 在开始任何治疗之前测量动物的体重, 以确定治疗的剂量计算 (例如, 胃内胃灌胃)。
  2. 熟悉动物在补充酮前使用水的胃内灌胃法 (适应期) (标准啮齿类动物/标准饮食 [sd] + 水灌胃;例如, 2.5 克/千克体重的水/天)。排除使用任何不适应胃内胃内胃灌胃方法的动物。
  3. 在适应期结束后, 用 sd 和灌胃每天用任何一种水长期喂养动物 83 d 和亚日 7 d (例如, 5 克/千克体重日; 对照组: n = 8), 酮补充剂, 如酮酮酯 (ke; 1, 3-丁二醇-乙酰乙酸酯;例如, 5 克/千克体重/天;n = 8), 酮盐 (ks;na+/k+\u2012 β-羟基丁酸盐 [βhb] 矿盐;例如, 5 克/千克体重/天;n = 8), 或 ks + 中链甘油三酯 (1:1 比率, ksmct;n = 8)18,19,20
    注: 接受胃内灌胃的动物在治疗后1小时在 epm 上进行测试。用标准的啮齿类动物食物喂养的老鼠和水灌胃 (不包括酮补充) 作为对照组。

3. 焦虑症

  1. epm 设备
    1. 在研究中使用相同的设备来标准化结果。epm 是一种高形体型的装置, 由四个手臂组成 (例如, 手臂可能宽10厘米, 长50厘米): 两个相对的手臂被打开, 两个封闭的对立面的手臂配备了高 (例如, 30 厘米) 的墙壁。该仪器在地板上方升高 (例如, 增加55厘米)2
      注: 最常用的参数是在张开的武器中度过的累计时间和进入张开的武器的次数;然而, 在封闭的武器和中心花费的时间, 以及进入封闭的武器和中心的数量, 以及在每个区域行驶的距离。
    2. 使用间接照明 (, 将光源指向天花板而不是直接照亮 epm 设备) 来照亮 epm, 并确保所有四个臂都有类似的照明 (没有阴影, 见图 2)。
      注: 光的水平的变化会改变 epm 上啮齿类动物的行为。因此, 类似的照明需要在连续的实验动物和天 (例如, 2, 800 流明在房间)2
  2. 视频跟踪系统
    注: 使用带有计算机接口和摄像机的视频跟踪系统进行数据收集, 该系统将自动收集大鼠的行为数据 (图3).对于视频跟踪系统, 各种标准模拟摄像机或用户定义的图像源 (红外摄像机、摄像机、符合 wia 标准的 usb 摄像机、网络摄像机、etc.) 可以使用。在分析录制的视频时, 运动跟踪软件支持所有常见的视频格式, 如. avi、. vob、. wmv、. asf、. mov、. qt、. mpg、. mpeg、mp4、. 3gp 和. mkv。如果视频播放不正确, 则可能需要特定的编解码器; 如果视频播放不正确, 则可能需要特定的编解码器。如果系统中安装了相应的编解码器, 则支持其他视频格式。运动跟踪软件还可用于分析以前获得的视频和处理来自不同来源的图像, 如 dvdd 高清录像机、数字视频文件 (. avi、. divx、. mpeg、etc.)、网络摄像机、dv 摄像机和 wia 兼容的成像设备。
    1. 系统设置
      1. 将移动跟踪软件的安装密钥插入 usb 2.0 端口, 然后启动安装工具。
      2. 将相机固定在实验区域上方, 确保在实验期间保持不动。
      3. 利用说明书, 在运动跟踪软件系统中建立了一个新的实验。选择 "新建实验"。双击新实验应遵循的协议图标 (图 3,补充文件 1)。
      4. 在 "实验信息" 对话框中输入详细信息以描述实验。
      5. 指定要处理的视频序列的源。
      6. 定义正确距离测量的转换规则。校准过程使运动跟踪软件能够了解实验区域的实际尺寸, 以便获得可靠的距离和速度值。
      7. 确定工作区域中感兴趣的区域 (区域)。
      8. 调整检测过程的参数。
        1. 为了使运动跟踪软件能够准确地检测动物在图像中的位置, 必须设置一些检测调整。
        2. 通过使用"亮度" & "检测设置" 面板中的对比度部分中的一般亮度和对比度参数的微调, 跟踪过程需要清晰且对比良好的图像。根据需要, 为整个图像或用户定义的区域调整这些设置。
      9. 把一只老鼠放进每个竞技场来测试检测过程。
      10. "开始测试"按钮以验证检测过程是否可以正确识别主题。确认检测是通过屏幕上的一个点的外观激活的。校准过程必须在开始测试之前完成。
      11. 当玩家中显示的唯一黑点是被跟踪的动物时, 检测被认为是确认的。红色跟踪线需要密切跟踪动物的所有位移。正确的跟踪也通过一个白色标签来确认, 上面列出了动物的数量和基于位移的相应坐标。如果未获得这样的检测, 请调整阈值侵蚀参数, 以优化检测和跟踪过程。
      12. 调整阈值侵蚀参数, 以获得更清晰、无噪音的测试图像。
      13. 如果正确检测到跟踪路径, 请按"停止测试" 按钮 (图 4)。如果这些调整将用于每个新的实验文件, 请按"另存为默认"按钮。按"接受"按钮保存新的检测设置。
      14. 设置试验的时间条件。
      15. 如果实验协议要求轨道采集过程在主体放置到实验区域的同时启动, 则可以设置软件附带的远程单元或使用无线鼠标。
        注: 此选项提供了远程控制启动和停止的可能性。
    2. 系统中主题的设置
      1. 管理实验对象的数据库。若要创建实验对象的数据库, 请按 "实验助手" 栏中的"主题" 按钮进入"主题数据库管理器"。
      2. +按钮向数据库中添加新主题。
      3. 在已选择一个主题选项的情况下, 输入主题的代码。
      4. 在 "主题属性"部分中填写主题的其余信息。
      5. "创建"按钮添加新主题。
      6. 定义实验计划。使用计划程序定义计划在实验项目中执行的不同阶段、会话、试验和主题。审判将被自动选择为要执行的 "下一个试用版"。此属性显示为试用名称左侧的绿色刻度。
    3. 通过同步记录和跟踪进行数据采集
      注: 选择实时图像源时,播放机面板提供嵌入式录制模块, 以便轻松捕获来自所选摄像机的视频。
      1. 准备用于数据采集的运动跟踪软件 (校准、区域定义、检测设置、时间设置、调度程序)。
      2. 打开"数据采集" 面板。
      3. 按下软件中可用的"开始录制" 按钮, 开始在没有动物的情况下录制实验视频。
      4. 将动物放入实验区域。
      5. "时间" 控制面板上的"开始" 按钮, 开始数据采集过程。跟踪过程将与记录过程同时进行。根据需要, 要求实验者手动记下行为变量, 如钢筋、头部下降和下降 (图 5)。
      6. 在测试室中手动收集 epm 数据, 并由盲目的观察者 (通过窗帘将观察者与 epm 分开)。
      7. 等待跟踪过程录制结束, 或按"时间" 控制面板上的"停止" 按钮。
      8. 将动物从实验区域中取出。按下移动跟踪软件播放器上可用的停止按钮, 停止视频录制过程。
      9. 通过清洗和干燥, 为下一个动物准备实验区域。再次重复循环。
    4. 数据分析
      1. 要访问"分析" 工具, 请按"实验助手" 栏中的"分析" 按钮。
      2. 若要生成已完成试验的分析报告, 请选择要分析的试验。配置并选择分析报告。设置要分析的时间间隔。生成和查看报告。将结果导出到电子表格或图像格式 (图 6)。
  3. epm 用于测量焦虑程度
    1. 在口腔灌胃后, 在无应力条件下 (在光线昏暗、安静的房间里) 进行 epm 实验。
      注: 确保实验在接近的时间间隔 (例如, 在1200和1400之间) 运行, 因为生理节律影响啮齿类动物对 epm15,17的行为。避免在实验过程中不必要的运动和噪音。
    2. 在测试开始之前, 请确保 epm 已清洁和干燥, 视频跟踪系统已准备就绪。
    3. 在开始实验前30分钟将家中笼子里的老鼠转移到实验室。
    4. 将一只老鼠放在 epm 的四个手臂的交叉口, 面对实验者对面的张开的手臂。
    5. 运行视频跟踪软件, 以及手动记录动物的行为, 5分钟。
    6. 如果动物从 epm 上掉落, 把它捡起来, 放回 epm 的同一点, 在那里它掉了下来。从分析中排除这种动物的行为数据。
      注: 巨大的噪音或运动可能会使动物无法固定在张开的手臂上。如果在实验过程中听到巨大的噪音, 则将当时正在进行实验的动物的行为数据排除在分析之外。
    7. 在5分钟测试结束时, 停止视频跟踪软件, 并将动物从 epm 中删除。把它放回家里的笼子里。
    8. 在下一个实验动物之前, 用消毒洗涤剂 (奎特西德) 和自来水清洗 epm。用纸巾擦干设备。

4. 视频跟踪系统采集的数据分析

  1. 根据记录的数据, 分析在张开的武器和封闭的武器中花费的时间;进入张开的武器、封闭的武器和进入中心区域的次数;进入封闭的武器的延迟;在张开的武器、封闭的武器和中心区域所走的距离。
    注: 当身体质量的中心在该区域时, 动物被认为在该区域。
  2. 使用 fisher 的最小显著差异 (lsd) tuki 的多重比较测试的方差分析 (anova) 来确定治疗对行为的影响。

Representative Results

目前的实验研究了外源性补充酮长期 (喂养 83天) 或亚慢性 (口服灌胃 7天) 对两个月大的雄性 sprague-dawley (spd) 大鼠具有抗焦虑作用的假设 (250-350 克)。慢性给药包括以下酮补充剂: 低剂量酮酯 (lke; 1, 3-butandiol-乙酰乙酸酯, ~ 10 g/gggday, lke), 大剂量酮酯 (hke; ~ 25 gg day, hke), β-羟基丁酸盐 (bhb-s; ~ 25 g/和 bhb-s + 中链甘油三酯 (mct; ~ 25 ggg day, kg/day)。对于亚慢性实验, 使用了以下治疗组: ke、ks 和 ksmct (5 ggg day)。对照组包括 sd 或 sd 与水灌胃 (控制)。所有数据均表示为均值±的均值标准误差 (sem)。当p < 0.05 时, 结果被认为有显著意义。其意义是由费舍尔的 lsd 试验单向方差分析确定的。

慢性喂养后, 与对照组相比, ksmct 组大鼠在张开臂上的时间明显较多 (p = 0.0094)。lke、ks 和 ksmct 组在封闭臂中花费的时间明显较少 (分别为p = 0.0389、0.0077 和 0.0019), 而 ks 组在中心的时间 (p = 0.0239) 组 (sd ) 组 (图 7a)18岁

ks 和 ksmct 组的大鼠在张开的手臂上行驶的距离明显较长 (p = 0.036 和 0.036), 而 lke、ks 和 ksmct 组的大鼠在闭臂中的移动距离明显较少 (p = 0.036, 0.41, 和(与对照组 (sd) 相比) 分别为 0.0032 (图 7b)。与对照组相比, ks 和 ksmct 组在中心区域的行驶距离较大 (分别为 p = 0.0206 和 0.0482), 而在 ksmct 组, 闭合臂第一入口的延迟明显较大。慢性喂养 (p = 0.0038)18 (图 7c)。

在口服灌胃7天后, ke 组张开双臂的时间 (p = 0.0281) 较大, 而 ke、ks 和 ksmct 组在中心使用的时间则比对照组减少 (p = 0.0005、< 0.01 和 = 0.0281)l 组 (图 8a)18。在 ke 和 ks 组中, 在给药7天后, 进入封闭武器的次数明显减少 (p = 0.0436 和 0.0234) (图 8b), 而 ks 组中的大鼠进入中心的频率也较低 (p= 0.0193), 与对照 (sd) 组相比。

Figure 1
图 1: 用于测试大鼠的高架加迷宫 (epm).每个手臂有10厘米宽, 50 厘米长, 两个对立面的手臂张开, 边缘凸起。二个闭合的对面胳膊装备30厘米高墙壁。楼层的跑道高度为55厘米,请点击此处查看此图的较大版本.

Figure 2
图 2: 直接和间接照明的示例.确保光源指向天花板, 而实验区域上方的直射光线被堵塞。在 epm 实验中使用间接光是很重要的, 以便在没有阴影的情况下类似地照亮所有四个手臂。请点击这里查看此图的较大版本.

Figure 3
图 3: 运动跟踪软件的实验助手栏.它旨在提供对主要操作的访问。这些按钮对应于典型实验过程中的任务, 而只有当前允许的任务处于活动状态。请点击这里查看此图的较大版本.

Figure 4
图 4: 主体轨道在动物运动后标记为红线.通过调整阈值, 可以减少背景, 直到只有动物被红线检测和跟踪。轨道跟随主体质量的中心, 并指示当前位置坐标。请点击这里查看此图的较大版本.

Figure 5
图 5: 在张开的手臂上有一只 sprague dawley (spd) 大鼠的高架加迷宫 (epm).给出了实验装置的一个实例。请点击这里查看此图的较大版本.

Figure 6
图 6: 试验期间动物的累积运动轨迹.作为数据分析的一部分, 可以显示跟踪区域中被试收集到的轨迹痕迹。请点击这里查看此图的较大版本.

Figure 7
图 7: spd 大鼠在 epm 中长期补充外源性酮后的行为反应.这些小组展示了 epm 和运动跟踪系统18收集的具有代表性的结果。(a) 与控制小组相比, ksmct 小组在张开双臂中花费的时间更大, 而 lke、ks 和 ksmct 小组在密闭武器中的时间较少。(b) ks 和 ksmct 小组在张开的武器中行驶的距离较多, 而 lke、ks 和 ksmct 小组在密闭的手臂中的距离较小, 与控制组相比, 焦虑程度较低。(c) ksmct 组后来进入封闭臂, 表明与对照组相比, 焦虑减少。缩写: sd = 标准啮齿类动物咀嚼 + 水 (25 ggskg 体重 (b. w.)/一天);lke = sd + lke (1, 3-丁二醇-乙酰乙酸酯, 10 gkg b. w. 天);hke = sd + hke (25 g/kg b. w. 天);ks = sd + β-羟基丁酸盐 (bhb-s; 25 g/kg b. w. 日);ksmct = sd + bhb-s + 中链甘油三酯 (mct; 25 g/kg b. w./day);spd = sprague-dawley 大鼠;epm = 高架加迷宫 (* p < 0.05; * * p < 0.01; * * * p < 0.001; * * * * p < 0.0001)。这一数字已从 ari等人处修改。18.请点击此处查看此图的较大版本.

Figure 8
图 8: spd 大鼠外源性酮补充口服7天后的行为反应.通过 epm 测试, 使用运动跟踪软件系统18收集了有代表性的结果。(a) ke 组在张开的手臂上花费的时间更大, 而 ke、ks 和 ksmct 组在中心的时间较少 (与对照 [sd] 组相比), 从而表明焦虑减少。(b) 与对照组相比, 在 ke 组和 ks 组的闭合手臂中发现的进入较少。缩写: sd = 标准啮齿类动物咀嚼 + 水 (水的 5 ggskg b. w.);ke = sd + 酮酯 (1, 3-丁二醇-乙酰乙酸酯, 5 gkg b. w. 天);ks = sd + β-羟基丁酸盐 (bhb-s; 5 g/kg b.w. no. day);ksmct = sd + bhb-s + mct (5 gkg b.w. 天);spd = sprague-dawley 大鼠;epm = 高架加迷宫 (* p < 0.05; * * * p < 0.001; * * * * p < 0.0001)。这一数字已从 ari等人处修改。18.请点击此处查看此图的较大版本.

Discussion

一般情况下, 几个常用的测试, 如光暗选择测试, 社会互动测试, epm 测试, 被用来测量不同动物模型中的焦虑程度。然而, 仅 epm 检测是一个合适的方法来研究, 例如, 外源酮补充剂对啮齿类动物的焦虑水平18,20的影响。

epm 方法的主要优点是, 它依赖于啮齿类动物对黑暗的封闭空间的本能倾向, 以及对高度的无条件恐惧和对开放空间的回避。另一方面, 用于研究类似焦虑的行为的其他方法是基于对某些有害刺激的行为反应, 如电击、食物/水的剥夺、巨大的噪音和接触捕食者的气味.这些测试通常会产生有条件的反应, 而 epm 也代表了一种更人性化的替代方案。此外, epm 可以是一个有用的工具, 研究参与不同的大脑区域 (, 边缘区域, 海马) 和潜在的机制 (gaba, 谷氨酸, 血清素, 腺苷) 的焦虑行为2

当应用对动物有相当压力的治疗 (例如, 口腔灌胃) 时, 重要的是所有动物都要以同样的方式和同一个人处理, 特别是在评估潜在的、微妙的抗焦虑作用时。如有可能, 在饮用水中或通过美味的 "治疗" 引入该药物化合物可能是首选方法。为确保对每只动物的服用量相同, 可以使用口服灌胃。根据该化合物的药代动力学特性, 通常建议在灌胃后1小时内在 epm 上对动物进行测试。在选择实验对象时, 重要的是要根据目标和测试物质考虑他们的应变、性别、雌激素周期、年龄以及体重2。关于年龄, 在设计 epm 研究和解释数据时, 重要的是要考虑到, 开放手臂进入的百分比随着21岁的年龄而线性增加, epm 行为的老化变化是特定于应变的 22

在进行 epm 测试时, 存在需要解决的潜在问题。有时, 由于异常倾向, 动物需要被排除在分析之外 (例如, 动物永远不会离开放置的区域, 几乎从仪器上掉落, 被设备外的噪音或事件分散了注意力)。epm 测试的其他并发症可能包括导致镇静或多动症的治疗, 因为这些类型的影响需要通过epm 参数进行评估。

与 epm 上的第一次接触相比, 在第二次 (重复) 接触啮齿类动物时, 显示了在中央平台上的活动减少和中央平台上花费的总时间减少, 因此只让动物接受一次 epm测试是很重要的14,15。因此, 强烈建议啮齿类动物一次暴露在 epm 测试中。但是, 如果第一次和第二次暴露在 epm 和 epm 设置之间至少有三周的时间, 并且 epm 设置被移动到另一个房间 (不同的环境), 则 epm 测试可能会对这些动物进行多次调查2。

epm 有不同的材料、尺寸 (例如, 老鼠或老鼠) 和颜色, 在选择学习科目时需要考虑。重要的是要记住, 以前的动物在仪器上留下的气味可能会改变随后动物的行为。因此, 我们建议使用由易于清洁的材料制成的 epm, 如丙烯酸玻璃 (不透明), 它在洗涤后不会保留异味。避免使用由木材制成的 epm 设备。优选地使用与 epm 上测试的动物颜色不同的哑光颜色 (例如, 如果测试白色动物, 则为黑色)。动物与圈地的对比度越好, 对动物的检测就越好, 获得的结果 (距离覆盖、速度、跟踪) 的可靠性和精度就越高。epm 仪器由哑光灰色材料制成, 适用于白色、黑色、白色和黑色动物。

视频跟踪系统的另一个优点是, 除了 epm 之外, 它还提供了一种灵活而简单的方法来设置它与各种各样的行为测试, 如水迷宫, 开田, 普鲁斯马克阿玛, 地方偏好, 强制游泳和尾部悬浮试验。

总之, 本文的目的是描述 epm 测试与视频跟踪软件相结合, 收集和分析行为改变, 以响应新的抗焦虑治疗。epm 的可能应用包括预先创造新开发的用于治疗与焦虑有关的疾病的药理剂。除了抗焦虑和抗焦虑剂外, 还可以研究不同激素和药物滥用的行为效果。还可以评估老化和暴露于各种压力源的影响。这项研究得出的结论是, 当采取适当的步骤, 使用 epm 已被证明是一个敏感的方法, 以评估与酮补充 18,20相关的行为变化。

Disclosures

d ' agostino, d. p., kesl, s., arnold, p. 组成和方法产生高架和持续的酮症。国际专利 # pct® us2014/031237。南佛罗里达大学。

ari, c., d ' agostino, d. p., 外源酮补充剂, 以减少与焦虑有关的行为。临时专利 #62289749。南佛罗里达大学。

dominic p. d ' agostino 和 csilla ari 是 ketone technologies llc 公司的共同所有者。

这些利益由大学根据其机构和个人利益冲突政策进行审查和管理。所有作者都声明不存在其他利益冲突。

Acknowledgments

这项工作得到了匈牙利国家发展局 (根据赠款编号) #6143113500 的 onr grant n000141310062 和的 glut1d 基金会赠款 (致多米尼克 p. d ' agostino) 的支持。TIOP-1.3.1.-07/2-2F-2009-2008;和退伍军人事务部 (致马克·金迪)。作者希望感谢 quest 营养有限责任公司支持正在进行的关于这一主题的研究 (对 csilla ari)。

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Elevated Plus Maze for mice and rats Coulbourn Instruments H10-35-EPM
SMART Video Tracking Software Harvard Apparatus SMART 3.0

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Pellow, S., Chopin, P., File, S. E., Briley, M. Validation of open : closed arm entries in an elevated plus-maze as a measure of anxiety in the rat. Journal of Neuroscience Methods. 14, (3), 149-167 (1985).
  2. Walf, A., Frye, C. The use of the elevated plus maze as an assay of anxiety-related behavior in rodents. Nature Protocols. 2, (2), 322-328 (2007).
  3. Barnett, S. A. The rat: A study in behavior. University of Chicago Press. Chicago, IL. (1975).
  4. Handley, S. L., Mithani, S. Effects of alpha-adrenoceptor agonists and antagonists in a maze-exploration model of 'fear'-motivated behaviour. Naunyn Schmiedebergs Archives. In Pharmacology. 327, (1), 1-5 (1984).
  5. Montgomery, K. C. The relation between fear induced by novel stimulation and exploratory behavior. Journal of Comparative Physiology and Psychology. 48, (4), 254-260 (1955).
  6. Sarkisova, K. Y., Midzianovskaia, I. S., Kulikov, M. A. Depressive-like behavioral alterations and c-fos expression in the dopaminergic brain regions in WAG/Rij rats with genetic absence epilepsy. Behavioral Brain Research. 144, (1-2), 211-226 (2003).
  7. Jain, N., Kemp, N., Adeyemo, O., Buchanan, P., Stone, T. W. Anxiolytic activity of adenosine receptor activation in mice. British Journal of Pharmacology. 1116, (3), 2127-2133 (1995).
  8. Paslawski, T., Treit, D., Baker, G. B., George, M., Coutts, R. T. The antidepressant drug phenelzine produces antianxiety effects in the plus-maze and increases in rat brain GABA. Psychopharmacology (Berlin). 127, (1), 19-24 (1996).
  9. Florio, C., Prezioso, A., Papaioannou, A., Vertua, R. Adenosine A1 receptors modulate anxiety in CD1 mice. Psychopharmacology (Berlin). 136, (4), 311-319 (1998).
  10. Engin, E., Treit, D. The effects of intra-cerebral drug infusions on animals' unconditioned fear reactions: a systematic review. Progress in Neuro-Psychopharmacology & Biological Psychiatry. 32, (6), 1399-1419 (2008).
  11. Botton, P. H., et al. Aged mice receiving caffeine since adulthood show distinct patterns of anxiety-related behavior. Physiology and Behavior. 170, 47-53 (2017).
  12. Hughes, R. N., Hancock, N. J., Henwood, G. A., Rapley, S. A. Evidence for anxiolytic effects of acute caffeine on anxiety-related behavior in male and female rats tested with and without bright light. Behavioural Brain Research. 271, 7-15 (2014).
  13. Rex, A., Marsden, C. A., Fink, H. Effect of diazepam on cortical 5-HT release and behaviour in the guinea-pig on exposure to the elevated plus maze. Psychopharmacology (Berlin). 110, (4), 490-496 (1993).
  14. Almeida, S. S., Garcia, R. A., de Oliveira, L. M. Effects of early protein malnutrition and repeated testing upon locomotor and exploratory behaviors in the elevated plus-maze. Physiology of Behaviour. 54, (4), 749-752 (1993).
  15. Bertoglio, L. J., Carobrez, A. P. Behavioral profile of rats submitted to session 1-session 2 in the elevated plus-maze during diurnal/nocturnal phases and under different illumination conditions. Behavioural Brain Research. 132, (2), 135-143 (2002).
  16. Korte, S. M., De Boer, S. F. A robust animal model of state anxiety: fear-potentiated behaviour in the elevated plus-maze. European Journal of Pharmacology. 463, (1-3), 163-175 (2003).
  17. Carobrez, A. P., Bertoglio, L. J. Ethological and temporal analyses of anxiety-like behavior: the elevated plus-maze model 20 years on. Neuroscience & Biobehavioural Reviews. 29, (8), 1193-1205 (2005).
  18. Ari, C., et al. Exogenous ketone supplements reduce anxiety-related behavior in Sprague-Dawley and Wistar Albino Glaxo/Rijswijk rats. Frontiers in Molecular Neuroscience. 9, 137 (2016).
  19. D'Agostino, D. P., et al. Therapeutic ketosis with ketone ester delays central nervous system oxygen toxicity seizures in rats. American Journal of Physiology: Regulation Integration and Comparative Physiology. 304, (10), R829-R836 (2013).
  20. Kovács, Z., D'Agostino, D. P., Ari, C. Anxiolytic effect of exogenous ketone supplementation is abolished by adenosine A1 receptor inhibition in Wistar Albino Glaxo/Rijswijk rats. Frontiers in Behavioral Neuroscience. 12, 29 (2018).
  21. Lynn, D. A., Brown, G. R. The ontogeny of anxiety-like behavior in rats from adolescence to adulthood. Developmental Psychobiology. 52, (8), 731-739 (2010).
  22. Ferguson, S. A., Gray, E. P. Aging effects on elevated plus maze behavior in spontaneously hypertensive, Wistar-Kyoto and Sprague-Dawley male and female rats. Physiology of Behavior. 85, (5), 621-628 (2005).

Comments

0 Comments


    Post a Question / Comment / Request

    You must be signed in to post a comment. Please sign in or create an account.

    Usage Statistics