用小鼠训练和社会观察教老鼠主动改变笼子

摘要

本协议介绍了一种通过发声训练对大鼠进行笼型改变的方法。大鼠不仅通过直接训练, 而且通过观察性学习来学习所期望的行为。实施这一快速而简单的协议可能有助于改善啮齿动物设施的福祉和卫生。

摘要

笼式清洗是一种常规执行的畜牧程序, 已知在实验大鼠中诱发压力。由于压力会对幸福产生负面影响, 并可能影响研究结果的可比性和重现力, 因此应尽量减少和避免实验动物所承受的压力。此外, 大鼠和动物看守人在笼中的直接接触会造成卫生风险, 因此可能对大鼠的福祉和研究的质量产生负面影响。

我们的协议旨在改进常规执行的笼型更换程序。为此, 我们提出了一个可行的协议, 使大鼠通过发声训练和观察, 自愿地改变到一个干净的笼子学习。这项培训有助于减少因身体紊乱和与笼子变化有关的处理而引起的压力, 同时可以减少动物和动物看管者在训练阶段完成后的直接接触。

对大鼠进行点对中训练的实现是快速而简单的。大鼠通常对训练感兴趣, 并有效地学习所需的行为, 这就需要通过管子改变笼子。即使没有训练, 老鼠也学会通过观察来执行所期望的行为, 因为80% 的观察学习小组在测试时成功地改变了笼子。培训进一步有助于建立一个教练和动物之间的信任关系。由于卫生和福祉在动物实验中都非常重要, 本议定书也可能有助于改进高质量的研究。

引言

常规程序可能导致实验室动物的压力^1,2,3,4。结果表明, 笼型改变确实增加了^4、5、6大鼠的心血管参数和一般活动。这种压力反应至少可以部分归结于与笼型变化过程相关的物理干扰和处理, 而不是新的陌生环境^2,4。特别重要的是压力对被视为动物的福祉的负面影响⁷。此外, 压力还会诱发行为和其他身体参数的变化, 包括自主神经系统、神经内分泌系统和免疫系统。因此, 压力通常被称为在动物实验中出现意外偏差的可能来源, 应尽量避免在高质量的动物研究^7,8。减少实验动物压力的一种方法是训练。训练动物通常是一个非常有用的工具, 实验室动物管理, 事实上, 要求欧盟指令 2010/63/欧盟⁹。训练可以作为一种充实的形式, 有助于为实验准备动物;因此, 培训有助于维持和提高实验室设置^10、11、12的福祉。一种可能的训练方法是正强化训练 (PRT)。PRT 是一种操作性条件反射调节的形式, 奖励 (例如,食物奖励) 与所需行为¹³联系在一起。这种形式的训练已经在非人类灵长类动物的实验室设置中普遍使用, 以减轻压力并增进福祉, 并在其他各种动物物种^10、13中得到普及^{, 14,15,16}。自愿运动培训也经常用于畜牧业管理^17、18、19。PRT 不仅是与动物合作的有用工具;它同样有利于动物的福祉, 无论训练的行为是否直接使用²⁰。这里所描述的正强化训练协议旨在通过给予鼠自愿参与程序的机会, 避免在例行执行笼式改变期间出现任何形式的压力。

除了对动物可能造成的压力外, 动物设施的工作流程始终为维持卫生状况提供了陷阱, 特别是在实验室动物和动物照料者之间的直接接触有卫生风险的情况下污染。在专门从事啮齿动物的动物设施中, 将动物从脏物转移到干净的笼子里, 可以提供经常性和高工作量。此程序通常包括动物和人类之间的直接接触, 因此代表一个卫生风险因素, 由于可能转移的病原体在人类皮肤上定居²¹。除了从其他动物载体转移, 致病和非致病生物侵入动物设施最频繁地通过人类^22,23。由于减少的健康与减少的福祉相关, 甚至亚临床感染可能是 nonreproducible 实验结果的原因, 这应该清楚地避免^24,25。在这个帐户上, 训练动物到自愿改变笼子进一步使笼的传导变化在训练后几乎没有任何直接接触动物和动物看守, 从而降低了潜在的卫生风险, 同时执行实验程序。

我们训练大鼠主动更换网箱的协议, 可以作为实验室大鼠管理的一个有用工具, 它将训练作为一种认知充实的形式与日常工作的表现联系起来。因此, 我们的议定书是一种动物友好的程序, 有助于提高实验动物设施中大鼠的福祉。由于笼子在训练阶段可以在动物和动物看守者之间几乎没有任何直接接触的条件下进行改变, 它可能还有助于保持高水平的卫生水平, 从而进一步改善动物研究。

研究方案

根据欧洲、国家和机构对动物护理的指导方针, 对大鼠和实验程序进行处理。

1. 驯化和习惯性习惯

注意: 如果不运送大鼠, 可以减少驯化和习惯性时间。对于无创识别, 颜色的尾巴与皮肤友好标记。

1. 周 1: 驯化
   注意: 两个会话应在第一个星期, 一个在抵达当天和第二个2天后到达。
   1. 在老鼠到来的那天:
      1. 把两个老鼠转到他们新的家庭笼子里。转移一些旧的嵌套和床上用品的材料, 以及一些他们熟悉的食物颗粒, 以方便习惯到新的环境。
      2. 避免用尾巴举起老鼠。如果可能的话, 把一只手放在腹部或胸部周围, 另一只手支撑大鼠的后腿来举起它们 (图 1)²⁶。
   2. 抵达日后两天:
   3. 打开老鼠的家笼, 把手放在笼子里。让老鼠嗅探手。如果老鼠试图从笼子里出来, 通过轻轻地把它们放回笼子里来阻碍他们。在接下来的四分钟内继续执行此过程。
   4. 如果老鼠害怕, 不开始探索他们的环境, 重复这个过程每天一次, 直到老鼠开始探索。在这种情况下, 可能需要对遥控器进行习惯。
      注意: 老鼠用他们所有的感官探索新事物, 所以经过一段时间后, 他们会认识到相同的实验者是熟悉的。它可能会发生, 老鼠做口头探索的手, 但它不应该以侵入性的方式。如果发生这种情况, 手必须慢慢地带走, 以确保手套不会被破坏。
   5. 将小块的预期食物奖励添加到家庭笼中。
      注: 食物奖励必须符合实验室动物营养的要求。在本协议中, 使用白巧克力 (在注射器末端举行), 但其他食物, 如干果, 新鲜水果或谷物, 是可能的。如果动物设施卫生要求需要特殊条件, 则有各种供应商为实验室动物提供治疗。最健康的选择是可取的, 但高脂肪和高糖的混合可能给动物一个更大的动机参与。
2. 2周: 对科学家和食物奖励的习惯性习惯
   1. 继续与居住的手和食物奖励开始在前一周。将交互时间限制为每天两分钟。
   2. 在老鼠非常着急的情况下, 可能需要习惯于发声。
      1. 若要评估此行为, 请在1天的会话后每隔五秒单击一次。如果老鼠与恐惧相关的行为发生反应, 则该遥控器必须习惯。
      2. 要使其习惯于遥控器, 请单击五次, 而老鼠会在会话结束后使用放置在笼子中的奖励。当老鼠不再显示任何与恐惧有关的行为时, 就会立即完成对遥控器的习惯。
3. 周 3: 习惯于激烈的处理
   1. 在三天, 开始举起或抚摸老鼠几秒钟, 慢慢延长时间 (每只老鼠最多两分钟)。停止, 如果老鼠显示任何厌恶迹象, 如冻结, 躲避或隐藏。
   2. 在四和五天, 结束在发痒的处理, 如克卢捷等所述。(2012)。²⁷
      注意: 一个成功的习惯的指标, 例如, 老鼠服用的食物奖励, 如果它是由手或大鼠接近手, 探索它, 或触摸它。

2. 遥控器训练

注意: 训练课程需要四分钟, 由30秒的训练间隔和15秒的休息时间组成。在暂停期间删除任何添加的材料。观察鼠可以自由地做它想要做的事情, 并且允许它参与并消耗奖励, 但焦点只在其他老鼠身上。在五天的一天, 所有的老鼠都被逗乐了。为了训练的成功, 实验者必须注意动物的行为, 并以平静的方式行事。训练很大程度上取决于实验者的时间和观察能力。训练中不会出现口头反馈, 与动物的口头交流可能只是在会话之外发生。学习所需行为的指标是行为的重复。

1. 制备
   1. 准备所需的材料, 如奖励, 摇杆/目标棒组合, 定时器, 清洁笼, 金属管, 以及任何其他特定的训练材料。
   2. 把家庭笼子转到一个安静的地方。
   3. 从保持架中移除所有项目。只有两只老鼠 (训练有素和观察者) 和寝具材料应留在笼子里。
2. 培训日 1: 建立主要和次要增强剂之间的联系
   1. 在家里的笼子里放一条短隧道, 最好是老鼠熟悉的。
   2. 等到老鼠坐在隧道里, 然后用赏金喂老鼠。
      注: 如果在训练情况下不进食鼠, 应延长或调整适应期。
   3. 一旦老鼠表现出对奖赏的兴趣, 并即将开始啃赏, 点击然后让老鼠喂食奖励。为了确保两个强化的配对成功, 重复点击然后奖励15秒。在第一个培训课程中至少执行两次此操作。
   4. 如果老鼠确实参与了, 检查主要和次要增强剂之间建立连接的迹象。该分类的主要标准是对食物奖励的估计, 这是由老鼠嗅探, 环顾四周, 并在手, 提供食物奖励或提升到其后腿, 以寻找奖励 (图 2)。如果发生这种情况, 请继续下一部分;否则, 重复 "训练日 1"
3. 训练日2至 5: 穿过短隧道
   注: 训练课程由30秒训练的交替阶段和15秒的休息时间四分钟组成。
   1. 放置与第一个使用/原始隧道相同的材料的短隧道, 将连接在主笼中的两个保持架。
   2. 启动计时器, 并立即从训练的前30秒开始。
      1. 当老鼠第一次进入隧道时, 在隧道的尽头呈现奖励。一旦老鼠进入隧道, 点击并让老鼠吃奖励。
      2. 拿走食物奖励, 等到老鼠再次对隧道感兴趣。一旦鼠进入隧道, 并在隧道的末端显示奖励 (图 3), 请立即单击。
      3. 训练30秒后, 添加15秒休息时间 (删除隧道)。
   3. 重复30秒的训练, 随后的15秒休息四分钟。
   4. 如果老鼠显示所需的行为超过一分钟四次, 停止点击, 只是奖励与主增强剂。
   5. 四分钟后停止。
4. 训练周 2: 触摸目标棒
   1. 启动计时器, 并立即从训练的前30秒开始。每15秒添加一次休息, 然后继续训练。
   2. 将目标棒的地球仪放在老鼠附近。
   3. 一旦老鼠在地球上表现出兴趣, 点击并奖励老鼠。重复这几次。
   4. 如果老鼠在地球上表现出的兴趣超过每分钟四次, 那么接下来要加强的行为就是 "用鼻子触摸地球"。
   5. 如果老鼠重复这种行为超过四次一分钟, 停止点击, 只是奖励与主要增强剂。
   6. 四分钟后停止。
5. 训练周 3 (五天) 和周 4 (三天): 通过隧道更改笼子
   注意: 在这里, 只有穿过隧道向清洁笼加强。4周的培训缩短至三个培训日。这段时间已经足以训练成功, 并为进一步的实验提供了额外一天的评估或数据记录的机会。
   1. 通过插入一个较长的版本的隧道已经熟悉的大鼠, 建立一个连接在家庭笼子和一个新的清洁笼子之间的隧道。
   2. 在第一天, 不进行训练, 只是让老鼠检查隧道。有一个很好的机会, 他们甚至会转移到它自己。
   3. 第二天, 给老鼠两分钟的时间通过隧道从肮脏的到干净的一面。如果老鼠通过隧道自由转移, 跳到步骤2.5.8。
   4. 否则, 开始前30秒训练课程 (在30秒的训练和15秒休息之间交替) 四分钟。
   5. 点击并奖励鼠, 一旦它显示了对隧道的兴趣。
   6. 继续点击并奖励进入隧道的入口。
   7. 继续点击和奖励, 如果老鼠在隧道更深。
   8. 继续以类似的方式, 直到老鼠穿过整个隧道。一旦老鼠开始在隧道的末端窥视到干净的笼子里, 就会呈现目标棒的地球仪, 点击, 并奖励触摸地球。
   9. 最后, 引导鼠离开隧道。对于这个过程, 使用目标棒的地球仪。在隧道前方展示地球, 并在新笼子里一步一走, 并在触摸地球时立即奖励老鼠。
   10. 把老鼠转移回 "肮脏的" 家笼。将一只手放在腹部或周围的胸部, 另一只手支撑大鼠的后腿来举起它们 (图 1)。将目标棒的地球仪呈现在清洁笼的中心。点击并奖励当老鼠穿过隧道并接触目标杆 (图 4)。
   11. 如果老鼠重复的行为超过一分钟四次, 停止点击, 只是奖励与主增强剂。
   12. 四分钟后停止。

结果

这项训练是对十名女性李斯特帽 (LD) 大鼠进行的。十未经训练, 但温和处理的雌性 LD 鼠作为对照组。温和的处理意味着老鼠只被他们的身体举起, 而不是在尾巴的底部举起。为了评估观察的学习, 我们增加了一组10只雌性 LD 大鼠, 这些老鼠没有受过训练, 而是被训练的大鼠保持笼型配合, 能够观察训练。所有的老鼠都完成了驯化和习惯性的处理。训练包括通过金属管移动到一...

讨论

上文所述的协议是我们以前描述的用于实验室小鼠的¹⁰号训练方案的一个有用的扩展应用。该实施只需要每天几分钟, 总共七周, 包括驯化, 习惯和唱歌训练。为了可行性, 本协议仅限于每周几周, 每对老鼠的会话时间约为十分钟。该协议在大型大鼠群体中的建立是很耗时的, 但如果动物被指定为长期试验或育种者, 它可以帮助改善笼子长期变化的过程。此外, 在进行实验时减少干扰?...

材料

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