The Hole Consiglio Modified - Behavior, Cognition e l'interazione sociale in topi e ratti di misura

Riepilogo

This protocol describes the modified hole board, which is a behavioral test set-up that comprises the characteristics of an open field and a traditional hole board. This set-up enables the differential analysis of unconditioned behavior of small laboratory mammals as well as the analysis of cognitive abilities.

Abstract

Questo protocollo descrive la scheda buco modificata (MHB), che combina le caratteristiche di una scheda buco tradizionale e in campo aperto ed è progettato per misurare molteplici dimensioni del comportamento incondizionato a piccoli mammiferi di laboratorio (ad esempio, topi, ratti, toporagni albero e piccoli primati). Questo paradigma è una valida alternativa per l'uso di una batteria di prova comportamentale, dal momento che un ampio spettro comportamentale profilo comportamentale di un animale può essere studiata in un singolo test.

L'apparecchiatura è costituita da una scatola, che rappresenta l'area 'protetta', separate da un compartimento gruppo. Una tavola, in cui piccoli cilindri sono sfalsate in tre linee, è posto al centro della scatola, che rappresenta l'area 'non protetta' del set-up. Le capacità cognitive degli animali possono essere misurati con il tasso di adescamento dei cilindri sulla scheda e misurando la memoria di lavoro e di riferimento. Altro comportamento incondizionato, come activity-Related-, ansia Correlate e il comportamento sociale, si può osservare con questo paradigma. Flessibilità comportamentale e la capacità di abituare ad un nuovo ambiente possono inoltre essere osservate sottoponendo gli animali a più prove in MHB, rivelando spaccato capacità di adattamento degli animali.

A causa di testare gli effetti dell'ordine in una batteria di prova comportamentale, animali naive dovrebbero essere utilizzati per ogni singolo esperimento. Testando molteplici dimensioni comportamentali in un unico paradigma e quindi aggirare questo problema, il numero di animali sperimentali utilizzati è ridotto. Inoltre, evitando l'isolamento sociale durante il test e senza la necessità di alimentare privare gli animali, la MHB rappresenta un sistema di prova comportamentale, inducendo eventuali bassissima quantità di stress.

Introduzione

La scheda buco modificata (MHB) viene utilizzato per valutare molteplici dimensioni del comportamento incondizionata, soprattutto in topi e ratti ^1. Un certo numero di prove ampiamente utilizzati misurare un singolo parametro comportamentale che non copre completamente l'intero fenotipo di una dimensione comportamentale. Il MHB è stato sviluppato sulla base del concetto che i roditori possono mostrare il loro ricco repertorio comportamentale solo in un ambiente di test ricco ² e permette quindi di osservazioni etologiche complesse.

Il set-up comprende le caratteristiche del bordo del foro tradizionale e il test a campo aperto, risultando in un unico paradigma complesso che superi gli svantaggi di una batteria di test (ad esempio, nel ridurre il numero di animali usato ^1,3,4, aggirando la possibili effetti di ordine di prova ^5, e riducendo il tempo-effetto e costi ^6). In contrasto con la maggior parte dei test comportamentali (ad esempio, Hånell & Marklund, 2014) ^{7 <}/ Sup>, un vantaggio della MHB è che gli animali non hanno bisogno di essere cibo privati ​​per aumentare la motivazione per risolvere il compito. Inoltre, l'isolamento sociale può essere eluso durante la prova mettendo compagni di gruppo dell'animale sperimentale in un (gruppo-) vano separato dal vano di prova da un setto forato trasparente, consentendo visivo, uditivo e olfattivo contatto ^8,9.

Il MHB è stato (farmacologicamente) validato sia per topi e ratti ^1,6. Una vasta gamma di comportamenti può essere misurata, come comportamento di evitamento, la valutazione del rischio, l'eccitazione, l'esplorazione, l'attività locomotoria, assuefazione, affinità sociale e cognizione ^2,8-10. Inoltre, il MHB può essere combinato con un test di inibizione dell'assunzione di cibo, così come romanzo oggetto test di riconoscimento ^10,11. Infine, il MHB può anche essere usato per eseguire esperimenti di stress sociali testando animali socialmente vinti ponendo l'individuo dominanteil vano gruppo ^12,13. Questo protocollo per topi e ratti darà una panoramica delle molteplici applicazioni del MHB.

Protocollo

NOTA: Gli esperimenti sono stati approvati dal Comitato di sperimentazione animale della University Medical Center Utrecht e Università di Utrecht, Paesi Bassi. Inoltre, gli esperimenti sugli animali hanno seguito i principi della cura degli animali da laboratorio e si riferiscono alle linee guida per la cura e l'uso dei mammiferi in Neuroscienze e Behavioural Research. ²⁵

1. set-up sperimentale

NOTA: L'apparato standard di MHB composto da una scatola PVC grigio sperimentale (100 x 50 x 50 cm) separati da un vano aggiuntivo (50 x 50 x 50 cm) in cui i compagni di gruppo dell'animale sperimentale possono essere posizionati durante il periodo di prova da un trasparente, setto forato ^1. Se la presenza di compagni di gruppo è indesiderato o se gli animali ospitati sono testati singolarmente, sostituire la partizione trasparente da una parete in PVC grigio (Figura 1;. Vedi anche Ohl et al (2001) ^1). Il MHB (with diverse misure) utilizzati per i test cognitivi sono descritti nel capitolo 5 del protocollo.

1. Posizionare la scheda (60 x 20 x 0,5 cm, in PVC grigio) al centro della scatola.
   NOTA: La scheda può contenere 20 cilindri (ᴓ 1,5 cm) ¹⁴ sfalsati in due linee o 23 cilindri (ᴓ 3 centimetri) ⁸ sfalsati in tre linee.
2. Dividere l'area intorno al bordo da linee nere in 10 rettangoli (20 x 15 cm) e 2 piazze (20 x 20 cm).
3. Posizionare una luce fase sopra il bordo per creare un contrasto maggiore dell'intensità della luce tra la scheda (che rappresenta un'area protetta confrontabile con il centro di un campo aperto o nel vano luce di una prova di transizione luce-buio) e la scatola (area protetta) al fine di aumentare il carattere repulsivo del consiglio di amministrazione ^4,8.
4. Casa gli animali sotto un 12 hr invertito ciclo giorno-notte (ad esempio, luci spente alle 7:00 e luci su alle 7:00 PM).
   NOTA: Tuttavia, il MHB può ancheDa usare sotto la pianificazione luce convenzionale (vedi la discussione sui potenziali difetti) ^1,6.
5. Eseguire il test comportamentali nella fase più attiva degli animali (ad esempio, 10:00-2:00) ^4,15.
6. Mantenere un periodo di adattamento di due settimane dopo l'arrivo degli animali nelle strutture. Durante questo periodo ha la stessa persona che effettua l'esperimento comportamentale di gestire gli animali quattro volte a settimana e comprendono tutte le procedure di trattamento da eseguire durante la prova vera e propria. Maniglia gli animali esclusivamente durante il tempo del giorno in cui gli animali saranno esposti a test in seguito.
7. Registrare le sperimentazioni per la conservazione dei dati sul video e al fine di ottimizzare i risultati e ridurre la variabilità dell'osservatore inter, praticare il punteggio comportamentale con una registrazione video di esperimenti precedenti ^2. Assicurati di standardizzare tutte le azioni e le procedure eseguite dall'osservatore.

2. Behavioral Testing - senza la presenza di compagni di gruppo

1. Eseguire test comportamentali in camera gli animali sono alloggiati in regolarmente (per evitare eventuali effetti di trasporto in una posizione di test) e installare tutte le apparecchiature di test prima dell'arrivo degli animali nelle strutture (abituare gli animali alla presenza dell'apparecchio).
2. Sollevare l'animale dalla base della coda dalla gabbia casa e direttamente posizionarlo nella MHB.
3. Inserire ogni animale nell'apparato nello stesso angolo di fronte alla parete (come indicato in Figura 1).
4. Lasciare che l'animale di esplorare liberamente la MHB per un periodo di tempo (spesso 5 min ^1,6,16-18).
5. Hai un osservatore esperto in diretta i parametri comportamentali che utilizzano software comportamentale punteggio. Utilizzare i parametri elencati nella tabella 1.
   Nota: alcuni parametri comportamentali (ad esempio, a motore e il comportamento esplorativo) potrebbero essere lanciati automaticamente come ad esempio, Discusso da Henry et al. (2010) ^19, dopo necessaria regolazione del MHB.
6. Pulire l'apparecchio con acqua corrente e un tovagliolo di carta dopo ogni prova per evitare una polarizzazione basata su stimoli olfattivi.
   NOTA: Possibili effetti testing ordine quando prova gli animali sistemati devono essere tenuti in conto ^17,20.

3. Behavioral Testing - in presenza di Gruppo Mates

1. Nel caso della stabulazione in gruppo, misurare l'interazione con il suoi compagni di gabbia durante la sperimentazione animale sperimentale e.
   1. Posizionare i compagni di gruppo nel vano gruppo prima del test l'animale sperimentale per consentire assuefazione (principalmente 10-30 min ^1,12).
      NOTA: Test in condizioni socio-stress è possibile, sistemando una gabbia compagno dominante nel vano gruppo quando si verifica un socialmente sconfitto individuale ^13.
   2. Posto l'animale sperimentale nel vano di prova e lasciarlo liberoly esplorare il MHB come descritto nella sezione 2.
      NOTA: Possibili effetti testing ordine quando prova gli animali sistemati devono essere tenuti in conto ^17,20.
   3. Hai un osservatore esperto in diretta i parametri comportamentali che utilizzano software comportamentale punteggio. Utilizzare i parametri elencati nella tabella 1.
   4. Pulire l'apparecchio con acqua corrente e un tovagliolo di carta dopo ogni prova per evitare una polarizzazione basata su stimoli olfattivi.

4. Novel Object Recognition and Food Intake Inibizione

1. Familiarizzare gli animali con un oggetto (ad esempio un dado o un pellet di cibo) nella loro gabbia home 2 giorni prima dell'esperimento.
2. Inserire l'oggetto familiarità nella apparecchiatura 2 cm di distanza da un oggetto romanzo (ad esempio un bullone o cibo non familiare) nell'angolo di fronte al punto di partenza.
3. Misurare il tempo che l'animale porta ad avvicinarsi al romanzo e familiare oggetti / cibo. Utilizzare i parametri in Tabella 1.
4. Pulire l'apparecchio con acqua corrente e un tovagliolo di carta dopo ogni prova per evitare una polarizzazione basata su stimoli olfattivi.

5. test cognitivi

1. Inserire un bordo inferiore (35 x 22 x 1 cm) con 10 cilindri nel mezzo della scatola (Figura 1) per testare ratti ^3,22. Ridurre la scatola di dimensioni 50 x 50 cm per testare topi ²¹ inserendo una partizione in PVC grigio.
2. PROFUMO tutti i cilindri con un sapore animali vengono attratti (ad esempio, vaniglia) e esca tutto con una ricompensa (ad esempio, un pezzo di mandorla, un premio altamente appetibile per topi e ratti) sotto una griglia in modo che gli animali non possono rimuoverlo.
3. Cilindri Cue (spesso tre) con un anello colorato (in contrasto con il PVC grigio) e li esca con una ricompensa rimovibile (ad esempio, 0,05 g pezzo di mandorla).
4. Familiarizzare gli animali con la ricompensa giornaliera nei 2 giorni prima l'esperimentoloro gabbia a casa, offrendo con le pinzette e fare in modo che gli animali mangiano.
5. Hai un osservatore esperto in diretta i parametri comportamentali che utilizzano software comportamentale punteggio. Misurare i parametri elencati nella Tabella 2 in aggiunta ai parametri comportamentali menzionati nella sezione 2 (Tabella 1), ad eccezione dei parametri relativi al rilevamento di oggetti o assunzione di cibo inibizione.
6. Fase 1: Con ogni animale, effettuare quattro prove al giorno con un intervallo inter-trial costante (ad esempio, 30-60 min) fino ad una costante di tempo per completare un processo viene raggiunto (cioè, quando tutti e tre pezzi di mandorla sono stati raccolti).
7. Fase 2: Cue e esca tre cilindri diversi e pongono gli animali nel setup per quattro prove per testare la capacità di apprendimento di inversione.
8. Pulire l'apparecchio con acqua corrente e un tovagliolo di carta dopo ogni prova per evitare una polarizzazione basata su stimoli olfattivi.

Risultati

La grande quantità di parametri che possono essere misurati in MHB rendono questa configurazione particolarmente adatto a misurare molteplici dimensioni comportamentali. Un esempio è l'identificazione di adattamento comportamentale ad un ambiente romanzo di esposizione ripetuta alla prova. . Salomons et al (2010) hanno studiato l'abitudine di due ceppi di topi inbred (BALB / CJ e 129P3 / J) al MHB in due diverse condizioni di luce (luce rossa: il contrasto tra scatola e pensione: 45 lux contro luce bianca: contrasto tra scatola e cartone: 115 lux (vedere anche il paragrafo 1.3 del protocollo)) ^4. Topi BALC / CJ mostrano una diminuzione (abituare) latenza fino alla prima voce di pensione (vedi tabella 1), in condizioni di luce rossa, come mostrato in Figura 2A. Contrastingly, 129P3 / J topi mostrano alcun segno di assuefazione su prove. La figura 2B mostra l'esperimento in condizioni di luce bianca. Topi BALB / CJ mostrare più una latenza riduzione della prima voce tavola su prove anche se che l'unanimals mostrano un modello assuefazione più lento rispetto alla condizione di luce rossa. Topi 129P3 / J non solo mostrare più compromessa assuefazione, ma anche una tendenza verso sensibilizzazione sotto la condizione di luce bianca. Allo stesso modo, in uno studio di Salomons (2012) 129P2 / OlaHsd topi hanno mostrato una flessibilità comportamentale alterata in risposta rispetto novità a BALB / cOlaHsd topi ^23. La differenza nella capacità assuefazione diventa così evidente tra due ceppi inbred di topi durante il test in MHB ^4.

La versione cognitiva del MHB può ad esempio essere utilizzata per misurare disturbi cognitivi nei topi. Van der Kooij et al. (2010) usato questo set-up per misurare il funzionamento cognitivo di C57BL / 6J con lieve cerebrale ipossia-ischemia (45 min di ipossia; HI-45), grave HI (75 min di ipossia; HI-75) e verso sham- topi di controllo ^9. La possibilità di effettuare le prove (cioè, per i fori innescati meno di 5 min) è mostrato in Figura 3A. Il numero di errori di memoria a breve termine (rivisita a un foro esca), errori di memoria a lungo termine (visite a un buco non esca) e gli errori di omissione (nessuna visita a un buco esca) sono mostrati in figura 3B-D rispettivamente.

Per confermare che il gruppo HI-45 non ha avuto deficit cognitivo, questo gruppo è stato testato contro i finti-controlli in un compito di inversione. I tre fori esca sono stati nominati per tre cilindri differenti e gli animali sono stati testati per 4 prove. L'effetto di inversione diventa evidente quando si confrontano l'ultima prova della prima fase con il primo processo di inversione di fase. La durata di completare le quattro prove inversione fornisce un'indicazione sulle prestazioni complessive. La Figura 4 mostra la latenza per completare il processo per entrambi i gruppi e un chiaro effetto complessivo del trattamento è evidente. Ciò significa che nel compito di inversione esiste effettivamente una perdita di flessibilità cognitiva (re-learning) nel gruppo HI-45 che sia venuto rilevabile utilizzando il MHB ^9.

Figura 1. Schema della scheda buco modificato. (A) Il set-up è composto da un vano di prova (box) con in mezzo il (non protetto) scheda indicata con linee a zig-zag e il vano gruppo. = Romanzo oggetto, = Oggetto familiare, = Punto di partenza. (B) Schema della versione cognitiva della scheda buco modificato per topi. (C) Vista laterale di un cilindro usati nella versione cognitiva della scheda buco modificato. Un pezzo di mandorla è disposto sotto la griglia di tutti i cilindri.target = "_ blank"> Clicca qui per vedere una versione più grande di questa figura.

Figura 2. La luce rossa o condizioni di luce bianca. (A) Latenza fino prima voce di bordo (media + SEM) di BALB / CJ e 123P3 / J topi misurati in condizioni di luce rossa (scatola 0-5 lux e pensione 45 lux). A ripetute misure ANOVA con regolazione Huyn-Feldt rivelato un ceppo (P = 0.025), studio (p <0.001) e studio di interazione x ceppo (P <0,001) effetto post hoc analisi:. Tra ceppi: * = p <0,0026, tra due prove consecutive: $ = P <0,0026 (BALB / CJ) (B) La latenza del primo ingresso scheda (media + SEM) in condizioni di luce bianca (scatola 0-5 lux e bordo 120 lux).. A ripetute misure ANOVA con regolazione Huyn-Feldt rivelato un ceppo (P = 0,031), studio (p <0.001) e studio di interazione x ceppo (P <0,001) effe. ct analisi post hoc: tra i ceppi: * = p <0,0026, tra due prove consecutive: $ = P <0,0026 (BALB / CJ) e T = P <0,0026 (123P3 / J). Questa cifra è stata modificata da Salomons et al. 2010 ^4. Clicca qui per vedere una versione più grande di questa figura.

Figura 3. test cognitivi nella MHB (fase 1). Tutte le cifre mostrano media + SEM. (A) La latenza di completare il processo (sec) dei topi sham-controllo, HI-45 e HI-75. (B) Numero di errori di omissione, visite foro (C) non esca e (D) rivisita per fori innescati. * = P <0.05, ** = P <0,01, *** = P <0.001 vs sham HI-75, # = P <0.05, ## = P <0.01, ### = P <0.001HI-45 vs HI-75. Questo dato è stato modificato da van der Kooij et al. 2010 ^9. Cliccate qui per vedere una versione più grande di questa figura.

Figura 4. Reversal apprendimento compito (fase 2). La latenza per completare un processo (sec) nel compito di inversione di apprendimento (media + SEM). Effetti di prova: # = P <0.05, ## = P <0.01 (primo compito inversione di prova vs. precedente processo). Effetto del trattamento: * = P <0.05, ** = P <0.01 (HI-45 vs sham). Questo dato è stato modificato da van der Kooij et al. 2010 ^9.

Sistema	Attività	Parametro misurato
Avoio ballo	Ingresso Consiglio	Frequenza, la latenza (s), la durata (%) e la durata media (s) sulla scheda
Valutazione del rischio	Attends allungato	Frequenza e latenza (s) di posture del corpo allungato (compresi arti posteriori)
Arousal	Grooming	Frequenza, la latenza (s), la durata (%) e la durata media (s) di auto-governare
	Defecazione	Frequenza e la latenza (s) di boli prodotto
	Minzione	Frequenza e la latenza (s) di minzioni
Esplorazione Diretto	Visite Hole	Frequenza e la latenza (s) di visite cilindri
	Esplorazione oggetto Novel	Frequenza, la latenza (s), la durata (%) e la durata media (s) esplorare il nuovo oggetto
Esplorazione undirected	Scatola allevamento	Frequenza e latenza (s) della impennate nella casella (zampe anteriori non toccare la parete)
	Bordo allevamento	Frequenza e la latenza (s) di impennate sulla scheda
	Esplorazione Hole	Frequenza e la latenza (s) di esplorazioni cilindri
Memoria	Esplorazione oggetto familiare	Frequenza, la latenza (s), la durata (%) e la durata media (s) esplorando l'oggetto familiare
Affinità sociale	Interazione di gruppo	Frequenza, latenza (s), durata (%) e la durata media (s) interagente con il vano di gruppo
Attività locomotoria	Crossing Linea	Frequenza e la latenza (s) di incroci di linea

Tabella 1: Elenco dei parametri comportamentali

Sistema di memoria	Parametro	Descrizione
La memoria a lungo termine	Scelta sbagliata	Visita a cilindro non innescati; naso sotto il bordo
Errore di omissione	Omissione di un cilindro esca	Nessuna visita a un cilindro esca
Memoria a breve termine	Scelta ripetuta	Rivisitare a cilindro esca; naso sotto il bordo
Le prestazioni generali	Tempo di prova totale	Tempo fino sono stati visitati tutti i cilindri innescati

Tabella 2: Elenco dei parametri cognitivi

Discussione

Il paradigma MHB può essere utilizzato per misurare molteplici dimensioni del comportamento incondizionato. Il protocollo può essere leggermente modificato a seconda dello scopo dell'esperimento. In questo protocollo discutiamo le impostazioni, i tempi e le misure di solito utilizzati nel nostro laboratorio. Tuttavia, piccole deviazioni alle misurazioni dell'apparato sono stati utilizzati in passato e anche la quantità di cilindri sul bordo possono variare ^3. Spesso studi impiegano un tempo di prova di 5 minuti per ogni prova, ma altre volte test possono anche essere opportuno, vale a dire, terminando la prova non appena un processo cognitivo è stato completato con successo e ad estendere i tempi di test se gli animali sono molto ansiosi o di handicap. L'ora del giorno di test è stato selezionato per essere in condizioni di luce rossa dal roditori sono animali notturni e sono più attivi nella prima fase di buio. Roedel et al. (2006) mostra gli effetti di luce o di testing fase oscura sulle prestazioni comportamentali e cognitivenei topi DBA nel MHB ^16. Altri studi hanno eseguito esperimenti MHB in condizioni di luce bianca ^1,6, tuttavia, va notato che il test in condizioni di luce bianca può indurre inibizione comportamentale e perturbazioni cognitivo (come mostrato in topi DBA) ^16.

Le tabelle 1 e 2 contengono una grande quantità di parametri comportamentali da misurare. Durante l'analisi dei dati questo può portare ad alcuni parametri che indicano un aumento significativo di ad esempio 'latenza alla prima tavola entrata', ma non in altri parametri dello stesso sistema motivazionale (in questo caso 'Avoidance'). In alcuni casi, questo può portare a risultati inconcludenti. Guilloux et al. (2011) ha introdotto z-score comportamentali integrati per il fenotipo comportamentale nei topi ^24. Con l'uso di z-score comportamentali integrati i parametri multipli possono essere combinati in un singolo z-score descrive un particolare motivatiosistema finale. I successivi z-score possono a loro volta essere più facilmente rispetto attraverso test comportamentali ed esperimenti.

Oltre alle caratteristiche descritte di questo paradigma, un uso più profonda emerso nello studio di Salomons et al. (2012). L'assuefazione alla novità di due ceppi di topi (BALC / CJ e 129P3 / J) nel MHB è stato confrontato, esibendo una differenza in termini di flessibilità comportamentale che indica un profilo non-adattiva del comportamento dei topi 129P3 / J ^4, mirroring compromessa capacità di adattamento e, probabilmente, anche ansia patologica.

Concludendo, il MHB permette di misurare molteplici dimensioni comportamentali in un singolo esperimento. Combinando le caratteristiche di una lavagna tradizionale buco e test a campo aperto, comportamento incondizionato, l'interazione sociale, la cognizione e capacità di adattamento, cioè, il benessere può essere indagato. Questo possibile verificare per esempio essere utilizzato per valutare le variazioni comportamentali dovuti pharmacological- e / omanipolazioni genetiche, l'allevamento selettivo e capacità di adattamento. In confronto alle batterie di test classici, il numero di animali necessari è chiaramente ridotto e stress vissuto dagli animali durante la prova è estremamente bassa.

Materiali

Name	Company	Catalog Number	Comments
Cognitive mHB apparatus			The box for cognitive testing is 50x50 cm by inserting a partition made of grey PVC in the standard mHB. A smaller board (35x22x1 cm) with 10 cylinders is placed in the middle of the box. All cylinders are scented with a flavor animals are attracted to (e.g. vanilla) and all are baited with a reward (e.g. a piece of almond) beneath a grid so the animals cannot remove it. Cylinders (often three) are cued with a colored ring (contrasting with the grey PVC) and are baited with a removable reward (e.g. 0.05 g piece of almond).
Vanilla flavor			Vanilla flavor dissolved in water (0.02%)
Camera			Camera that generates sufficient quality output to rescore the behavior from video.
Stage light			A theather light that allows to adjust the light intensity and the dimensions of the surface that is lit.
Behavioral scoring software			Behavioral scoring software.