Name: quantifying social motivation in mice using operant conditioning
Uploaded: 2015-08-08T14:00:00.000+00:00
Duration: 7 min 43 s
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我々は、助成金をサポートするためのあずさ太平洋大学の学部研究評議会に感謝します。また、アシュリーシュナイダー、マイケル·グレッグ、および技術サポートのためのハンナのサンプルに感謝します。

この研究は、あずさ太平洋大学施設内動物管理使用委員会により承認されました。動物に関わるすべての手順は、国立衛生研究所から実験動物の管理と使用に関するガイドの推奨に従って実施しました。 1.社会的動機のための変更装置および原子価の比較テストパラダイム<ol><li>社会的行動のオペラントのタスクにマウスを試験するために、センターチャンネルのモジュラーシャトルボックスを変更します。これらのシャトルボックスは、x 17.3センチメートル44センチメートルを測定し、プレキシグラスとステンレス鋼で作られています。 </li><li>ドアフレームの面にワイヤグリッドを実装することにより、プログラム可能なギロチンドアを変更します。ワイヤグリッドは、限られた社会的な接触を可能にするが、マウスは1室から他方に交差することを可能にするべきではありません。 </li><li>約22センチ×17.3センチメートルを測定し、各プログラマブルギロチンドアを使用して、2室にそれぞれのボックスを分割します。番目のように、1つのチャンバを指定しますEテストチャンバーとターゲットチャンバのような他。 </li><li>ギロチンドアの壁とは反対側の試験室でのマウスのレバーを配置します。 2つのマウスのレバーとの間に液体ディッパー食品容器を置きます。 </li><li>プログラムギロチンドアを開けたり、液体食品の報酬を提示し、テストのパラダイムに応じていずれかにマウスレバーが。 </li><li>それは（テストマウスのマニュアル整形用）ギロチンドアを開くための装置およびプログラムにハンドヘルドボタンを接続します。 </li><li>各チャンバーの金属グリッドの床の上の活動を監視するために、8チャンネルのI / Rコントローラと各シャトルボックスを取り付けます。試験室の上にUSBデジタルビデオカメラをマウントし、それをコンピュータに接続します。メラミン音響減衰キュービクル内の装置全体を囲みます。 </li><li>実験室で作成されたカスタマイズされたプログラムを使用して、オペラントプログラムを実行します。 </li></ol> 2.社会的動機のパラダイムのためのマウスをシェーピング<ol><li>テストCで試験マウスを置きますターゲットチャンバー内hamber、年齢と性別をマッチさせた刺激マウス。 </li><li>希望オペラント反応に逐次近似の整形や補強の方法を用いてギロチンドアを開くためにレバーを押すように試験マウスを訓練します。この成形手順中に、ギロチンドアを制御するようにプログラムされたハンドヘルドのボタンを押すことにより、手動での補強を提供します。 注：強化することにより、ワイヤグリッドを刺激マウスへのアクセスを可能にする、15秒間ギロチンドアを開け構成されています。 </li><li>試験室の上方に取り付けられたカメラを用いて、試験室でマウスを守ってください。 </li><li>彼らは3〜5のうちの連続した​​テストセッションで少なくとも10オペラント応答（レバー押し）を実証するまで30分毎日の一連のセッションで各マウスを訓練します。無作為割り当てを使用して、シャトルボックスを介してマウスを回転させます。 </li><li>マウスは30毎日のトレーニングセッションの後、この基準に達しない場合は、実験やデジからマウスを削除非学習者としてgnate。 注：毎日のトレーニングセッションの数は、研究者の好みに応じて、30を超えて拡張することができます。 </li><li>別のマウスは一日おきに使用されるように、成形時に使用される刺激マウスを交互に。 </li><li> 70％のエチルアルコールを使用して、各トレーニングセッションの間にきれいなシャトルボックス。さらに、毎日のテストの完了後、消毒洗浄剤を使用して、すべての機器を清掃してください。 </li></ol> 3.社会的動機のパラダイムでマウスをテストします<ol><li>ターゲットチャンバー内の試験室での訓練を受けた試験マウスと年齢と性別をマッチさせた刺激マウスを置きます。テスト中に、その刺激マウスはわずか10毎日テストセッション後に繰り返されているように、各試験マウスに割り当てるために、少なくとも10の刺激マウスのプールを使用しています。テストのために成形時に使用される刺激マウスを使用しないでください。 </li><li>プログラムオペラント再のように多数の補強のプログレッシブ比スケジュールに開くようにギロチンドアターゲットのマウスに15秒間アクセスが算術3各試験の固定金利により増加の社会的報酬を得るために必要なsponses（レバー押し）。 </li><li>試験マウスは、5つの連続分間押圧レバーを停止したときに終了するプログラムテストセッション。 </li><li>ブレークポイントとして最後に完了した（強化）の比率を記録します。社会的動機の指標として、この依存尺度を使用してください。漸近性能レベルが観察された後、20日連続のセッションのために、または少なくとも10の試験セッションのために、各マウスをテストします。 </li><li> 70％のエチルアルコールを使用し、消毒洗浄剤を使用して、毎日のテストの終了後、各試験セッションの間にシャトルボックスを拭います。 </li></ol>食品報酬対社会の4ヴァランス比較<ol><li>すべてのマウスは、社会モチベーションパラダイムを完了した後、食品の報酬のそれと社会的報酬の価数を比較するために設計されたタスクで、これらの同じマウスをテストします。 </li><li>プログラム1レバーギロチンドアを開いて、15​​秒間の社会的報酬を提示し、15秒間液体食品の報酬を提示するために反対のレバーをプログラムします。 注：このプロトコルで使用される液状食品の報酬は、0.2％スクロースで甘くエバミルクから成っていました。繰り返し各マウスに0.02ミリリットルの報酬を提示するために十分な量（一般的に500ミリリットル）を準備します。 </li><li>マウス間の潜在的なレバーバイアスを制御するために、レバー/報酬の偶発を交互に試験マウスを割り当てます。このように、左レバー/社会報酬と右レバー/食品報酬不測の事態に左レバー/食品の報酬と右レバー/社会報酬不測の事態やその他の半分に各試験群のマウスの半分を割り当てます。 </li><li>食品の報酬に対する社会の価比較のためのマウスを訓練します。 <ol><li>試験室で試験マウスを置き、ターゲット室内の年齢と性別をマッチさせた刺激マウスを置きます。 </li><li> /一つだけレバーを行い、各トレーニングセッションの間にアクティブな不測の事態に報酬を与えます。トレーニングは、構成されてい毎日偶発交互に6 1時間のセッションの。各試験マウスの他のすべての社会的報酬セッションに割り当てられた代替の刺激マウス。 </li><li>食品の報酬とのトレーニングとテストの間に彼らの自由摂取の固形飼料にマウスを維持します。絶食はエバミルクおよびスクロース溶液18を用いたマウスでのオペラント条件付けには不要です。 </li></ol></li><li>社会に対する食品の報酬の価比較のためのマウスをテストします。 <ol><li>すべての第三のレバーを押して、強化されているようにだけ、その各関連報酬によって、1：3の一定の割合で補強のスケジュールをプログラムします。 </li><li>プログラムのテストセッションは60分間実行します。 </li><li>試験室で試験マウスを置き、ターゲット室内の年齢と性別をマッチさせた刺激マウスを置きます。注：社会的動機のタスクで使用される10刺激マウスの同じプールが再び使用されるが、10日間のローテーションを使用して、試験マウスに割り当てることができます。 </li><li>テSTの訓練や漸近性能レベルの観察後少なくとも10毎日のセッションのための6日後に20毎日のセッションでマウス。このパラダイムのための主要な依存対策は、各報酬タイプのレバー押しの総数です。 </li><li>もう一度、消毒洗浄剤を使用して、各試験日の70％のエチルアルコールを使用し、以下の試験セッション間でシャトルボックスを拭いてください。 </li></ol></li></ol>

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著者らは、全く競合する金融利害関係はありません。

この資料に記載されているオペラント社会的動機のパラダイムは、ヒト疾患のマウスモデルにおける社会的行動の特徴付けのための強力なツールです。むしろ試験マウスを受動的に社会的な出会いを選択できるようにするよりも、これらのパラダイムは、社会的報酬を得るために、試験マウスの努力を必要とします。試験マウスは、社会的な報酬を得るために生産していく所存です努力の量は、社会的動機の定量的尺度を提供します。さらに、原子価比較パラダイムを通して、動機付け行動は異なる報酬型間で比較することができます。これらのオペラントパラダイムの両方は、ギロチンドアの反対側に適切な刺激を提示することによって、ならびに性的および親の動機を評価することができます。 これらの社会的な動機パラダイムの開発は、いくつかの重要な変数のトラブルシューティングが関与しました。例えば、パイロットを介して時間の量を研究し、その社会的報酬I30秒から15秒に低下させた提示よ。今回はテストと刺激マウスとの間の社会的相互作用のために十分であるが、今後の研究は、社会的報酬のための時間の量を最適化することができます。同様に、社会的報酬にレバー押しの漸進的増加率は、パイロット研究に基づいて5の固定金利から3まで下げました。 漸近レバー押圧動作に到達するのに必要な日数は、最初は毎日テストセッションの30日間を通して評価しました。これは、ほとんどのマウスはテストセッションの数はしかし、変動ん20デイリーパフォーマンスに低下させたので、7日に漸近線に到達するので、また真の平均性能のより良い指標を提供しながら、最後の10日間にわたってデータを平均すると、漸近的性能を保証することが決定されました少ない試験日より。研究者は、漸近的性能は10試験日以内に達したか、必要に応じてプロトコルを変更していることを確認し、そのデータを監視する必要があります。 トラiningセッションは、30分に1時間から低下しました。必要な訓練セッション数のマウスの系統および一部のマウスに依存しない、任意のトレーニングセッション18の固定番号の後nonlearnersとして指定することができます。テストパラダイムに前進するための基準に到達するために必要なトレーニングの日数は、社会的動機の別の索引を提供し、追跡のこうして価値があります。研究者はまた、原子価比較パラダイムのための異なる食品の報酬のオプションを試してみたいことがあります。しかし、試験マウスは、最初は純粋に社会的報酬を使用して訓練した後、原子価比較パラダイムを開始する前に、社会的な動機パラダイムで試験することが重要です。 これらのオペラント社会的動機のパラダイムが変更され、上記のプロトコルに示されたものよりも追加の変数を測定することにより、大幅に改善することができます。例えば、自分のそれぞれのチャンバ内の各マウスの位置は、Cuを用いて追跡することができますrrently市販のソフトウェア。また、鼻に鼻の接触や超音波発声などの具体的な行動は社会的相互作用の間に得点することができます。研究者は、社会的な動機パラダイムにおいて、社会パートナー、あるいはそのような同種あるいは人形のビデオなどのギロチンドアの後ろに他の刺激を含む比較の欠如を伴う臨床試験で使用される比率の調整を用いた実験を進めることができます。価比較パラダイムのために、原因特定の報酬タイプ18用の飽食に意欲の変化に関するさらなる情報を提供することができる試験全体の選択のダイナミクスの解析。 これらのオペラント社会的動機のパラダイムは、マウスにおいて、社会的動機を定量化するための非常に必要なツールを提供していますが、彼らはいくつかの制限を持っています。まず、これらのパラダイムは、押圧レバーと社会的報酬との間に学んだ関連付けをする認知能力を持っているマウスが必要です。特定のマウスモデルもよいです認知と社会の両方の能力の欠損は、それが困難なこれらのパラダイムを使用して、社会的な動機を評価することがあります。マウスのみでワイヤグリッド全体で相互作用することが許可されているように第二に、社会的な出会いの種類は限られています。しかし、マウスはまだ成功し、最も顕著なのは、多くの典型的な社会的行動に従事する鼻·ツー·ノーズ調査することができます。これらの方法の一つ最後の限界は、それらが労働集約的であり、完了するために多くの時間を必要とすることです。両方のパラダイムを介して訓練および試験は、毎日のセッションの2ヶ月以上が必要です。いくつかのマウスは、セッションの必要な数を伸ばし、レバー押しの関連を学ぶために多くの時間がかかる場合があります。パラダイムは確かのような高スループット技術を限定しないが、それらが生成するデータは非常に貴重な、必要な労働への投資の価値があります。しかし、特定のマウスモデルの社会的行動をより完全に特徴付けを提供するために、これらのパラダイムが私達にすることをお勧めしますマウスでの社会的行動を測定する他の確立された方法に関連して編

近年では、自閉症スペクトラム障害を含む社会的行動の障害に対する遺伝的要因と環境要因の結合は、社会的行動におけるこれらの因子の役割を調査するために設計されたマウスモデルの開発につながっています。これは社会的な動機1の定量的な尺度を含むマウスにおける社会的行動の特徴付けのための新技術の需要を作成しています。 しかし、マウスでは社会的動機を実証するために使用できるいくつかの確立されたパラダイムがあります。彼らはすべての動機付け行動の強さを定量化する能力に厳しい制限があります。例えば、最も初期の行動評価の一部が満たされたことがない2げっ歯類の間の社会的相互作用の簡単な観測が含まれています。 、近づい以下、盗聴、およびグルーミングを含むいくつかの行動は、多くの場合、測定され、社会的動機の指標を提供することができます。これらの研究は、最初に行われましたその後、ラット2-5、およびの後のマウスの6,7での使用に適合。試験動物は、同じ刺激動物（馴化）に繰り返し曝露し、次いで、新規な動物（脱馴化）に露出した馴化/脱馴化社会認識のパラダイムは、社会的動機8の測定値を提供します。ラベルが示すように、典型的な動物には、同じ刺激​​動物の繰り返し存在に慣れ行動応答が表示されますが、新規の動物にさらさ脱馴化、またはベースラインへの復帰を、デモンストレーションを行います。慣れ応答は、おそらく刺激マウスと相互作用する試験マウスのモチベーションの低下を示しています。試験マウスが空室と異なるチャンバーに限定刺激マウスの間で選択することを可能にする社会的選択のパラダイムは、社会的な動機を評価するために使用されてきました。試験は、一般的に中性、中央チャンバー内に試験マウスを置くことによって開始されます。このタスクの一部のバージョンでは、Tを伴います1室9に刺激マウスをethering。このタスクの変更は、刺激動物のテザリング10を避け、刺激マウスオーバーワイヤエンクロージャの使用を採用しました。最近では、社会的条件付け場所嗜好性タスクは、社会的パートナーの存在下または非存在下のいずれかで視覚的に別個のチャンバを関連付けるために調整され、その後、コンディショニング11を次の空室を探索させされたマウスで開発されました。社会的なペアが以前に発生した室内で過ごした多くの時間は社会的動機の指標であると考えられています。 上記のパラダイムのすべてがマウスの社会的表現型に関連した貴重なデータを提供します。しかし、1マウスが、上記のパラダイムでは、この「欲望」、 すなわちの強さを社会的相互作用を求める「欲望」を示しているかどうかを観察することができますしながら、社会的動機は、測定することは困難です。動機付け行動の強さは持ってい伝統的に彼らの動機のソースにアクセスするために作業する必要があるシナリオを作成することによって、げっ歯類で測定されて。これは通常動機要因として食品を含むオペラントパラダイムでトレーニングげっ歯類を含みます。しかし、この方法は、12,13（マシューズら 、2005年に概説されている）自分の仔にラットにおける社会的動機が、雄ラットのためのセックスの相手にどちらか伴うアクセスや、女性のための、アクセスを調査するために、以前に使用されています。 以下に説明する社会的動機パラダイムの開発に先立って、マウス12とオペラントパラダイムを使用して、性的動機の外の社会的な動機を調べ唯一の他の研究がありました。この一連の実験では、非近交系Swiss Websterマウスは同性同種へのアクセスを得るためにレバーを押すように訓練しました。 1つの実験において、有意に減少待ち時間が目標覚書にアクセスするための対応を開始しますeは、これらの社会的に単離されたマウスにおいて、社会のアクセスを求めてモチベーションの向上を示唆しているグループに収容されたマウスと比較して、個別に収容されたマウスで実証されました。その同じ研究の別の実験では、比較は、生理食塩水およびオキシトシンアンタゴニスト（アトシバン）注入されたマウスとの間で行われました。興味深いことに、薬剤注入したマウスは、これらのマウスにおける社会的報酬減少モチベーションを示唆しているターゲットのマウスにアクセスするための対応を開始するために大幅に増加し、待ち時間を示しました。 これらの実験は、オペラント条件を使用して、マウスにおける社会的動機を定量化する希試みを示しているが、それらはまた、非常に限定され、非常に下記の方法を使用して大幅に改善されます。例えば、第一の実験で明らかに根本的な欠陥は、（実際の研究の実験2）上記の試験日を横切って交互にのみ2ターゲットマウスの研究者の使用がありました。これまでの研究では、社会の認識基は、収納されたことが示されましたマウスは、同じターゲット14への反復暴露で減少社会調査につながる少なくとも7日間持続することができます。同じターゲットへの反復暴露は最初の暴露15-17後少なくとも2時間であれば社会調査期間は、ベースラインレベルに残るように2時間-しかし、個々に収容されたラットとマウスにおける社会的認識が1以内に消散します。マシューズらに報告され、社会的アクセスのための対応を開始するために個別に収容されたマウスの待ち時間削減。実験は、試験日の12を横切って、ターゲットマウスの社会的認識の欠如の結果であった可能性があります。この潜在的な交絡は、各試験日に新​​たなターゲットにマウスを使用して、以下の方法で制御されます。また、マシューズらの研究から、両方の実験で何をグループ間でレバー押しの総数の違いを報告しなかった、上述しました。これは、総レバー押しの差があること持っている可能性があります研究者は、以下に概説する研究デザインで使用される応答の漸進的増加率は報いるために利用される場合、ENが検出されました。また、ターゲットのマウスへのアクセスは、ターゲットをカバーボックスを持ち上げて、実験者が手動で制御しました。ターゲットマウスへのアクセスのための自動制御のギロチンドアの使用は、実験者の存在のためにアーチファクトの可能性を排除します。以下に詳述するように、実際には、完全に社会的動機オペラントパラダイムを自動化するために、研究機器は、カスタマイズされました。

<table><tbody><tr><td>Modular Shuttle Box</td><td>Med Associates Inc.</td><td>ENV-010MC</td><td></td></tr><tr><td>Auto-Guillotine Door&amp;nbsp;</td><td>Med Associates Inc.</td><td>ENV-010B</td><td></td></tr><tr><td>Mouse Levers&amp;nbsp;</td><td>Med Associates Inc.</td><td>ENV-3010M</td><td></td></tr><tr><td>Liquid Dipper with Food Receptacle</td><td>Med Associates Inc.</td><td>ENV-202M-S</td><td></td></tr><tr><td>Eight-Channel I/R Controller&amp;nbsp;</td><td>Med Associates Inc.</td><td>ENV-253C</td><td></td></tr><tr><td>Melamine Sound-Attenuating Cubicle&amp;nbsp;</td><td>Med Associates Inc.</td><td>ENV-016MD</td><td></td></tr><tr><td>MED-PC IV Software Program</td><td>Med Associates Inc.</td><td>MED-PC IV&amp;nbsp;</td><td></td></tr><tr><td>Microsoft Lifecam Camera&amp;nbsp;</td><td>Microsoft</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Wire Grid</td><td></td><td></td><td>Wire grids can be purchases from a hardward store. We cut wire grids from stainless steel mouse cage tops.&amp;nbsp;</td></tr><tr><td>70% Ethyl Alcohol</td><td></td><td></td><td>Used to clean shuttle boxes between mice. Specific brand is unnecessary.</td></tr><tr><td>Evaportated Milk</td><td>Carnation</td><td></td><td>0.02 ml combined with 0.2% sucrose for each reward per mouse. We always purchase the same brand for better consistency.&amp;nbsp;</td></tr><tr><td>Sucrose</td><td></td><td></td><td>Any brand of pure granular sugar will due as it is dissolved in the evaporated milk.&amp;nbsp;</td></tr></tbody></table>

quantifying social motivation in mice using operant conditioning

このプロトコルでは、社会的な動機は、オペラント条件付けパラダイムの対を介してマウスで測定されています。実験を行うには、2室のシャトルボックスは2オペラントレバー（左右）、次にワイヤグリッドで覆われた自動ギロチンドアにより、第2のチャンバから分割された1室における食品容器、を備えていました。異なる刺激マウスは、試験日を横切って回転するワイヤグリッドの後ろの社会的刺激を務め、およびギロチンドアの開口部以下のみ見ることができました。試験マウスは、ドアを開け、15秒間刺激パートナーへのアクセスを得るためにレバーを押すように訓練しました。試験マウスを連続5分間押圧レバーを停止した後、次第に3.テストセッションの固定のスケジュールで増加し社会的報酬を得るために必要なレバー押しの数を終了しました。最後の強化比やブレークポイントは、社会的動機の定量的測定値として使用することができます。第二のパラダイム、tについてESTマウスは、食物報酬または社会的報酬のいずれかを得るために、左右のレバー押しを区別するように訓練しました。マウスは各レバーのすべての3プレスのために報われました。食品および社会報酬の数は、各報酬に置か値の測定値として比較することができます。各報酬型の割合は、マウス系統間で比較することができ、この比率の変化は、所定の報酬型の飽食を測定するための試験セッション内で監視することができます。これらのオペラント条件付けパラダイムの両方が自閉症と社会的行動の他の疾患のマウスモデルにおいて、社会的動機の定量化のための非常に有用です。

このプロトコルは、以前に社会的行動10,18の減少を示すことが報告されているBTBR近交系マウス系統と向社会的C57BL / 6J近交系マウス系統を比較するために使用されてきました。また、増加または社会的なモチベーションが低下しているためにいずれかの仮定異なるノックアウトマウス系統の社会動機を特徴付けるために使用されてきました。 C57BL / 6JおよびBTBR近交系マウス系統を比較する以前に公表された結果は、 図1に示されている。これらの結果は、C57BL / 6Jマウスと比較BTBRマウスのための社会的な動機を減少が実証されました。また、実証ヴァランス比較パラダイムは、この株（ 図1B）のための動機付け行動の全体的な減少を示唆しBTBRマウスの餌のモチベーションを低下させました。 図2Aは、ヘテロ接合とhomozygoとC57BL / 6バックグラウンド株に野生型の兄弟を比較するいくつかの未発表の予備的データを提示します私たちは、遺伝子（遺伝子X）から減少または不在のタンパク質産物との兄弟をノックアウトは、社会的動機を促進するために仮定した。 図2Bはから減少タンパク質産物とのヘテロ接合型ノックアウト兄弟にC57BL / 6バックグラウンド株に野生型の兄弟を比較するいくつかの未発表の予備的データを提示します遺伝子（遺伝子Y）は、社会的動機を減少させるために仮説を立てました。これらの研究のそれぞれからの予備的データは、それぞれの仮説を支持し、さらに説明オペラント社会的動機パラダイムの価値を示します。 <img alt="図1" src="/files/ftp_upload/53009/53009fig1.jpg" /> 社会的動機と価電子比較パラダイム1.以前に公表された結果を図。社会的な動機タスクでのテストの過去10日間に渡っての（A）個別に収容された（IH）B6マウス、グループ飼育（GH）B6マウスの平均ブレークポイント、グループ飼育BTBRマウス。あった各群の9匹のマウスの合計。個別およびグループ飼育B6マウスは、同様に行わが、グループ飼育B6とBTBRマウス（T = 2.741、DF = 16、P = 0.015）との間に有意な差があった。（B）食品報酬とのための社会的な報酬の平均数を価比較パラダイムの最後の10セッション間でグループ飼育B6とBTBRマウス。両方のマウスのグループは、社会的報酬よりもはるかに多くの食品の報酬を得る（BTBR：T = 3.551、DF = 8、P = 0.007; B6：T = 9.478、DF = 8、P &lt;0.001）。しかし、BTBRマウスはB6マウスよりも有意に少ない食物報酬を獲得し、また、社会的報酬の数が最も少ない（T = 3.321、DF = 16、P = 0.004）。図は文献18から変更します。 <img alt="図2" src="/files/ftp_upload/53009/53009fig2.jpg" /> 社会的な動機のパラダイムを利用未発表の研究から、図2の代表的な結果。（A）平均ブレークポイント（最後の）比を強化したマウスは、5分間のレバー押しを停止する前に達成しました。遺伝子Xの場合は、12 WT、7 HET、および6 KOマウスの合計は、社会的動機パラダイムで試験しました。 ANOVAは、遺伝子型（F = 7.18、DF = 2、22、P = 0.004）との間に有意差を明らかにしました。事後TukeyのHSD検定は、KOマウスはWT対照の下に大幅に実行することを示した。（B）遺伝子Yについては、8 HETと6 WTマウスの合計を試験しました。独立サンプルt検定を遺伝子型（T = 2.26、DF = 8.97、p = 0.05）との有意差を明らかにしました。 * 0.05のアルファレベルのWTマウスからの有意差を示します。

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Quantifying Social Motivation in Mice Using Operant Conditioning

This article describes a new protocol for the quantitative measurement of social motivation in mice using operant conditioning for a social reward. The protocol is useful for the measurement of social motivation in mouse models of autism and other disorders of social behavior.

オペラント条件付けを使用したマウスにおける社会的モチベーションを定量化します

In this protocol, social motivation is measured in mice through a pair of operant conditioning paradigms. To conduct the experiments, two-chambered ...

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Research

JoVE Journal

Behavior

18.0K ビュー.  Azusa Pacific University. This article describes a new protocol for the quantitative measurement of social motivation in mice using operant conditioning for a social reward. The protocol is useful for the measurement of social motivation in mouse models of autism and other disorders of social behavior. 

ビデオ: Quantifying Social Motivation in Mice Using Operant Conditioning

Automated, Quantitative Cognitive/Behavioral Screening of Mice: For Genetics, Pharmacology, Animal Cognition and Undergraduate Instruction

We describe a high-throughput, high-volume, fully automated, live-in 24/7 behavioral testing system for assessing the effects of genetic and pharmacological manipulations on basic mechanisms of cognition and learning in mice. A standard polypropylene mouse housing tub is connected through an acrylic tube to a standard commercial mouse test box. The test box has 3 hoppers, 2 of which are connected to pellet feeders. All are internally illuminable with an LED and monitored for head entries by infrared (IR) beams. Mice live in the environment, which eliminates handling during screening. They obtain their food during two or more daily feeding periods by performing in operant (instrumental) and Pavlovian (classical) protocols, for which we have written protocol-control software and quasi-real-time data analysis and graphing software. The data analysis and graphing routines are written in a MATLAB-based language created to simplify greatly the analysis of large time-stamped behavioral and physiological event records and to preserve a full data trail from raw data through all intermediate analyses to the published graphs and statistics within a single data structure. The data-analysis code harvests the data several times a day and subjects it to statistical and graphical analyses, which are automatically stored in the &#34;cloud&#34; and on in-lab computers. Thus, the progress of individual mice is visualized and quantified daily. The data-analysis code talks to the protocol-control code, permitting the automated advance from protocol to protocol of individual subjects. The behavioral protocols implemented are matching, autoshaping, timed hopper-switching, risk assessment in timed hopper-switching, impulsivity measurement, and the circadian anticipation of food availability. Open-source protocol-control and data-analysis code makes the addition of new protocols simple. Eight test environments fit in a 48 in x 24 in x 78 in&#160;cabinet; two such cabinets (16 environments) may be controlled by one computer.

Fully automated system for measuring physiologically meaningful properties of the mechanisms mediating spatial localization, temporal localization, duration, rate&#160;and probability estimation, risk assessment, impulsivity, and the accuracy and precision of memory, in order to assess the effects of genetic and pharmacological manipulations on foundational mechanisms of cognition in mice.

マウスの自動化、定量的認知/行動スクリーニング：遺伝学、薬理学、動物認知と学部命令について

We describe a high-throughput, high-volume, fully automated, live-in 24/7 behavioral testing system for assessing the effects of genetic and ...

行動学

Operant Sensation Seeking in the Mouse

Operant methods are powerful behavioral tools for the study of motivated behavior. These 'self-administration' methods have been used extensively in drug addiction research due to their high construct validity. Operant studies provide researchers a tool for preclinical investigation of several aspects of the addiction process. For example, mechanisms of acute reinforcement (both drug and non-drug) can be tested using pharmacological or genetic tools to determine the ability of a molecular target to influence self-administration behavior1-6. Additionally, drug or food seeking behaviors can be studied in the absence of the primary reinforcer, and the ability of pharmacological compounds to disrupt this process is a preclinical model for discovery of molecular targets and compounds that may be useful for the treatment of addiction3,7-9. One problem with performing intravenous drug self-administration studies in the mouse is the technical difficulty of maintaining catheter patency. Attrition rates in these experiments are high and can reach 40% or higher10-15. Another general problem with drug self-administration is discerning which pharmacologically-induced effects of the reinforcer produce specific behaviors. For example, measurement of the reinforcing and neurological effects of psychostimulants can be confounded by their psychomotor effects. Operant methods using food reinforcement can avoid these pitfalls, although their utility in studying drug addiction is limited by the fact that some manipulations that alter drug self-administration have a minimal impact on food self-administration. For example, mesolimbic dopamine lesion or knockout of the D1 dopamine receptor reduce cocaine self-administration without having a significant impact on food self-administration 12,16. 
Sensory stimuli have been described for their ability to support operant responding as primary reinforcers (i.e. not conditioned reinforcers)17-22. Auditory and visual stimuli are self-administered by several species18,21,23, although surprisingly little is known about the neural mechanisms underlying this reinforcement. The operant sensation seeking (OSS) model is a robust model for obtaining sensory self-administration in the mouse, allowing the study of neural mechanisms important in sensory reinforcement24. An additional advantage of OSS is the ability to screen mutant mice for differences in operant behavior that may be relevant to addiction. We have reported that dopamine D1 receptor knockout mice, previously shown to be deficient in psychostimulant self-administration, also fail to acquire OSS24. This is a unique finding in that these mice are capable of learning an operant task when food is used as a reinforcer. While operant studies using food reinforcement can be useful in the study of general motivated behavior and the mechanisms underlying food reinforcement, as mentioned above, these studies are limited in their application to studying molecular mechanisms of drug addiction. Thus, there may be similar neural substrates mediating sensory and psychostimulant reinforcement that are distinct from food reinforcement, which would make OSS a particularly attractive model for the study of drug addiction processes. The degree of overlap between other molecular targets of OSS and drug reinforcers is unclear, but is a topic that we are currently pursuing. While some aspects of addiction such as resistance to extinction may be observed with OSS, we have found that escalation 25 is not observed in this model24. Interestingly, escalation of intake and some other aspects of addiction are observed with self-administration of sucrose26. Thus, when non-drug operant procedures are desired to study addiction-related processes, food or sensory reinforcers can be chosen to best fit the particular question being asked. 
In conclusion, both food self-administration and OSS in the mouse have the advantage of not requiring an intravenous catheter, which allows a higher throughput means to study the effects of pharmacological or genetic manipulation of neural targets involved in motivation. While operant testing using food as a reinforcer is particularly useful in the study of the regulation of food intake, OSS is particularly apt for studying reinforcement mechanisms of sensory stimuli and may have broad applicability to novelty seeking and addiction.

In this protocol we describe a method of operant learning using sensory stimuli as a reinforcer in the mouse. It requires no prior training or food restriction, and it allows the study of motivated behavior without the use of a pharmacological or natural reinforcer such as food.

マウスに求めてオペラントセンセーション

Operant methods are powerful behavioral tools for the study of motivated behavior.  These 'self-administration' methods have been used extensively in drug ...

神経科学

Experimental Assessment of Mouse Sociability Using an Automated Image Processing Approach

Mouse is the preferred model organism for testing drugs designed to increase sociability. We present a method to quantify mouse sociability in which the test mouse is placed in a standardized apparatus and relevant behaviors are assessed in three different sessions (called session I, II, and III).
The apparatus has three compartments (see Figure 1), the left and right compartments contain an inverted cup which can house a mouse (called &#34;stimulus mouse&#34;).
In session I, the test mouse is placed in the cage and its mobility is characterized by the number of transitions made between compartments. In session II, a stimulus mouse is placed under one of the inverted cups and the sociability of the test mouse is quantified by the amounts of time it spends near the cup containing the enclosed stimulus mouse vs. the empty inverted cup. In session III, the inverted cups are removed and both mice interact freely. The sociability of the test mouse in session III is quantified by the number of social approaches it makes toward the stimulus mouse and by the number of times it avoids a social approach by the stimulus mouse.
The automated evaluation of the movie detects the nose of the test mouse, which allows the determination of all described sociability measures in session I and II (in session III, approaches are identified automatically but classified manually). To find the nose, the image of an empty cage is digitally subtracted from each frame of the movie and the resulting image is binarized to identify the mouse pixels. The mouse tail is automatically removed and the two most distant points of the remaining mouse are determined; these are close to nose and base of tail. By analyzing the motion of the mouse and using continuity arguments, the nose is identified.
<img alt="Figure 1" src="/files/ftp_upload/52508/52508fig1.jpg" /> 
Figure 1. Assessment of Sociability During 3 sessions. Session I (top): Acclimation of test mouse to the cage. Session II (middle): Test mouse moving freely in the cage while the stimulus mouse is enclosed in an inverted cup. Session III (bottom): Both test mouse and stimulus mouse are allowed to move freely and interact with each other.

This protocol describes a method to quantify mouse sociability. Mice are videotaped as they move and interact in a special cage. Movie processing allows for the automated quantification of sociability with excellent accuracy and reliability.

自動画像処理手法を用いてマウス社交性の実験的評価

Mouse is the preferred model organism for testing drugs designed to increase sociability. We present a method to quantify mouse sociability in which the ...

Assessment of Social Interaction Behaviors

Social interactions are a fundamental and adaptive component of the biology of numerous species. Social recognition is critical for the structure and stability of the networks and relationships that define societies. For animals, such as mice, recognition of conspecifics may be important for maintaining social hierarchy and for mate choice 1.
A variety of neuropsychiatric disorders are characterized by disruptions in social behavior and social recognition, including depression, autism spectrum disorders, bipolar disorders, obsessive-compulsive disorders, and schizophrenia. Studies of humans as well as animal models (e.g., Drosophila melanogaster, Caenorhabditis elegans, Mus musculus, Rattus norvegicus) have identified genes involved in the regulation of social behavior 2. To assess sociability in animal models, several behavioral tests have been developed (reviewed in 3). Integrative research using animal models and appropriate tests for social behavior may lead to the development of improved treatments for social psychopathologies.
The three-chamber paradigm test known as Crawley's sociability and preference for social novelty protocol has been successfully employed to study social affiliation and social memory in several inbred and mutant mouse lines (e.g. 4-7). The main principle of this test is based on the free choice by a subject mouse to spend time in any of three box's compartments during two experimental sessions, including indirect contact with one or two mice with which it is unfamiliar. To quantitate social tendencies of the experimental mouse, the main tasks are to measure a) the time spent with a novel conspecific and b) preference for a novel vs. a familiar conspecific. Thus, the experimental design of this test allows evaluation of two critical but distinguishable aspects of social behavior, such as social affiliation/motivation, as well as social memory and novelty. "Sociability" in this case is defined as propensity to spend time with another mouse, as compared to time spent alone in an identical but empty chamber 7. "Preference for social novelty" is defined as propensity to spend time with a previously unencountered mouse rather than with a familiar mouse 7. This test provides robust results, which then must be carefully analyzed, interpreted and supported/confirmed by alternative sociability tests. In addition to specific applications, Crawley's sociability test can be included as an important component of general behavioral screen of mutant mice.

Here we describe a detailed protocol for examination of sociability in mice by using Crawley's sociability and preference for social novelty test. We describe the advantages and possible applications for this procedure, including critical details important for correct interpretation of the results.

社会的インタラクション挙動の評価

Social interactions are a fundamental and adaptive component of the biology of numerous species. Social recognition is critical for the structure and ...

Rodent Brain Microinjection to Study Molecular Substrates of Motivated Behavior

Brain microinjection can aid elucidation of the molecular substrates of complex behaviors, such as motivation. For this purpose rodents can serve as appropriate models, partly because the response to behaviorally relevant stimuli and the circuitry parsing stimulus-action outcomes is astonishingly similar between humans and rodents. In studying molecular substrates of complex behaviors, the microinjection of reagents that modify, augment, or silence specific systems is an invaluable technique. However, it is crucial that the microinjection site is precisely targeted in order to aid interpretation of the results. We present a method for the manufacture of surgical implements and microinjection needles that enables accurate microinjection and unlimited customizability with minimal cost. Importantly, this technique can be successfully completed in awake rodents if conducted in conjunction with other JoVE articles that covered requisite surgical procedures. Additionally, there are many behavioral paradigms that are well suited for measuring motivation. The progressive ratio is a commonly used method that quantifies the efficacy of a reinforcer to maintain responding despite an (often exponentially) increasing work requirement. This assay is sensitive to reinforcer magnitude and pharmacological manipulations, which allows reinforcing efficacy and/ or motivation to be determined. We also present a straightforward approach to program operant software to accommodate a progressive ratio reinforcement schedule.

Rodents are an appropriate model to investigate the molecular substrates of behavior and complex psychiatric disorders. Brain microinjection in awake rodents can be used to elucidate disease substrates. An efficient and customizable brain microinjection method as well as the execution of an operant paradigm that quantifies motivation is presented.

動機付け行動の分子基質を研究するために齧歯類の脳マイクロインジェクション

Brain microinjection can aid elucidation of the molecular substrates of complex behaviors, such as motivation. For this purpose rodents can serve as ...

Introducing Clicker Training as a Cognitive Enrichment for Laboratory Mice

Establishing new refinement strategies in laboratory animal science is a central goal in fulfilling the requirements of Directive 2010/63/EU. Previous research determined a profound impact of gentle handling protocols on the well-being of laboratory mice. By introducing clicker training to the keeping of mice, not only do we promote the amicable treatment of mice, but we also enable them to experience cognitive enrichment. Clicker training is a form of positive reinforcement training using a conditioned secondary reinforcer, the "click" sound of a clicker, which serves as a time bridge between the strengthened behavior and an upcoming reward. The effective implementation of the clicker training protocol with a cohort of 12 BALB/c inbred mice of each sex proved to be uncomplicated. The mice learned rather quickly when challenged with tasks of the clicker training protocol, and almost all trained mice overcame the challenges they were given (100% of female mice and 83% of male mice). This study has identified that clicker training for mice strongly correlates with reduced fear in the mice during human-mice interactions, as shown by reduced anxiety-related behaviors (e.g., defecation, vocalization, and urination) and fewer depression-like behaviors (e.g., floating). By developing a reliable protocol that can be easily integrated into the daily routine of the keeping of laboratory mice, the lifetime experience of welfare in the mice can be improved substantially.

The development of new refinement strategies for laboratory mice is a challenging task that contributes towards fulfilling the 3R principle. This protocol introduces clicker training as a cognitive enrichment program for laboratory mice.

実験用マウスのための認知エンリッチメントとしてクリッカートレーニングの紹介

Establishing new refinement strategies in laboratory animal science is a central goal in fulfilling the requirements of Directive 2010/63/EU. Previous ...

Analyzing Spatial Learning and Prosocial Behavior in Mice Using the Barnes Maze and Damsel-in-Distress Paradigms

The Barnes maze is a reliable measure of spatial learning and memory that does not require food restriction or exposure to extremely stressful stimuli. The Barnes maze can also assess other mouse behaviors, such as general motivation to escape from the maze platform and exploratory behavior. The Barnes maze can measure whether a genetic mutation or environmental variable can impact the acquisition and retention of spatial memories, as well as provide information about the search strategy employed by the mice. Here we use the Barnes maze to detect a memory deficit in adult mice following a single developmental ethanol exposure event. The newly described Damsel-in-Distress paradigm exposes a male mouse to a female mouse trapped in a chamber in the open center field of the arena. It provides an opportunity for the mouse to socially respond to the trapped female and exhibit prosocial behavior. The Damsel-in-Distress paradigm can also be used to examine mouse behavior in a novel arena and measure locomotor activity. Both the Barnes Maze and the Damsel-in-Distress protocols require minimal financial investment and most aspects of the tests can be constructed from common lab supplies. These flexible and accessible tools can also be used to detect behavioral changes over the course of development.

This protocol measures spatial learning and memory using the Barnes maze. A novel Damsel-in-Distress paradigm is used to assess locomotor activity and prosocial behavior in mice.

空間的な学習とバーンズ迷路と乙女の苦痛のパラダイムを用いたマウスの向社会的行動の分析

The Barnes maze is a reliable measure of spatial learning and memory that does not require food restriction or exposure to extremely stressful stimuli. ...

A System for Tracking the Dynamics of Social Preference Behavior in Small Rodents

Exploring the neurobiological mechanisms of social behavior requires behavioral tests that can be applied to animal models in an unbiased and observer-independent manner. Since the beginning of the millennium, the three-chamber test has been widely used as a standard paradigm to evaluate sociability (social preference) and social novelty preference in small rodents. However, this test suffers from multiple limitations, including its dependence on spatial navigation and negligence of behavioral dynamics. Presented and validated here is a novel experimental system that offers an alternative to the three-chamber test, while also solving some of its caveats. The system requires a simple and affordable experimental apparatus and publicly available open-source analysis system, which automatically measures and analyzes multiple behavioral parameters at individual and population levels. It allows detailed analysis of the behavioral dynamics of small rodents during any social discrimination test. We demonstrate the efficiency of the system in analyzing the dynamics of social behavior during the social preference and social novelty preference tests as performed by adult male mice and rats. Moreover, we validate the ability of the system to reveal modified dynamics of social behavior in rodents following manipulations such as whisker trimming. Thus, the system allows for rigorous investigation of social behavior and dynamics in small rodent models and supports more accurate comparisons between strains, conditions, and treatments.

Described here is a novel automated experimental system that offers an alternative to the three-chamber test and also solves several caveats. This system supplies multiple behavioral parameters that enable rigorous analysis of small rodent behavioral dynamics during the social preference and social novelty preference tests.

小げっ歯類における社会的嗜好行動のダイナミクスを追跡するシステム

Exploring the neurobiological mechanisms of social behavior requires behavioral tests that can be applied to animal models in an unbiased and ...

<meta charset="utf8"></head><body>マウスモデルにおける自閉症スペクトラム障害の行動アッセイ

Strategies for Assessing Autistic-Like Behaviors in Mice

Autism spectrum disorder (ASD) is a neurobiologically complex condition with a heterogeneous genetic etiology. Clinically, ASD is diagnosed by social communication impairments and restrictive or repetitive behaviors, such as hand flapping or lining up objects. These behavioral patterns can be reliably observed in mouse models with ASD-linked genetic mutations, making them highly useful tools for studying the underlying cellular and molecular mechanisms in ASD. Understanding how genetic changes affect the neurobiology and behaviors observed in ASD will facilitate the development of novel targeted therapeutic compounds to ameliorate core behavioral impairments. Our lab has employed several protocols encompassing well-described training and testing procedures that reflect a wide range of behavioral deficits related to ASD. Here, we detail two assays to study the core features of ASD in mouse models: self-grooming (a measure of repetitive behavior) and the three-chamber social interaction test (a measure of social interaction approach and preference for social novelty).

<meta charset="utf8"></head><body>マウスの自閉症様行動を評価するための戦略

Rodent models are valuable tools for studying core behaviors related to autism spectrum disorder (ASD). In this article, we expound on two behavioral tests for modeling the core features of ASD in mice: self-grooming, which assesses repetitive behavior, and the three-chamber social interaction test, which documents social impairments.

マウスの自閉症様行動を評価するための戦略

Autism spectrum disorder (ASD) is a neurobiologically complex condition with a heterogeneous genetic etiology. Clinically, ASD is diagnosed by social ...

オペラント条件付けを使用したマウスにおける社会的モチベーションを定量化します

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マウスの自動化、定量的認知/行動スクリーニング：遺伝学、薬理学、動物認知と学部命令について

マウスに求めてオペラントセンセーション

自動画像処理手法を用いてマウス社交性の実験的評価

社会的インタラクション挙動の評価

動機付け行動の分子基質を研究するために齧歯類の脳マイクロインジェクション

実験用マウスのための認知エンリッチメントとしてクリッカートレーニングの紹介

空間的な学習とバーンズ迷路と乙女の苦痛のパラダイムを用いたマウスの向社会的行動の分析

小げっ歯類における社会的嗜好行動のダイナミクスを追跡するシステム

マウスの自閉症様行動を評価するための戦略

マウスの自閉症様行動を評価するための戦略