Method Article
Higher order restricted, repetitive behaviors (RRBs) disrupt the lives of affected individuals. These behaviors are challenging to model in rodents, making basic biomedical research into potential treatments or interventions for RRBs difficult. Here we describe novel object exploration as a potential assay for higher order RRBs in mice.
Restricted, repetitive behaviors (RRBs) are a core feature of autism spectrum disorder (ASD) and disrupt the lives of affected individuals. RRBs are commonly split into lower-order and higher-order components, with lower order RRBs consisting of motor stereotypies and higher order RRBs consisting of perseverative and sequencing behaviors. Higher order RRBs are challenging to model in mice. Current assays for RRBs in mice focus primarily on the lower order components, making basic biomedical research into potential treatments or interventions for higher-order RRBs difficult. Here we describe a new assay, novel object exploration. This assay uses a basic open-field arena with four novel objects placed around the perimeter. The test mouse is allowed to freely explore the arena and the order in which the mouse investigates the novel objects is recorded. From these data, patterned sequences of exploration can be identified, as can the most preferred object for each mouse. The representative data shared here and past results using the novel object exploration assay illustrate that inbred mouse strains do demonstrate different behavior in this assay and that strains with elevated lower order RRBs also show elevated patterned behavior. As such, the novel object exploration assay appears to possess good face validity for higher order RRBs in humans and may be a valuable assay for future studies investigating novel therapeutics for ASD.
اضطراب طيف التوحد (ASD) هو اضطراب النمو العصبي يتكون من ثلاثة أعراض أساسية هي: ضعف الاجتماعي، صعوبة في التواصل من خلال اللغة، والسلوك المزخرفة المتكررة 1. منذ عام 2000، زاد عدد الأفراد الذين تم تشخيص مع ASD من 1 في 150-1 في 68 في غضون عشر سنوات (2). على الرغم من انتشار الفوضى في تزايد مستمر، وسبب هذا الاضطراب غير معروف حتى الان. كان هناك ارتفاع في الجهود المبذولة لتحديد نماذج الماوس مناسبة للجوهر والأعراض المرتبطة بها من ASD، وهذه النماذج يمكن أن يؤدي إلى زيادة فهم الأعراض والأسباب الكامنة وراء ASD. هناك عدة سلالات الفئران الفطرية التي تظهر لعرضه السلوكيات مع وجه صلاحية الأعراض الأساسية من ASD، بما في ذلك السلوكيات المتكررة 3.
مقيدة، والسلوكيات المتكررة (RRBs) هي أعراض الأساسية لبعض الاضطرابات النفسية مثل التوحد.يمكن RRBs زيادة مع شدة اضطراب 4، ويمكن أن يحدث خللا جذريا في نمط حياة الأفراد المتضررين. توضع RRBs عادة إلى فئتين، النظام أقل السلوكيات المتكررة، والتي تتكون في البشر من الإجراءات مثل هزاز وجهة الخفقان؛ والعليا السلوكيات المتكررة، والتي تتكون من الالتزام الصارم روتين ومقاومة التغيير 5-8.
وقد تم ترتيب انخفاض السلوكيات المتكررة درس على نطاق واسع في القوارض حيث أنها تظهر كما stereotypies السيارات، والتي يمكن ملاحظتها بسهولة في وضع مختبر 9. ويبدو أن هذه السلوكيات لدينا جيدة صحة الوجه لRRBs في البشر، وصحة بناء يحتمل أن تكون قوية وكذلك (10). يمكن أن تكتمل اختبار لوجود انخفاض RRBs النظام من خلال رصد الفيديو من النشاط الماوس لدراسة نوبات ومدة هذه stereotypies السيارات 11. العليا السلوكيات المتكررة تشكل تحديا لإعادة الحيوية الطبية الأساسيةبحث الاستفادة من القوارض، كما لم يتم تحديد هذه RRBs بسهولة من خلال الملاحظة البسيطة. ويرجع ذلك إلى صعوبة في تحديد هذه السلوكيات، المقايسات أنشئت أقل للالعليا تكرار السلوك موجودة. تقليديا، وقد تم قياس RRBs العليا في القوارض باستخدام نموذج المتاهة حيث يتم تدريب الحيوان اختبار للوصول إلى الكفاءة في الهرب. ثم يتم تبديل موقع الهروب ويتم تسجيل عدد من التجارب اللازمة لإعادة تعلم موقع هروب 12. هذه المقايسات ليست مثالية لأنها تحتاج إلى فترة تدريب طويلة، وغالبا ما حمل والقلق، ويمكن أن يؤدي إلى نتائج متباينة للغاية. وقد استخدمت أيضا استكشاف حفرة مجلس لتحديد العليا RRBs 13،14. لا يتطلب هذا النهج دورات تدريبية طويلة، ولكن لا تعتمد على التحفيز الغذاء و / أو التمييز حاسة الشم. فحوصات لأعلى RRBs أجل أن لا anxiogenic أو تتطلب أن يكون التدريب تكملة لطيفة إلى مرجع القائمة من ثقب مجلس exploratio ن والمقايسات القائم على متاهة قيد الاستخدام حاليا.
وC58 / J (C58) الفطرية سلالة الماوس مثالا قويا على مستويات عالية من السلوك النمطية المرتبطة ASD، وهي المتكررة، stereotypies محرك هدف معين ومستويات مرتفعة من الذات والاستمالة 3،11. بالإضافة إلى ذلك، الفئران C58 عرض RRBs من خلال مستويات عالية من تربية، والعودة التقليب ويحفرون 11،14،16. يبدأ هذه السلالة تظهر هذه السلوكيات في فترة ما بعد الولادة في وقت مبكر ويستمر عرضها طوال فترة البلوغ. سيكون من المثالي أن تكون قادرة على اختبار وجود ارتفاع العليا RRBs لاستكمال موثقة جيدا أقل RRBs أجل موجودة في هذه السلالة فضلا عن غيرها من سلالات الفئران. فحص استكشاف وجوه الرواية الموصوفة هنا يوفر الفرصة للباحثين لمراقبة النظام أقل وRRBs العليا في وقت واحد، كما أنه يعطي القدرة على قياس سلوكيات نمط وكذلك stereotypies السيارات المتكررة.
وقد وضعت e_content "> عن طريق التنقيب وجوه الرواية بمثابة فحص للالعليا السلوكيات المتكررة من قبل بيرسون وآخرون. (17). هذا التقييم الجديد هو امتداد لاختبار حقل مفتوح راسخة 18-21 مع إضافة أربعة أشياء جديدة ل سمح للالفئران الساحة. التحقيق بحرية هذه الكائنات غير المألوفة وعدد وترتيب التحقيقات كائن تم تعقب ثم تم تحليل التحقيقات كائن لوجود أنماط، مع الفئران BTBR عرض أرقام مرتفعة من التحقيقات منقوشة بين الكائنات. باستخدام هذا الفحص، يمكن أن الفئران عرض أعلى من الدرجة السلوكيات المتكررة ومنقوشة في حين القضاء على الحاجة إلى تعلم السلوكيات وكذلك إزالة المثيرات التي لا داعي لها. استكشاف وجوه رواية يدفع RRBs العليا، كما أنه يسمح للفئران لخلق أنماط وتسلسل شكل من خلال استكشافهم الطبيعي وباستخدام هذا الاختبار يسمح للمحقق لتحديد وجود هذه RRBs العليا.بيرسون وآخرون. وضعت هذا الاختبار واستخدامه لاختبار وجود المحتملة أعلى ترتيب السلوكيات المتكررة في BTBR سلالة الماوس الفطرية، وكانت النتائج مثيرة للاهتمام (17). لقد نشرت مؤخرا دراسة متابعة النظر في سلوكيات C58، C57BL / 6J (C57) و / نيو جيرسي (FVB) سلالات FVB، فضلا عن تحقيق أكثر تفصيلا في المتغيرات التي قد تثير اللبس الحالي في هذا الاختبار، وممكن النهج الإحصائية لتحليل البيانات ولدت 22.
وتمت الموافقة على بروتوكول الموصوفة هنا من قبل لجنة رعاية واستخدام الحيوان المؤسسي في جامعة ريدلاندز. كانت ولدت الفئران C58، C57، وFVB المستخدمة في هذه الدراسات في جامعة ريدلاندز الحظيرة من الأسهم التي تم الحصول عليها في الأصل من مختبر جاكسون (بار هاربور، ME). تم فحص الحراس من هذه الحظيرة كل ستة أشهر، وجدت لتكون خالية من مسببات الأمراض.
1. المعدات وغرفة اقامة
ملاحظة: استخدمنا اثنين من الساحات المختلفة للاختبار وجوه رواية: من البلاستيك واضحة قفص مستطيل (45 سم × 24 سم × 20 سم) أو قفص دائري شفاف مع قطر القاعدة 41 سم؛ ومع ذلك، يمكن استخدام أي القفص. بيرسون وآخرون تستخدم قفص مستطيل أصغر (20 سم × 30 سم × 20 سم) في رزنها. وترد تفاصيل عن هذا التصميم التجريبي محدد أدناه، ولكن نظرا لحداثة هذا الاختبار، لا توجد معايير المقبولة في مجال phenotyping السلوكية لأي من المتغيرات وصفها.
2. كائن رواية استكشاف اختبار
3. فيديو التهديف
4. التحليلات الإحصائية، تسلسل
> 5. التحليلات الإحصائية، الأفضلية كائن
البيانات التمثيلية 22 تبين أن C58 الإناث / J الفئران عرض عدد أكبر من أنماط متسلسلة من السلالات الأخرى في الساحة المستديرة (الشكل 2، لوحة أ)، ولكن ليس في الساحة المستطيلة (الشكل 2، لوحة C). أيا من السلالات الثلاث الذكور تختلف عن بعضها البعض (الشكل 2، لوحات B و D). وتظهر بيانات تمثيلية أن كلا من الذكور والإناث الفئران C58 / J عرض تفضيل أقوى لموضوعها الأكثر زيارة (وبعد ذلك، تفضيل الأدنى لأقل هدفها زار) في الساحة المستديرة (الشكل 3، لوحة أ و ج) ولكن ليس في الساحة المستطيلة (الشكل 3، لوحة B و D).
الشكل 1: مستطيلة ودائرية الساحة مجموعة المتابعة لاختبار كائن رواية Tوتمثل انه الأرقام موقف كل كائن، والذي تم اختيارهم بشكل عشوائي لكل الماوس. تم تعديل هذا الرقم من إشارة 22. يرجى النقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم.
الشكل 2: يوضح الممثل بيانات عدد المرات التي تكررت ثلاث متواليات 3-النمط الأكثر شيوعا، وبصفة النسبة المئوية من إجمالي عدد أنماط في ثلاثة الفطرية سلالات الفأر عرض الإناث C58 تمسك شديد أنماط يفضلونها التحقيق في الساحة المستديرة (A) ولكن ليس على الساحة المستطيلة (C). لم السلالات الثلاث من ذكور الفئران لا تختلف عن بعضها البعض في أي جولة (ب) أو مستطيل (D) هيناس. يتم التعبير عن البيانات كما يعني + الخطأ المعياري للمتوسط * ف <0.05 مقابل C57 وFVB ** ف <0.01 مقابل C57 وFVB. تم تعديل هذا الرقم من إشارة 22. يرجى النقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم.
الشكل (3): يوضح الممثل بيانات الأفضلية لكائنات فردية الرواية في ثلاثة الفطرية سلالات الفأر يتم عرض البيانات كنسبة مئوية من إجمالي التحقيقات وجوه، مع اختيار 1 يمثل الكائن الأكثر تفضيلا لكل فأر الفردية والاختيار 4 أقل كائن المفضل. الذكور (A) والإناث (B) الفئران C58 في الساحة المستديرة أظهر تفضيل أقوى للالكائن الأكثر المفضل لديهم من فعل اثنين من سلالات أخرى. ذكرأظهر (C) والإناث (D) الفئران لا توجد فروق الضغط لتفضيل الكائن في ساحة مستطيلة. يتم التعبير عن البيانات كما يعني + الخطأ المعياري للمتوسط * ف <0.05 مقابل C57 وFVB # ف <0.05 مقابل FVB. تم تعديل هذا الرقم من إشارة 22. يرجى النقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم.
كود التكميلي الملف: بيثون الرمز المكافئ الرجاء انقر هنا لتشغيل البرنامج.
هنا، نقدم فحص وضعت مؤخرا والتي قد تكون مفيدة لقياس السلوكيات الفأر مع الوجه صحة لأعلى ترتيب السلوكيات المتكررة في البشر. وخلافا لفحوصات أكثر رسوخا مثل بارنز أو تي المتاهة، هذه الرواية فحص استكشاف كائن لا يتطلب أي تدريب الماوس ولا هو ولا سيما القلق استفزاز. بالإضافة إلى ذلك، واستكشاف وجوه الرواية لا يتطلب أي طعام أو المحفزات الاجتماعية، مما يسمح للمزيد من التركيز على السلوكيات من الفائدة، RRBs، ويقلل من احتمالات المتغيرات التباس انحراف النتائج. وعلاوة على ذلك، سلالات مختلفة الماوس تفعل إظهار السلوك التفاضلي في هذا الاختبار، مع السلالات التي تدلل على ارتفاع أقل RRBs أجل تبين أيضا مرتفعة نمط الاستكشاف وجوه تفضيل في كائن رواية استكشاف فحص 17،22. على هذا النحو، يبدو هذا الاختبار لامتلاك جيدة وجه صحة لRRBs في البشر. إذا تم تعديل فحص من قبل الباحثين في المستقبل، سيكون من المفيد أن تبقىوإذ تضع في اعتبارها المزايا المذكورة أعلاه، وهي عدم وجود التدريب المطلوبة والتقليل من المنبهات الذي يحفز القلق. اختيار الأشياء الجديدة (القسم 1.2) المستخدمة في فحص أمر حيوي. يجب أن تكون الكائنات وسهلة التنظيف، ولكن أن يكون متميزا في مظهره ومماثلة في الحجم. استخدام الكاميرا لتسجيل فحص (القسم 1.4) والسماح للفئران ليتأقلم مع اختبار الساحة (القسم 2.3) هي أيضا حيوية، كما حداثة الساحة أو وجود مجرب في الغرفة يمكن أن تؤثر على سلوك الفئران. هذه هي الجوانب الحاسمة لبروتوكول صفها هنا.
وعلى الرغم من هذه المزايا، هناك عوامل أخرى يجب أخذها في الاعتبار عند اتخاذ قرار بناء على الفحص المناسب لRRBs العليا. التحدي الرئيسي في تحليل البيانات التي تم إنشاؤها بواسطة هذا الاختبار هو ارتباط إلى مستويات النشاط، والتي يمكن أن تختلف بشكل كبير بين سلالات مختلفة الماوس 23،24. أحد السبل الممكنة من السيطرة على اختلاف LEVE النشاطوقد نوقشت ليرة سورية بين مجموعات المقارنة. قد تكون هناك حلول أخرى أكثر ملاءمة أو أنيقة للنظر سواء مع التصميم التجريبي أو التحليل الإحصائي. اختيار بعناية سلالات السيطرة مع مستويات النشاط مماثلة لسلالة من الفائدة هو احتمال واحد. بالتناوب، والتحليل الإحصائي على مجموعة فرعية فقط من البيانات (أول 50 التحقيقات وجوه جديدة، على سبيل المثال) هو احتمال آخر.
على الرغم من أن هذا الاختبار ليس القلق بطبيعتها حمل، ومستويات القلق الطبيعية من كل سلالة مختلفة قد تؤدي إلى اختلافات في النتائج التي تم جمعها. درجة عالية من الفئران حريصة يفضلون عادة للتحرك على طول جدران وزوايا ساحة الميدان المفتوحة 23،25 وإذا وضعت الأشياء الجديدة في هذا الاختبار على مقربة من حواف أو زوايا، بشكل مصطنع قد يتم تسجيل التحقيقات وجوه جديدة عالية في سلالات القلق. حاولنا تصحيح لهذا المتغير الخلط باستخدام اختبار الساحة المستديرة وتحريك الأشياء بعيدا عن رانه الجدران، بالإضافة إلى استخدام فترة تأقلم 10 دقيقة قبل الاختبار. تصحيحات أخرى محتملة يمكن أن يكون لاختبار في ظل ظروف مظلمة، في قفص المنزل الماوس، أو من خلال تغيير الوقت التأقلم. يمكن أن يكون كميا القلق داخل الرواية بيانات الاستكشاف الكائن نفسه عن طريق قياس الكمون إلى التحقيق الأول وكذلك عن طريق قياس عدد من التحقيق المتكرر لنفس الكائن دون انقطاع.
الرؤية والعجز حاسة الشم قد تقوض الأداء في هذا الاختبار أيضا. عدم القدرة على رائحة أو رؤية أجسام الرواية قد يسبب عدم الاهتمام أو عدم القدرة على إنشاء نمط معين، مما يؤدي إلى البيانات يدل على أن الماوس لا يعرض أعلى النظام المتكررة السلوكيات. بعض السلالات الفطرية (سلالات البيضاء على وجه الخصوص) وخطر بوضوح حدة البصر، وخاصة في الأعمار المتقدمة. إلا أن ذلك لم تظهر للتأثير على السلوك في هذا الاختبار، كما FVB الكبار وC57 الفئران (وهي البيضاء وسلالة المصطبغة، التنectively) أظهرت عدم وجود فروق ثابتة في السلوك (الشكلان 2 و 3). ومع ذلك، يمكن أن يتوقع أي عاهات أو تشوهات في أي رؤية أو الشم تؤثر على أداء سلالة الماوس في هذا الاختبار والكشف عن القدرة الحسية الأساسية التي ينصح أي سلالة جديدة تستخدم في رواية فحص استكشاف الكائن.
RRBs غالبا ما تظهر في مرحلة الطفولة المبكرة من الأفراد المتضررين، وعلى هذا النحو، فإن مقايسة التي يمكن قياس وجود العليا RRBs في الفئران الشابة أن تكون مفيدة لإنشاء الوجه وبناء صحة نماذج الماوس المحتملة. حتى الآن، وقد استخدم هذا الاختبار الوحيد على فئران بالغة. استكشاف وجوه الرواية قد يكون من الصعب بالنسبة للفئران الأصغر سنا كما أنهم يجدون صعوبة في تحريك السابقة بشكل مستقل ليوم ما بعد الولادة حوالي 10. بالإضافة إلى ذلك، الفئران الأصغر سنا من يوم ما بعد الولادة 14-16 قد تكون مترددة في التحرك في الساحات جديدة. ينزلون من على حجم الاختبار وتستخدم نا هنا وجعل الساحة أكثر دراية (باستخدام قفص المنزل، على سبيل المثال) قد يخفف بعض من هذه القضايا، ولكن من غير الواضح ما إذا كانت هذه الرواية استكشاف كائن الاختبار هو المناسب لاختبار الفئران الأصغر سنا.
وقد نوقشت مجموعة واحدة المحتملين من التحليلات الإحصائية هنا. ونظرا للطبيعة الفريدة للتسلسل البيانات هذا الاختبار يولد، فمن الممكن تماما أن الاستراتيجيات التحليلية البديلة قد تكشف عن معلومات إضافية لأن هذه الفكرة البسيطة نسبيا لم تكشف. وأظهرت البيانات التمثيلية التي تم تحليلها وشملت هنا دليل متواضع من السلوكيات الاستكشافية منقوشة كما أظهرت الفئران C58 الإناث أكبر التكرار في التعميم اختبار الساحة (الشكل 2A). لم يكن هناك أي دليل يشير إلى أي زيادة في مستويات تكرار C58 في الساحة المستطيلة (الشكل 2C)، وكذلك أي دليل على أن الذكور أظهرت أي نمط في أي من الساحة (الشكل 2B، 2D). عشريحرث حاليا أي تفسير لهذا الاختلاف في السلوك بين الذكور والإناث اختبار المواضيع. وثمة تفسير محتمل يمكن أن تكون السلوكيات الملازمة لهذه السلالة الماوس. وقد وجد أن الذكور C58 تميل إلى عرض السلوكيات أكثر المتكررة وحريصة من نظرائهم الإناث من 11. هذا الاختلاف في السلوك حريصة يمكن أن يؤدي إلى تناقص الرغبة في تشكيل تفضيلها لكائن معين وأكثر من مصلحة في مجرد استكشاف هذه يحتمل أن القلق يحفز الأجسام جديدة. فمن الممكن تماما أن سلالات الفئران الأخرى قد تظهر أيضا الفروق بين الجنسين في هذا الاختبار.
أظهر كل من الذكور والإناث الفئران C58 تفضيل كائن معين داخل الاختبار الساحة الدائرية لأنها إعادة النظر في وجوه المفضل لديهم رواية في كثير من الأحيان وكذلك زار أقل موضوعها المفضل كثير من الأحيان أقل بكثير من غيرها من السلالات (الشكل 3A، 3B). عرض سلالة C58 أيضا تفضيل لكائن واحد على الآخر طن الساحة الدائرية، ولكن ليس في الساحة مستطيلة الشكل (3C، 3D). هذا هو الأرجح بسبب بعض السمات البارزة للجولة التجارب الساحة مثل عدم وجود زوايا، ومساحة سطح أكبر المتاحة للاستكشاف أو زيادة المسافة بين الكائنات من الجدران. العمل المستقبلي في هذا الاختبار يجب التحقيق في آثار هذه المتغيرات على التنقيب عن الماوس.
التركيز الأساسي كان هنا في العليا السلوكيات المتكررة، ولكن نظرا إلى أن جميع السلوكيات في مقايسة كائن الرواية هي الفيديو المسجلة، فمن الممكن أيضا لقياس السلوكيات الأخرى. النظام أقل السلوكيات المتكررة مثل تربية، والقفز، والاستمالة وحفر عادة ما ينظر إليها في فحوصات ميدانية مفتوحة مثل هذا واحد. مع بعض الفئران، قد تكون هذه السلوكيات تتنافس مع وجود العليا السلوكيات المتكررة وستكون مهمة لقياس وتحديد خلال كل من التأقلم وفترة الاختبار.
على الرغم من حقيقة أن فقطوقد نشرت دراستان باستخدام استكشاف وجوه الرواية في الفئران لتاريخ 17،22، هذا الاختبار لديه القدرة على ملء حاجة القائمة لفحص يقيس العليا تكرار السلوك بسرعة ومع المتغيرات التباس الحد الأدنى. ومثل هذا الفحص تكمل طيف الاختبارات الحالية من أعلى RRBs النظام مثل التنقيب عن حفرة مقوى والتعلم انعكاس. RRBs هي سمة أساسية من ASD، وربما المنهكة للحياة الأفراد المتضررين. إن النماذج الماوس التحقق من صحة لRRBs المتدني والعليا تكون ذات قيمة للغاية لاختبار التدخلات الدوائية والسلوكية المحتملة. فحص استكشاف وجوه الرواية الموصوفة هنا لديه القدرة لخدمة حاجة مهمة جدا في مجال البحوث الطبية الحيوية الأساسية.
The authors have nothing to disclose.
فإن الكتاب أن نعترف البرنامج الصيفي الجامعية البحث، ومجموعة مستخدمي تقنية الأكاديمية، ومركز للتعلم الرقمي، ومركز العلوم في جامعة ريدلاندز.
فإن الكتاب أود أن أهدي هذه الورقة لذكرى لو يانغو.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Standard Polycarbonate Rodent Cage (45 cm x 24 cm x 20 cm) | Multiple cages are desirable to facilitate testing of multiple mice | ||
Plastic Opaque Circular Testing Arena (41 cm base diameter) | United States Plastic Corp. | 13931 | Multiple arenas are desirable to facilitate testing of multiple mice |
Standard Corn-Cob Rodent Bedding | |||
Novel Object - red monkey | Hasbro, Pawtucket RI | from Barrel of Monkeys | |
Novel Object - rectangular 2 x 4 LEGO | |||
Novel Object - tile | Thinkfun Inc., Alexandria VA | from Toot and Otto | |
Novel Object - standard white die | |||
Video Camera | |||
Behavioral Logging Software - The Observer | Noldus, Wageningen, The Netherlands | other programs may be used | |
Video Tracking Software - EthoVision | Noldus, Wageningen, The Netherlands | other programs may be used | |
X-Keys input keyboard | P.I. Engineering, Williamstown MI | 829484 | |
MacroWorks II | P.I. Engineering, Williamstown MI |
Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article
Request PermissionThis article has been published
Video Coming Soon
Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. All rights reserved