الفراش المحدود والتعشيش كنموذج للشدائد المبكرة في الفئران

يصف هذا البروتوكول نموذجا حيوانيا لدراسة كيفية تأثير الشدائد المبكرة في الحياة ، التي تثيرها البيئة الفقيرة ورعاية الأم التي لا يمكن التنبؤ بها خلال فترة ما بعد الولادة المبكرة ، على نمو الدماغ وخطر الاضطرابات العقلية في المستقبل.

الشدائد المبكرة (ELA) ، مثل سوء المعاملة والإهمال ونقص الموارد والبيئة المنزلية التي لا يمكن التنبؤ بها ، هي عامل خطر معروف للإصابة باضطرابات عصبية نفسية مثل الاكتئاب. تم استخدام النماذج الحيوانية ل ELA لدراسة تأثير الإجهاد المزمن على نمو الدماغ ، وعادة ما تعتمد على التلاعب بجودة و / أو كمية رعاية الأم ، لأن هذا هو المصدر الرئيسي لتجارب الحياة المبكرة في الثدييات ، بما في ذلك البشر. هنا ، يتم توفير بروتوكول مفصل لاستخدام نموذج الفراش والتعشيش المحدود (LBN) في الفئران. يحاكي هذا النموذج بيئة منخفضة الموارد ، مما يثير أنماطا مجزأة وغير متوقعة لرعاية الأم خلال نافذة تنموية حرجة (أيام ما بعد الولادة 2-9) عن طريق الحد من كمية مواد التعشيش المعطاة للسد لبناء عش لصغارها وفصل الفئران عن الفراش عبر منصة شبكية في القفص. يتم توفير بيانات تمثيلية لتوضيح التغيرات في سلوك الأم ، بالإضافة إلى انخفاض أوزان الجرو والتغيرات طويلة الأجل في مستويات الكورتيكوستيرون القاعدية ، والتي تنتج عن نموذج LBN. كبالغين ، تبين أن النسل الذي نشأ في بيئة LBN يظهر استجابة شاذة للإجهاد ، وعجز معرفي ، وسلوك يشبه anhedonia. لذلك ، يعد هذا النموذج أداة مهمة لتحديد كيفية تغيير نضج دوائر الدماغ الحساسة للإجهاد بواسطة ELA ويؤدي إلى تغييرات سلوكية طويلة الأجل تمنح التعرض للاضطرابات العقلية.

فترة ما بعد الولادة المبكرة هي نافذة تنموية حرجة يمكن للتأثيرات البيئية من خلالها تغيير مسار التنمية. على سبيل المثال ، يمكن أن تغير الشدائد المبكرة (ELA) نمو الدماغ لإحداث تغييرات طويلة المدى في الوظيفة المعرفية والعاطفية. تشمل أمثلة ELA الإساءة الجسدية أو العاطفية ، والإهمال ، وعدم كفاية الموارد ، والبيئة المنزلية غير المتوقعة التي تحدث أثناء الطفولة أو المراهقة¹. من المعروف أن ELA هو عامل خطر للإصابة باضطرابات مثل الاكتئاب واضطراب تعاطي المخدرات واضطراب ما بعد الصدمة (PTSD) والقلق^2،3،4،5. هذا مهم بالنظر إلى أن مستويات فقر الأطفال في الولايات المتحدة قد تضاعفت مؤخرا ، من 5.2٪ في عام 2021 إلى 12.4٪ في عام 2022⁶ ، وعلى الرغم من أن الفقر نفسه ليس بالضرورة ELA ، إلا أنه يزيد من احتمال الإصابة بأنواع مختلفة من ELA⁷.

لطالما كانت النماذج الحيوانية ضرورية لفهم آثار الإجهاد في وقت مبكر من الحياة على نمو الدماغ ونتائج البالغين. النموذجان الحيوانيان الرئيسيان المستخدمان في السنوات الأخيرة لتشريح هذه الظاهرة هما انفصال الأمهات (MS) والبيئة الفقيرة الناجمة عن محدودية الفراش ومواد التعشيش (LBN). تم تطوير مرض التصلب العصبي المتعدد كنموذج للحرمان الأبوي⁸. في ذلك ، يتم أخذ سدود القوارض بعيدا عن صغارها ، عادة لعدة ساعات ، كل يوم حتى الفطام⁸. تم العثور على نموذج مرض التصلب العصبي المتعدد ليؤدي إلى سلوكيات شبيهة بالاكتئاب والقلق في مرحلة البلوغ⁹ ، بالإضافة إلى استجابة شاذة للإجهاد المزمن^10,11. من ناحية أخرى ، فإن نموذج LBN ، الذي تم تطويره لأول مرة في مختبر Baram¹² ، لا يفصل السد عن الجراء ، بل يعدل البيئة التي يتم فيها تربية الجراء ، محاكيا بيئة منخفضة الموارد^12,13. يؤدي تقليل كمية مواد التعشيش ومنع الوصول المباشر إلى الفراش في هذا النموذج إلى تعطل رعاية الأم من السدود³. نظرا لأن رعاية الأم القوية والتي يمكن التنبؤ بها مطلوبة للتطوير السليم لدوائر الدماغ المعرفية والعاطفية¹⁴ ، يمكن أن تؤدي رعاية الأم المجزأة من LBN إلى مجموعة من النتائج ، بما في ذلك محور الغدة النخامية والغدة الكظرية (HPA) مفرط النشاط ، وتحول التوازن المثبط المثير في مناطق متعددة من الدماغ ، وزيادة مستويات الهرمون المطلق للكورتيكوتروبين (CRH) ، والسلوك الشبيه بالاكتئاب في النسل^{13 ،} 15,16,17,18,19.

الآلية الدقيقة التي يؤدي بها ELA إلى زيادة خطر الإصابة بالاضطرابات العصبية والنفسية ليست مفهومة تماما. يعتقد أنه مرتبط بالتغيرات في دائرة محور HPA^19،20 ، وتظهر الأدلة الحديثة أن هذا قد يكون ناتجا عن التغيرات في التقليم المشبكي الدبقي الصغير¹⁹. لقد ثبت أن نموذج LBN أداة حاسمة لفهم تأثير البيئة المحيطة بالولادة على نمو الدماغ والنتائج السلوكية طويلة الأجل. على الرغم من أن هذا النموذج تم تطويره في البداية للفئران ، فقد تم تكييفه أيضا للفئران من أجل الاستفادة من الأدوات المعدلة وراثيا الموجودة^12,13. والجدير بالذكر أن النموذج مشابه جدا في كلا النوعين ويثير نتائج متقاربة للغاية ، مثل التغيرات في محور HPA ، والعجز المعرفي ، والسلوك الشبيه بالاكتئاب ، مما يسلط الضوء على فائدته عبر الأنواع وإمكاناته الانتقالية. ستقدم هذه المقالة وصفا تفصيليا لكيفية استخدام نموذج الفراش والتعشيش المحدود في الفئران ، وجمع وتحليل سلوك الأم ونتائج النسل للتحقق من فعالية النموذج والنتائج المتوقعة.

تم تنفيذ جميع الإجراءات المتعلقة بالحيوانات وفقا لدليل المعاهد الوطنية للصحة لرعاية واستخدام المختبر ، وتمت الموافقة عليها من قبل اللجنة المؤسسية لرعاية واستخدام من جامعة ولاية جورجيا (رقم الموافقة A24011). تم تربية الفئران وصيانتها في مرافق في جامعة ولاية جورجيا. أجريت التجارب على سلالة C57BL / 6J خلال فترة ما حول الولادة (يوم ما بعد الولادة [P] 2-10) وشملت الذكور والإناث. الكواشف والمعدات المستخدمة في هذه الدراسة مدرجة في جدول المواد.

1. إعداد المواد

1. قطع مقسم الشبكة وفقا لأبعاد القفص ، وترك فائض 3 سم على الجوانب الأطول.
   ملاحظة: يتم قطع الشبكة المتوفرة في جدول المواد من قبل الشركة المصنعة.
2. قم بطي الحواف ، بما في ذلك الفائض ، بطريقة تخلق منصة مثبتة بدقة على حواف القفص وبارتفاع ~ 2.5 سم فوق الأرض. سيسمح ذلك للبول والبراز بالمرور عبر مقسم الشبكة دون أن تتمكن الحيوانات من استرداد فراش كوز الذرة. أخيرا ، تأكد من طي جميع الحواف الحادة لأسفل لمنع أي ضرر للحيوانات.
   ملاحظة: الفواصل الشبكية قابلة لإعادة الاستخدام ويجب تنظيفها جيدا بين الاستخدامات بالماء الساخن والصابون ، يليها الرش بنسبة 70٪ من الإيثانول.
3. قم بإعداد الكاميرات على حوامل ثلاثية القوائم وقم بإعداد نظام التسجيل.
   ملاحظة: يوصى باستخدام برنامج إدارة الفيديو. ينتج عن هذه التسجيلات ملفات .mp4 يتم تثبيتها تلقائيا في مقاطع 1 ساعة.
4. اضبط الإعدادات على التسجيل المستمر.
   ملاحظة: الإعدادات الإضافية الموصى بها هي دقة 1920 × 1080 و 30 إطارا / ثانية.
5. اضبط ملفات .mp4 الناتجة لتقسيمها إلى مقاطع 1 ساعة إذا لم يتم ذلك تلقائيا بواسطة برنامج إدارة الفيديو.
6. في حالة تحليل فترة إطفاء الأنوار ، استخدم إضاءة الأشعة تحت الحمراء.
   ملاحظة: لتقليل وهج التسجيل على جانب القفص ، يوصى بتعطيل الأشعة تحت الحمراء (IR) من الكاميرا. بدلا من ذلك ، استخدم الأضواء الكاشفة بالأشعة تحت الحمراء في الغرفة أثناء تسجيل المرحلة المظلمة.

2. نموذج الفراش والتعشيش المحدود (LBN)

1. زوج 1-4 إناث مع مربي ذكر واحد.
   ملاحظة: العمر الموصى به لأول اقتران في الإناث التجريبية هو P75. يعد استخدام الإناث غير المتجانسة أمرا مثاليا ، ولكن في الحالات التي لا يكون فيها ذلك ممكنا ، كما هو الحال مع سلالات الفئران المعدلة وراثيا القيمة ، قد تستمر الإناث متعددة الأزواج في التكاثر لمدة أربعة أشهر تقريبا بعد ذلك. يوصى ، على الرغم من أنه ليس مطلوبا ، بالتحقق من وجود سدادات مهبلية يوميا لتأكيد يوم التزاوج (اليوم الجنيني [E] 0).
   1. بمجرد أن تصبح السدود حاملا ، حافظ على الاضطرابات في حدها الأدنى.
      ملاحظة: يمكن إعادة استخدام الإناث متعددة الأزواج بشكل عام لإنتاج ما يصل إلى خمسة لترات قبل انخفاض الخصوبة. إذا تم إعادة استخدام السدود للتجربة ، فيجب استخدامها بشكل تفضيلي لنفس الحالة في كل مرة أو تحويلها فقط من Control إلى LBN ، ولكن ليس العكس ، من أجل تجنب أي آثار متبقية طويلة الأجل ل LBN على السد.
2. في E17 (أو إذا لم يتم فحص المقابس ، كلما بدت الإناث حاملا بشكل واضح) ، افصل الإناث في قفص زجاجي قياسي خاص بهن وامنحهن عشا قطنيا واحدا (5 × 5 سم) لبناء عش.
   ملاحظة: من الأفضل نقل الإناث المنفصلات إلى غرفة صغيرة هادئة بعيدا عن غرفة المستعمرة الرئيسية مع دورة ضوء / مظلمة لمدة 12 ساعة والحد الأدنى من الاضطرابات من الأفراد لإعداد التحكم و LBN.
3. سجل تاريخ الميلاد (حوالي E19).
4. في P2 ، عد الجراء وجنسهم. قم بتعيين الفضلات بشكل عشوائي إلى LBN أو ظروف التحكم (إذا كانت القمامة الأولى للسد). يجب أن يكتمل هذا التفاعل مع الجراء بين 1 و 4 ساعات بعد تشغيل الأنوار.
   1. ضع الجراء بعناية في قفص جديد ونظيف ليتم فرزها حسب الجنس. المسافة الشرجية التناسلية بين فتحة الشرج والأعضاء التناسلية أكبر في الذكور منها في الإناث ويمكن استخدامها كمعرف.
   2. افصل الذكور والإناث إلى مجموعات لعدهم.
   3. إعدام الفضلات مع أكثر من 8 الجراء وتجاهل الفضلات مع أقل من 4. حجم القمامة الأمثل هو 4-8 جراء ، لأن أي شيء خارج هذا النطاق يمكن أن يتداخل مع توزيع رعاية الأم أثناء الدراسة.
      ملاحظة: المتغيرات التي يمكن أن تتأثر بسبب حجم القمامة هي وزن الجرو ، وفرصة التغذية ، والتفاعلات بين الأم والجرو ، مما قد يربك التجربة. من الناحية المثالية ، لن يتم تعزيز الفئران لأنها أقل عرضة للبقاء على قيد الحياة من الفئران.
5. قم بإعداد شروط التحكم وLBN كما هو موضح في الشكل 1.
   1. التحكم: استخدم قفص صندوق أحذية الماوس بحجم قياسي (19.4 سم × 13.0 سم × 38.1 سم) مع ~ 220 جم من فراش كوز الذرة (اعتمادا على أبعاد القفص ، بهدف ارتفاع ~ 1 سم) ونستله قطن مربع قياسي (5 × 5 سم).
      1. لمساعدة الفئران على التأقلم مع هذه البيئة غير المألوفة ، ضع إحدى كرياتها البرازية من قفصها القديم في كل ركن من أركان القفص الجديد. بالإضافة إلى ذلك ، ضع كمية صغيرة (بحجم الدايم) من نستله القطن المستخدم من القفص السابق فوق نستله الجديد.
   2. LBN: ضع المقسم الشبكي المعد مسبقا في قفص صندوق أحذية قياسي مع ~ 110 جم من فراش كوز الذرة (يهدف إلى ارتفاع ~ 0.5 سم). يجب أن تمنع الشبكة الاتصال المباشر بين الفئران وفراش كوز الذرة.
      1. أخيرا ، أضف نصف مربع نستلة قطني (2.5 × 5 سم). كرر جميع الخطوات المذكورة أعلاه للمساعدة في التأقلم.
         ملاحظة: يوصى بالحفاظ على أقفاص علب الأحذية على رفوف قياسية غير مهواة لأنه ثبت أن هذا الإعداد هادئ ولا يسبب انخفاض حرارة الجسم في الجراء التي يتم تربيتها في أقفاص LBN²¹. ومع ذلك ، قد لا يكون هذا هو الحال مع زيادة تدفق الهواء في أقفاص التهوية ؛ لذلك ، يجب على الباحثين قياس مستويات الضوضاء ودرجات حرارة الجرو الأساسية في نظامهم إذا كانوا يستخدمون أقفاصا جيدة التهوية.
6. أضف الجراء إلى القفص المخصص لهم وضعهم فوق العش. بعد ذلك ، ضع السد في القفص المواجه للجراء ، لأن ذلك سيساعدها على ملاحظة وجودها بسرعة أكبر. تأكد من تضمين ما يكفي من الطعام والماء لمدة 8 أيام على الأقل لتجنب إزعاج القفص حتى نهاية التجربة في P10.
7. ضع كاميرا على حامل ثلاثي القوائم أمام القفص ، مما يسمح برؤية جانبية واضحة للسد وصغارها. اختياريا ، ضع المرايا حول القفص لالتقاط جميع الزوايا بشكل أفضل. على الرغم من أن 1 ساعة فقط من تسجيل الفيديو يوميا تحتاج إلى تحليل ، فقد تم إعداد الكاميرا لتسجيل 24/7 باستمرار أثناء التجربة بحيث يمكن مراقبة الاضطرابات.
   ملاحظة: يمكن أيضا ملاحظة الفئران شخصيا ، ويمكن تسجيل سلوك الأم يدويا ، على الرغم من أنه يفضل تسجيل الفيديو لمنع أي اضطرابات بسبب وجود المجرب في الغرفة. إذا تم استخدام رفوف جيدة التهوية ، فقد يكون من الضروري أيضا استخدام إجراء مختلف لترتيب كاميرات لتسجيل رعاية الأم عن ذلك الموضح هنا.
8. في صباح يوم P10 ، أعد جميع إلى ظروف الأقفاص القياسية (مطابقة بشكل مثالي لحالة التحكم أعلاه) وقم بوزن الجراء.
9. عامل جميع الجراء بنفس الطريقة وافطم P21 إلى مجموعات من 2-5 من زملاء القمامة من نفس الجنس.
   ملاحظة: اهدف إلى إيواء رفقاء القمامة من نفس الجنس معا كلما أمكن ذلك ، ولكن إذا لزم الأمر ، قم بإيواء ذرية من نفس الجنس من فضلات مختلفة في نفس الحالة معا. يوصى بتجنب التحكم في السكن ونسل LBN معا (انظر Yang et al. لتأثير تكوين cagemate على الأنماط الظاهرية السلوكية²²).

الشكل 1: مثال على إعداد القفص. يظهر القفص الموجود على الجانب الأيسر من الصورة قفصا قياسيا للتحكم (CTL) يحتوي على كمية كاملة من الفراش وعش كامل. يظهر القفص الموجود على الجانب الأيمن إعدادا محدودا للفراش والتعشيش (LBN) بنصف كمية الفراش ونصف عش ومقسم شبكي لفصل عن الفراش. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

3. تسجيل سلوك الأم

1. على الرغم من جمع التسجيلات المستمرة في هذا الإعداد ، قم بتحليل 1 ساعة فقط من P3 إلى P6. يوصى بتحليل مقاطع الفيديو المسجلة في موعد لا يتجاوز 1 ساعة بعد تغيير الأضواء للسماح بالتعود وتحليل مقاطع الفيديو من وقت ثابت كل يوم.
   ملاحظة: تحتوي الفترة من P3 إلى P6 عادة على أكبر الاختلافات في رعاية الأم بسبب LBN. لذلك ، من الضروري فقط تحليل هذه الأيام. يسمح وقت المراقبة / التسجيل المقترح بالتقاط النشاط بعد الانتقال من الدورة النشطة إلى الدورة غير النشطة أو العكس. ومع ذلك ، فإن المرحلة غير النشطة هي عندما يكون من المرجح أن يشارك السد في رعاية الأم وقد ثبت سابقا أنه يحتوي على أكبر اختلافات المجموعة في سلوك الأم³.
   ملاحظة: التقط تسجيلات P2 في وقت متأخر عن الأيام الأخرى لأن الفئران تحتاج إلى 1 ساعة على الأقل لتعتاد على تغيير القفص. ما لم يكن هذا متغيرا مثيرا للاهتمام ، تجاهل هذا اليوم من التحليل.
2. سجل جميع السلوكيات كما هو موضح في الجدول 1. عادة ، يتم تسجيل السلوكيات لأول 50 دقيقة بعد بدء وقت جمع البيانات.
   ملاحظة: يمكن القيام بذلك يدويا أو إلكترونيا باستخدام البرنامج التفاعلي لأبحاث المراقبة السلوكية (BORIS، وهو برنامج مفتوح المصدر)، أو نوع مماثل من البرامج. التعليمات أدناه مخصصة لتسجيل النقاط باليد ويمكن تكييفها لأي برنامج يتم اختياره.
3. في جدول مطبوع ، سجل السلوك المرصود باستخدام الاختصار ووقت البدء ومدة النوبة وأي ملاحظات وصفية. على سبيل المثال ، إذا كان السد يرضع بنشاط ثم يغادر العش ولكن الجراء لا يزالون مرتبطين بها ، لاحظ هذا على أنه AN، متبوعا ب O. يجب الاحتفاظ بوصف الجراء (وعددها) الذي لا يزال مرفقا كملاحظة على الجانب في حالة الحاجة إلى ذلك لاحقا.
   ملاحظة: لا يتم تحليل أي سلوك أقل من 3 ثوان. تساعد هذه القاعدة في تصفية السلوكيات اللحظية بسبب الاضطرابات الخارجية ، مثل الضوضاء البيئية. يتم إجراء استثناء عندما يكون هناك انقطاع مرئي لنوبة AN (مثل حركة كبيرة أو امتداد) يتم استئنافها بسرعة. في هذه الحالة ، السلوك الملاحظ هو AN، متبوعا ب N-AN، كما هو موضح في الجدول 1.
4. في حالة حدوث سلوكيات متعددة في وقت واحد ، سجل السلوك الأكثر نشاطا. مثال على ذلك هو إذا كان السد منخفضا في التمريض ولكنه يبدأ لاحقا في اللعق والاستمالة ، ويلاحظ أن التمريض المنخفض يتوقف ، ويجب وضع علامة على السلوك التالي على أنه LG مع ملاحظة أن هذا حدث أثناء LN.

الجدول 1: وصف سلوكيات رعاية الأم.

4. تحليل بيانات سلوك الأم

1. تجميع نتائج التسجيل في جدول بيانات.
2. إذا تم تحليل مقاطع الفيديو إلكترونيا ، فاحذف السلوكيات ذات النوبات التي تقل عن 3 ثوان ، كما هو موضح في الخطوة 3.
3. احسب متوسط طول النوبة ومتوسط التكرار والمدة الإجمالية لللعق والاستمالة لكل يوم من أيام المراقبة.
   ملاحظة: يمكن إجراء الإحصائيات الوصفية على أي من السلوكيات المسجلة ، ولكن اللعق والاستمالة عادة ما يمثلان الاضطراب الأكثر وضوحا من حيث التجزئة بواسطة LBN (أي نوبات أقصر وأكثر تكرارا). يمكن تحليل هذه المتغيرات كمتوسط عبر P3-P6 ، أو كمقاييس متكررة يوميا للبحث عن أي تغييرات بمرور الوقت إذا كان هذا مهما.

5. حساب الإنتروبيا

ملاحظة: يتم حساب الإنتروبيا ، أو عدم القدرة على التنبؤ ، لسلوكيات رعاية الأم بناء على الطريقة التي اقترحها Vegetabile et ^al.23. تعتمد هذه الطريقة على افتراض أن سلوكيات رعاية الأم تعمل كسلسلة ماركوف ، والتي يمكن استخدامها لتقدير معدل الإنتروبيا للتسلسل السلوكي. يتميز تسلسل سلوكيات كل سد باستخدام مصفوفة الانتقال التجريبية ij> _{i,j = 1 ... 7} من الاحتمالات الشرطية للانتقال من سلوك (i) إلى سلوك آخر (j) ، ويتم حساب معدل الإنتروبيا من هذا كما هو موضح سابقا ^3,23 وكما يلي:

حيث p_ij هو الاحتمال الشرطي أن السلوك j يتم ملاحظته بعد ملاحظة السد يؤدي السلوك i ، π_i هو التردد الذي لوحظ به السلوك i ، و M (= 7) هو العدد الإجمالي للسلوكيات المختلفة. تتم إحالة القارئ إلى Vegetabile et ^al.23 لمناقشة الأسس النظرية للمعادلات. هنا ، ينصب التركيز على كيفية تطبيق الطريقة في نموذج LBN.

1. لحساب ذلك ، قم بترتيب التنسيق المطلوب للتحليل.
   1. اجمع بين AN و LN و SN و N-AN في متغير واحد يسمى N عن طريق جمع الأوقات معا ، لأنها جميعا تتضمن التمريض.
      ملاحظة: راجع الجدول 1 لوصف سلوكيات رعاية الأم.
   2. أضف السلوكيات التي لا تتعلق بالسلوكيات الذاتية أو الموجهة للجرو (M و O) إلى O.
   3. أدخل LG و E و SG و C و NB بشكل منفصل لينتج عنه إجمالي 7 سلوكيات.
2. أنشئ جدول بيانات بأعمدة باتباع هذا الترتيب: معرف الماوس ومعرف القمامة والقمامة # والمعالجة واليوم والوقت والسلوك والحالة.
   1. في معرف الماوس ، أضف خط الماوس / النمط الجيني للسد.
   2. في معرف القمامة ، استخدم معرف السد متبوعا برقم القمامة.
   3. في القمامة # ، أشر إلى عدد الفضلات التي يمتلكها السد.
   4. تأكد من أن العلاج هو LBN أو التحكم ، وفقا للظروف التي تم وضع فيها.
   5. أشر إلى اليوم باعتباره يوم ما بعد الولادة المقابل الذي تم تحليله.
   6. حدد الوقت كطابع زمني في الفيديو عندما بدأ السلوك وانتهى (بالنسبة إلى بداية التسجيل).
   7. حدد السلوك من السبعة الموصوفة سابقا (N و O و LG و E و SG و C و NB) (الجدول 1).
   8. حدد نوعي الحالات ، START و STOP. لذلك ، سيظهر كل سلوك مرتين ؛ يشير الترميز الأول إلى البداية ، والثاني يشير إلى التوقف.
3. باتباع هذا التنسيق ، قم بتضمين معلومات جميع الأيام التي تم تحليلها.
4. في بيئة R، قم باستيراد مجموعات البيانات التي تم تنسيقها على النحو الوارد أعلاه.
5. قم بتثبيت الحزم المتوفرة في https://github.com/bvegetabile/entropyRate.
   ملاحظة: تشغيل هذا الرمز يؤدي إلى مجلد باسم LBN; بغض النظر عن الشرط ، يحتوي هذا المجلد على الإنتروبيا المحسوبة. بالإضافة إلى ذلك ، يمكن بعد ذلك حساب متوسط إنتروبيا كل يوم حسب موضوع P3-P6 ومقارنتها بين الظروف.

توضح النتائج التمثيلية كيف يؤثر ELA ، الذي تفرضه بيئة فقيرة في أقفاص LBN ، على رعاية الأمهات من السدود والنتائج الفسيولوجية للنسل. الإنتروبيا اليومية في سلوك رعاية الأم أعلى في LBN عبر الأيام P3-P6 (F_1,58 = 7.21 ، p = 0.0094; الشكل 2 أ) ، وكذلك متوسط إنتروبيا كل سد من هذه الفترة الزمنية (t₁₅ = 3.03 ، p = 0.0085 ؛ الشكل 2 ب). والجدير بالذكر أنه لا يوجد فرق كبير في متوسط معدل الإنتروبيا عبر الفضلات المختلفة من نفس السد عند الحفاظ عليها داخل نفس مجموعة المعالجة (F_1.699,4.247 = 0.57, p = 0.58; الشكل 2C) ، مما يشير إلى أن معدل الإنتروبيا قد يكون سمة مستقرة إلى حد ما لكل سد. من بين جميع السلوكيات ، فإن اللعق والاستمالة هو الذي ثبت أنه الأكثر تجزؤا بواسطة LBN³. تعرض سدود LBN تواترا أعلى لعق صغارها وتهيئتها (LG) (t₁₆ = 4.04 ، p = 0.0010 ؛ الشكل 2 د) وفي نوبات أقصر (t₁₆ = 3.25 ، p = 0.0050 ؛ الشكل 2E). ومع ذلك ، لا يوجد فرق كبير في المدة الإجمالية ل LG بين سدود التحكم وسدود LBN (t₁₆ = 1.52 ، p = 0.15 ؛ الشكل 2F).

الشكل 2: تحليل سلوك الأم. (أ) معدل الإنتروبيا اليومي أعلى في سدود الفراش والتعشيش المحدودة (LBN) مقابل التحكم (CTL) كما تم تحليله بواسطة نموذج التأثيرات المختلطة (F_1,58 = 7.21 ، p = 0.0094). (ب) متوسط معدل الإنتروبيا أعلى في سدود LBN مقابل CTL (t₁₅ = 3.03 ، p = 0.0085). (ج) لا يختلف متوسط معدل الإنتروبيا (P3-P6) اختلافا كبيرا عبر الفضلات المتعددة داخل نفس السد عند الحفاظ عليه في نفس مجموعة المعالجة (F_1.699,4.247 = 0.57 ، p = 0.58). يمثل كل خط سدا واحدا. (د) التكرار التراكمي لأحداث اللعق والاستمالة (LG) أعلى بالنسبة لسدود LG مقابل CTL (t₁₆ = 4.04 ، p = 0.0010). (ه) متوسط طول نوبة LG أقصر بالنسبة لسدود LG مقابل CTL (t₁₆ = 3.25 ، p = 0.0050). (F) لا يختلف الوقت التراكمي المستغرق في LG اختلافا كبيرا بسبب LBN (t₁₆ = 1.52 ، p = 0.15). البيانات هي متوسط ± SEM ، * p < 0.05. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

الجراء التي تم تربيتها في ظروف LBN أصغر بكثير في P10 (t₆₁ = 6.30 ، p < 0.0001 ؛ الشكل 3 أ). يستمر هذا الاختلاف عادة عند عمر الفطام (t₆₂ = 6.29 ، p = <0.0001 ؛ الشكل 3 ب) ولكن لم يعد يلاحظ في مرحلة البلوغ (t₃₈ = 1.08 ، p = 0.29 ؛ الشكل 3 ج). ومع ذلك ، تزداد مستويات الكورتيكوستيرون عند خط الأساس في مرحلة البلوغ (t_18.79 = 2.23 ، p = 0.038 ؛ الشكل 3D) ، مما يشير إلى التأثيرات الفسيولوجية الدائمة ل LBN. هذه هي الاختلافات المتوقعة في الإعداد التجريبي الناجح. في حالة الإعداد دون المستوى الأمثل ، قد لا تقدم قيم طول نوبة LG والانتروبيا وأوزان الجرو أي اختلافات ، ويرجع ذلك على الأرجح إلى مجموعة "التحكم" المجهدة. لأغراض هذه الورقة ، تم انهيار الجنس عند تحليل نتائج النسل لأن الاختلافات بين الجنسين لا تلاحظ عادة في النتائج الفسيولوجية الموصوفة هنا. ومع ذلك ، فإن الاختلافات بين الجنسين في أنواع أخرى من النتائج ، مثل السلوك المعرفي والعاطفي ، يتم الإبلاغ عنها بشكل شائع في هذا النموذج ويجب التحقيق فيها^{بشكل أكبر 4}.

الشكل 3: نواتج النسل. (أ) الفراش والتعشيش المحدودان (LBN) يقللان من وزن الجرو المقاس عند P10 ، قبل العودة إلى الأقفاص القياسية مباشرة (t₆₁ = 6.30 ، p < 0.0001). (ب) لا يزال الوزن ينخفض بمقدار LBN في عمر الفطام (t₆₂ = 6.29 ، p < 0.0001). (ج) لم يعد وزن البالغين يختلف بسبب LBN (t₃₈ = 1.08 ، p = 0.29). (د) يتم زيادة تركيز خط الأساس للكورتيكوستيرون في مرحلة البلوغ بواسطة LBN ، كما تم تحليله بواسطة اختبار Welch t (t_18.79 = 2.23 ، p = 0.038). بالنسبة إلى جميع التمثيلات البيانية، تظهر الإناث بدوائر والذكور بمثلثات. البيانات هي متوسط ± SEM ، * p < 0.05. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

توفر هذه المقالة بروتوكولا مفصلا لتطبيق نموذج LBN في الفئران. هذا النموذج هو أداة مهمة لفهم كيف يساهم شكل من أشكال الإجهاد المزمن ذي الصلة من الناحية الأخلاقية والتحويلية في الحياة المبكرة في تطور الاضطرابات العصبية والنفسية في النسل¹³. كما أنه مفيد لدراسة سلوك الأم وأي تغييرات في دماغ السدود من منظور جزيئي أو عصاوي صماء أو دائرة²⁴. بالنسبة لهذه الأنواع من الأسئلة ، قد يكون تعدد التكافؤ متغيرا أكثر أهمية يجب مراعاته. لقد لاحظنا أن درجات إنتروبيا سلوك الأم تظل متسقة عبر فضلات متعددة داخل نفس السد (الشكل 2C) ، مما يشير إلى أن الإنتروبيا قد تكون سمة مستقرة إلى حد ما لكل سد. قد تبرر هذه النتيجة استخدام إناث الفئران متعددة الأزواج عندما لا يكون من الممكن استخدام الإناث عديمة الأضلاع فقط ، كما هو الحال في حالة الفئران المعدلة وراثيا المكلفة أو النادرة. نظرا للتأثيرات غير المقصودة المحتملة لتعدد التكافؤ على المتغيرات الأخرى (على سبيل المثال ، البيئة داخل الرحم) ، يوصى بأن يتحكم المجرب إحصائيا في استخدام الإناث متعددة الأوجه أثناء تحليل البيانات.

من المهم ملاحظة أن هذا النموذج حساس للغاية للاضطرابات البيئية. يمكن لعوامل متعددة أن تعطل ، مما يسبب مشاكل ونتائج دون المستوى الأمثل ، مثل فيضانات الأقفاص أو الضوضاء العالية مثل البناء القريب. عادة ، ستؤدي هذه الاضطرابات إلى إجهاد التحكم ، وبالتالي ، لن تكون هناك فروق بين ظروف التحكم و LBN. قد يكون مؤشر هذه المشاكل أوزانا مماثلة في الجراء الضابطة و LBN في P10 وقيم إنتروبيا مماثلة في سلوك رعاية الأم. لهذا السبب ، فإن الإعداد المثالي هو غرفة رعاية الأمومة التي تستخدم فقط لهذا الغرض ، هادئة وبعيدة عن المستعمرة وموظفي المختبر الآخرين. يمكن أن تؤدي الاضطرابات أيضا إلى أكل لحوم البشر للجراء ، خاصة في السدود الأصغر من P75. خطر فقدان الجراء لأكل لحوم البشر أقل في السدود بعد P75 وغالبا بعد القمامة الأولى. نسخة بديلة من هذه الطريقة تحول توقيت التلاعب التجريبي إلى P4-P11 من أجل تقليل خطر أكل لحوم البشر إلى أبعد من^{ذلك 25,26} ؛ على الرغم من أن هذا ليس ضروريا في ظروف المختبر الحالية. نسخة أخرى من LBN لا تستخدم مقسم شبكي ولكنها لا تزال تحد من كمية الفراش ومواد التعشيش طوال فترة ما بعد الولادة^{قبل الفطام 27}. من المهم ملاحظة أن تغيير الجدول الزمني قد يؤدي إلى نتائج مختلفة ، مثل سلوك الأم المسيء ، والذي قد يؤدي بدوره إلى نتائج مختلفة للنسل ، مثل السلوكيات الشبيهة بالقلق^25,28. تشمل المشاكل الشائعة الأخرى فقدان بيانات سلوك الأم بسبب زاوية الكاميرا وحجم العش الكبير. للمساعدة في ذلك ، ينصح بوضع مرآة في الجزء الخلفي من القفص وتأكد من توفير عش واحد فقط في حالة التحكم من أجل منع العش من أن يصبح كبيرا جدا وإخفاء الجراء عن الكاميرا. أخيرا ، من الضروري التأكد من أن الشبكة تتناسب بشكل صحيح مع القفص لمنع الجراء من الوقوع أو الأذى.

تتمثل ميزة نموذج LBN في أنه يمكن تخصيصه بسهولة ودمجه مع عوامل تجريبية أخرى. أمثلة على المتغيرات التي يمكن إضافتها إلى هذا البروتوكول هي النظام الغذائي^29،30 ، والتحديات المناعية^30،31 ، والخطوط المعدلة وراثيا المختلفة^32،33 ، وعلم الوراثة الكيميائي¹⁹. علاوة على ذلك ، تستخدم بعض إصدارات هذا النموذج إطارا زمنيا P10-P17 وتدمجه مع فصل الأم (MS) ^34،35،36. تم تكييف هذا النموذج أيضا كإجهاد ما قبل الولادة ، حيث يتم وضع السدود في بيئة LBN من E14 إلى E19^37,38 ، لكن الجراء لا يتعرضون أبدا للإجهاد مباشرة. أخيرا ، تستخدم بعض الدراسات نموذجا ثنائي الضربات يتضمن ELA جنبا إلى جنب مع اختبارات إجهاد مختلفة على النسل عندما يصلون إلى سن^{الرشد 19,39}.

أحد قيود هذه الطريقة هو أنها لا تحتوي على إنتاجية عالية. كمية البيانات التي تنتجها محدودة بعدد الكاميرات والمساحة المتاحة في وقت واحد ، على الرغم من أنه يمكن بسهولة ترتيب الفضلات بمرور الوقت. يستغرق التسجيل اليدوي لسلوك الأم وقتا طويلا بشكل خاص وقد يؤدي إلى تحيز المراقب ، ولكن يتم حاليا تطوير التسجيل الآلي⁴⁰ ، وذلك بفضل ظهور الأساليب القائمة على التعلم الآلي. إذا تم تسجيل البيانات يدويا ، فمن المستحسن أن يسجل نفس الشخص جميع مقاطع الفيديو لتجربة واحدة من أجل تقليل التباين بين المراقبين. هناك قيد آخر هو أن هذا النموذج مصمم للقوارض التي تعتمد بشكل أساسي على رعاية الأم ، مما يجعل من الصعب دراسة رعاية الوالدين الثنائيين. ومع ذلك ، فقد تبنت بعض المجموعات الحرمان الأبوي كبديل لمرض التصلب العصبي المتعدد في الأنواع ثنائية الوالدين مثل فأر كاليفورنيا^41,42 ، لذلك من المتصور أنه يمكن أيضا تكييف LBN لهذه الأنواع.

بصرف النظر عن LBN ، فإن فصل الأمهات هو النموذج الأبرز الآخر ل ELA ، لأن الأشكال الأخرى من الإجهاد المستخدمة في البالغين (أي إجهاد ضبط النفس) ليست ذات صلة أخلاقية ولا تؤثر على الجراء بنفس الطريقة. يختلف LBN عن مرض التصلب العصبي المتعدد لأنه شكل من أشكال الإجهاد المزمن الذي يؤدي إلى سلوك الأم المجزأ وغير المتوقع ، في حين أن الحرمان في مرض التصلب العصبي المتعدد متقطع ويحدث عادة في أوقات يمكن التنبؤ بها كل يوم⁴³. ومن المثير للاهتمام ، أن كلا النموذجين يمكن أن يسبب تغييرات في محور HPA وسلوكيات شبيهة بالاكتئاب في القوارض ، على الرغم من أن LBN قد يكون بروتوكولا أكثر قابلية للتكرار مع تفاعل أقل للمجرب واتساق أعلى عبر المختبرات^{1،11،13،16}. على الرغم من أن هذا البروتوكول مفيد في التخفيف من بعض مصادر التباين (مثل المتعلقة بالمجرب ، إلا أن جوانب أخرى مثل الاختلافات في المرافق الحيوانية أو أصل أو السلالة يمكن أن تؤثر على النتائج. على سبيل المثال ، من المعروف أن الفئران BALB / c لديها استجابة أكثر وضوحا لإجهاد ضبط النفس المزمن وقد تكون حساسة بشكل تفاضلي ل ELA من C57BL / 6J^27,44.

في الختام ، يستخدم نموذج LBN بيئة منخفضة الموارد مع رعاية أمومية لا يمكن التنبؤ بها وهو نهج مفيد لفهم كيفية تأثير الإجهاد المبكر على مجموعة واسعة من العمليات ، مثل التكيفات الفسيولوجية مع الإجهاد وسلوك الأم ونمو الدماغ. والجدير بالذكر أنه تم استخدام هذا النموذج لفهم كيف ولماذا يعتبر ELA عامل خطر للاضطرابات العصبية والنفسية^1،5،9،12. في المستقبل ، سيعزز استخدام LBN فهمنا للأساس البيولوجي لكل من الاضطرابات العقلية والجسدية ويساعد على توضيح أهداف علاجية جديدة لعلاج آثار الإجهاد خلال فترة الفترة المحيطة بالولادة الحساسة.

ليس لدى المؤلفين أي تضارب في المصالح.

تم دعم هذا العمل من قبل NIMH K99 / R00 Pathway to Independence Award #MH120327 ، ومنحة مؤسسة Whitehall # 2022-08-051 ، ومنحة NARSAD Young Investigator Grant # 31308 من مؤسسة أبحاث الدماغ والسلوك ومؤسسة جون وبولي سباركس. يود المؤلفون أن يشكروا قسم الموارد الحيوانية في جامعة ولاية جورجيا على توفير رعاية استثنائية لحيواناتنا., وريان سليث لدعمه الفني الممتاز في إعداد وصيانة نظام إدارة الفيديو لدينا. يود الدكتور بولتون أيضا أن يشكر الدكتورة تالي ز. بارام على التدريب الممتاز في التنفيذ السليم لنموذج LBN خلال زمالة ما بعد الدكتوراه.