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A protocol is provided to use an Open Field Maze to access general locomotor activity, anxiety and emotionality in a laboratory mouse model.
Animal models have proven to be invaluable to researchers trying to answer questions regarding the mechanisms of behavior. The Open Field Maze is one of the most commonly used platforms to measure behaviors in animal models. It is a fast and relatively easy test that provides a variety of behavioral information ranging from general ambulatory ability to data regarding the emotionality of the subject animal. As it relates to rodent models, the procedure allows the study of different strains of mice or rats both laboratory bred and wild-captured. The technique also readily lends itself to the investigation of different pharmacological compounds for anxiolytic or anxiogenic effects. Here, a protocol for use of the open field maze to describe mouse behaviors is detailed and a simple analysis of general locomotor ability and anxiety-related emotional behaviors between two strains of C57BL/6 mice is performed. Briefly, using the described protocol we show Wild Type mice exhibited significantly less anxiety related behaviors than did age-matched Knock Out mice while both strains exhibited similar ambulatory ability.
The Open Field Maze (OFM) was initially developed in 1934 as a test to measure emotionality in rodents1. It has attained the status of being one of the most widely used measures of behavior in animal psychology2. It provides an easy and fairly rapid assessment of well-defined behaviors requiring no training to the test subject and little to no specialized training for the human administering the test. These attributes have led to wide-spread use of the open field maze in research extended to other animal species such as calves, pigs, rabbits, primates, honeybees and lobsters3. Part of its popularity arises from the fact that the psychological and physiological concepts underlying the tests are generally straight-forward and well understood. For example, it has been postulated that evolutionary forces have selected for a common response in animals such that most species display anxiety-mediated fear or flight responses to specific stimuli. Rodents for example, show distinct aversions to large, brightly lit, open and unknown environments4. We can assume they have been phylogenetically conditioned to see these types of environments as dangerous. All of these features are incorporated in the open field maze and form the basis of its use in behavioral paradigm testing.
An open field maze consists of a wall-enclosed area that is of sufficient height to prevent the subject from escaping. Typical maze shapes are circular or square with an area large enough, based on the size of the subject tested, to elicit a feeling of openness in the center of the maze. A number of variables can be scored in the open field maze with most parameters involving differing types of motor activity2. Ambulation is the most common behavior studied but others such as latency or rearing can also be measured. Most often, rodent behavior is analyzed in a bare maze. However, the addition of objects, either one or many to the maze floor, adds the ability to see how the subject interacts with novel additional stimuli2. Relevant parameters when objects are presented are typically the number of approaches to an object or in some cases, preference or aversion for one object over another.
Many behavioral tests of anxiety are based on the subject animal’s body activity and locomotion5. Interpreting behavioral tests for emotionality while separating non-emotional confounding factors, such as motor activity, has been the subject of intense debate6,7. As the OFM was originally described, two measures of emotionality can be deduced, locomotor activity and fecal boli deposits or defecation1. However, these two measures have been shown in some studies to be unrelated supporting the conclusion that emotionality in rodents is multidimensional5. Regardless, discrepancies in the literature regarding these measures and emotionality or anxiety in mouse models may be attributed to differences in analysis criteria or differences in testing procedures. Studies have conclusively linked results from OFM analysis with other measures of anxiety when comparing mouse models8.
NOTA: Todos los procedimientos realizados aquí fueron presentados y aprobados por IACUC (Oficina de Cumplimiento de Investigación) y se llevaron a cabo siguiendo las directrices del NIH. Los ratones utilizados en el paradigma de las pruebas de comportamiento eran ingenuos y no se utiliza para otras pruebas. La C57BL / 6 de tipo salvaje y ratones knock out utilizado en este protocolo se han descrito anteriormente 9 y los datos presentados aquí son de ese manuscrito.
1. Preparación de la sala de pruebas y Aparato campo abierto
2. Preparar el software para medir la actividad
3. Administración de la prueba de campo abierto
NOTA: El paquete de software utilizado en este protocolo permite el seguimiento de hasta 16 ratones individuales al mismo tiempo. Para facilidad de realización y como se mencionó anteriormente, el protocolo descrito aquí es para un solo ratón utilizando un único cuadrante de la OFM. Para el equipo utilizado para este protocolo, un máximo de 4 ratones individuales podría ser rastreado utilizando cada cuadrante del laberinto. Si la utilización de un laberinto de múltiples recinto, después de realizar el primer tema del ratón en su cuadrante definido, coloque los ratones restantes en su respectivo cuadrante laberinto para el seguimiento de análisis. A los fines de este protocolo, más instrucción será específico para un solo cuadrante del laberinto.
4. Medición y Análisis de Comportamiento Durante el Procedimiento de Pruebas
NOTA: Para la medición, tres aspectos de la conducta campo abierto se caracterizan fácilmente utilizando este protocolo (véase el debate). Una breve instrucción sobre cómo acceder a estas medidas en el software de seguimiento de vídeo sigue.
El número promedio de individuos por cepa de ratones ensayados en la mayoría de los casos es de aproximadamente 20 para generar suficiente relevancia estadística. Sin embargo, este número puede estar en el intervalo de 8-30 dependiendo de la disponibilidad del ratón. Dependiendo de la medición o comparaciones requeridas, también es favorable para utilizar los sujetos de la misma edad.
La primera y posiblemente más importante parámetro específico de medir en el campo Maze Open es la distancia total ambulatoria. Mientras que la unidad de medida es irrelevante a efectos de comparación, se expresa más comúnmente como una medida métrica (cm). En los datos experimentales presentados aquí (Figura 5), de tipo salvaje (WT) o C57BL / 6 ratones normales muestran capacidad ambulatoria similar a un C57BL / 6 cepa de ratones knock-out específico (KO). Cuando la distancia total recorrida es similar entre las cepas o tratamientos, un análisis más profundo de las conductas emocionales se simplifica porque la actividad locomotora se elimina eficazmente de la ecuaciónción. Si hay diferencias significativas en la capacidad locomotora de los ratones ensayados, los nuevos análisis tales como entradas de zona o el tiempo invertido en determinadas zonas designadas del laberinto pueden estar sesgadas debido a la inactividad en lugar de cepa o los efectos del tratamiento. Existen técnicas para dar cuenta de la actividad locomotora desigual pero estos son más a menudo específicas de la pregunta de investigación.
Como distancia ambulatoria total entre las dos cepas de ratón fue similar, hemos sido capaces de analizar thigmotaxis, o la tendencia de un sujeto a permanecer cerca de las paredes, en el WT frente a ratones KO (Figura 6). El grado de thigmotaxis ha sido validado como una medida del comportamiento ansiógeno en ratones 10. Thigmotaxis aumenta a medida que se elevan los niveles de ansiedad. Usando el software SMART, zonas individuales fueron superpuestos en los caminos recorridos por los ratones (Figura 3) y el tiempo transcurrido en las zonas interiores frente a las zonas exteriores calculados y presentados como una función del tiempo total (10 min) en tél laberinto. En este caso, los ratones KO muestran significativamente mayor comportamiento ansiogénico que sus homólogos WT. Una trayectoria de desplazamiento representante puede verse en la Figura 4 en que la trayectoria de ratón WT atraviesa las zonas medias del laberinto en una frecuencia mucho mayor que lo hace el ratón KO que permanece cerca de las paredes del laberinto a pesar de que la distancia recorrida de ambos ratones es similar. Podemos concluir que los ratones KO presentan ansiedad comportamiento asociado mayor que los ratones WT.
Para un mayor apoyo aumentó los niveles de ansiedad en los ratones KO, boli fecal izquierda en el laberinto después del período de prueba de 10 min se contaron por el observador una vez que el sujeto de prueba se eliminó (Figura 13). Siguiendo la visión popular de que los animales altamente emocionales presentan aumento de la defecación, los ratones KO muestran aumentos significativos en fecal boli presente en comparación con los ratones WT. Esto se correlaciona con los niveles de thigmotaxis medidos en los ratones KO e indica Tha t los ratones knock-out utilizados en este estudio mostraron una mayor emotividad y la ansiedad en comparación con sus homólogos WT.
Figura 1. Ejemplo de una OFM de cuatro cuadrantes. El OFM En la foto se obtuvo de San Diego Instrumentos y se utilizó en todos los procedimientos de ensayo descritos. Las dimensiones de un cuadrante del laberinto están en centímetros y cada cuadrante se identifica (Q1-Q4).
Figura 2. Ejemplo de vista de la cámara de arriba de un OFM de cuatro cuadrantes. La imagen que se muestra es representativa de la vista de la cámara reconocido por el software SMART antes de los procedimientos de seguimiento. Cada cuadrante tiene la etiqueta (Q1) a (Q4) y contendría un solo ratón para el seguimiento.
Figura 4. Zona superposición utilizado para interpretar los datos de seguimiento para thigmotaxis de la OFM. Usando el paquete de análisis de software SMART, una serie de 10 x 10 cm zonas eran identified y utilizado para evaluar pistas sujetos. La zona exterior consistía en 16 bloques identificados, mientras que la zona interna consistió en 9 bloques y está sombreada. Mayor tiempo de permanencia en las zonas exteriores del laberinto se registra como aumento thigmotaxis y es indicativo de un comportamiento relacionado con la ansiedad amplificado.
Figura 5. La distancia total recorrida en la OFM. WT (n = 24) y KO (n = 27) los ratones fueron sometidos a la OFM y la distancia total en centímetros de sus respectivas pistas se reunieron y analizaron estadísticamente para visualizar las diferencias en la deambulación. Y ratones KO a cabo de manera similar en la OFM cuando se midió la distancia total. Los resultados de los datos se expresaron como la media +/- SEM análisis estadístico (t-pruebas) se realizaron utilizando Excel 2010 (Microsoft, Redmond WA) y SAS 9.2 (SAS Institute, Cary NC). [Datos es modified de Ramesh Babu, et al, 2008]
Figura 6. Tiempo de permanencia en las zonas interiores y exteriores de la OFM. WT (n = 24) y KO (n = 27) los ratones fueron sometidos a la OFM y el tiempo transcurrido en las zonas interiores y exteriores del laberinto estadísticamente analizados por diferencias en ratón cepas. El tiempo pasado en las zonas exteriores del laberinto identificados en la Figura 7 medidas thigmotaxis o comportamiento pared abrazos y es indicativo de un comportamiento relacionado con la ansiedad. Ratones KO exhibieron medidas de ansiedad más elevados que a WT basados en thigmotaxis. Los resultados de los datos se expresaron como la media +/- SEM análisis estadístico (t-pruebas) se realizaron utilizando Excel 2010 (Microsoft, Redmond WA) y SAS 9.2 (SAS Institute, Cary NC). P <0,05. [Los datos se modificó a partir de Ramesh Babu, et al, 2008]
Figura 7. depósitos boli fecales en la OFM. WT (n = 24) y KO (n = 27) los ratones se les permitió completar una prueba de 10 minutos en la OFM antes de ser retirado del laberinto volver a sus jaulas. Después se retiraron los ratones, el número de defecaciones o depósitos fecales boli se contó manualmente por el observador. Aumento del número de bolos puede ser indicativo de aumento de la ansiedad y la emotividad del sujeto animal. Ratones KO mostraron un aumento en boli fecal en comparación con WT. Los resultados de los datos se expresaron como la media +/- SEM análisis estadístico (t-pruebas) se realizaron utilizando Excel 2010 (Microsoft, Redmond WA) y SAS 9.2 (SAS Institute, Cary NC). P <0,05. [Datos publicado originalmente en Ramesh Babu, et al, 2008]
El Open Field Maze es una de las plataformas más utilizadas en los estudios de comportamiento animal. Una serie de importantes parámetros convencionales y etológicas 2,4 puede ser recogida y analizada durante la realización de la OFM. Estos datos permiten al investigador para medir los comportamientos que van desde la actividad general de la locomotora a comportamientos emocionales relacionados con la ansiedad 8. Sin embargo, el uso de OFM no está exenta de defectos. Un problema confuso es la amplia gama de variables estáticas que pueden ser manipulados durante cualquier sesión de evaluación. Los ejemplos incluyen el tiempo, las condiciones de iluminación y novedosa inclusión objeto. La variabilidad en la configuración del protocolo experimental y el diseño, que son esenciales para apoyar un amplio espectro de aplicaciones, puede hacer que sea difícil comparar los estudios. Cuando variabilidad tema, como fondo o transgénicos líneas de ratones y los tratamientos farmacológicos diferentes están incluidos, la dificultad de las comparaciones de las pruebas puede aumentar aún más. A pesar de estas cuestiones, la OFM sigue siendo una de las técnicas más comúnmente utilizados en la investigación del comportamiento de los roedores. Aquí, se discuten los resultados obtenidos de la OFM y su análisis en lo que respecta a la ansiedad del ratón y emotividad.
Aquí, tres aspectos de la conducta campo abierto se caracterizan fácilmente utilizando este protocolo: 1) La distancia total recorrida (en cm) durante toda la parte cronometrada de la prueba; 2) thigmotaxis o una medida del porcentaje del tiempo total de 10 min de prueba que el sujeto permanece adyacente a la pared exterior del laberinto, que es indicativo de ansiedad-como comportamiento; 3) El número de bolitas fecales (boli) que quedan en el cuadrante después de que el sujeto se retira se cuenta. La defecación es una medida relacionada negativamente de emotividad en roedores 5 y se puede utilizar para indicar los niveles de ansiedad en el sujeto ratón. Una breve instrucción sobre cómo acceder a estas medidas en el software SMART sigue.
La actividad locomotora de los sujetos de prueba es importantediscernir antes del análisis de los datos OFM o para el caso, cualquier laberinto de comportamiento animal. Al comparar las diferentes cepas de ratones o diferentes efectos de los tratamientos farmacológicos, la capacidad ambulatoria del ratón es de suma importancia. Si la capacidad del aparato locomotor se ve comprometida debido a los efectos del tratamiento, a continuación, medir las actividades que se basan en la capacidad del sujeto para mover se confunde. Por lo tanto el primer paso en este experimento fue comparar el movimiento total entre las dos cepas sometidas. Uso de la función de seguimiento de sujeto del software SMART, medimos la distancia total cubierta ambulatoria en el laberinto durante la duración de la prueba por dos cepas diferentes de ratones C57BL / 6 (Figura 4). Tanto de tipo salvaje (WT) y los ratones knock-out genéticos (KO) muestran la capacidad ambulatoria similar. No hubo diferencias estadísticas en la distancia total (en cm) viajó por cualquiera de las líneas de ratón a lo largo del período de tiempo de 10 minutos del experimento. Una cepa había mostrado una diferencia significativa en la deambulación comparacióna la otra, una investigación más especializado, posiblemente usando otros paradigmas de comportamiento, se requeriría para caracterizar la diferencia. Sin embargo, en este caso, la deambulación de las cepas sometidas era igual que permite el uso directo de datos de OFM derivados no ajustados a investigar más a fondo los parámetros ansiolíticos. Cabe señalar aquí que algunos investigadores han interpretado alta actividad o incrementar el comportamiento exploratorio como un índice de baja emotividad mientras otros conciben la conducta exploratoria que se mantiene independiente de emotividad 11. Hay que reconocer que las diferencias en la actividad locomotora pueden confundir medidas emocionales 12. Sin embargo, como la distancia total ambulatoria fue similar entre las cepas de ratón usados aquí, los niveles de actividad de los ratones fueron separados de factores emocionalidad.
Alzar el comportamiento consiste de los animales en pie sobre las dos patas traseras en una posición vertical. Se considera un comportamiento exploratorio y se ha utilizado comouna medida de la ansiedad en tanto la OFM y el laberinto elevado en cruz 13. Sin embargo, no hay ninguna indicación clara de que la crianza de comportamiento es bien ansiolítica o ansiógena. Algunos estudios indican un aumento de la cría está en concordancia con el aumento de los niveles de ansiedad en ratones 14 mientras que otros postulado de disminución de la crianza de comportamiento es indicativo del aumento de la ansiedad 15. Así, mientras que la crianza no fue analizado aquí, en función de protocolo experimental y los parámetros etológicos examinados, la cría podría ser utilizado para discriminar los comportamientos de ansiedad ligado de comportamiento ambulatorio simple.
Se ha propuesto que la medición de la ansiedad en modelos de roedores es mucho más complicado que el uso de un único parámetro en un único entorno laberinto 16. Por lo tanto, el uso de múltiples pruebas o medidas múltiples en una sola prueba puede reforzar la evaluación de los resultados. Thigmotaxis o pared-abrazo comportamiento se observa en la mayoría de las especies de roedores y está vinculada a la ansiedad relacionada con serconductas. Es muy probable que se ata a la tendencia subyacente de un roedor para evitar grandes áreas abiertas o áreas de peligro percibido 17,18. Independientemente de la causa subyacente, thigmotaxis es un comportamiento ansiedad ligada importante que a menudo se considera el punto de partida para una mayor ansiedad específica pruebas relacionadas 19.
Thigmotaxis en la OFM se utiliza para evaluar los tratamientos ansiolíticos, ansiogénicos e incluso no farmacológicas. Fármacos relacionados con la ansiedad tales como el diazepam y el clordiazepóxido han mostrado efectos significativos sobre el comportamiento del ratón en la OFM 4, mientras que agonistas de la dopamina han demostrado que los receptores de dopamina D1 y D2 están implicados en efectos ansiogénicos como debido al aumento de las transmisiones dopaminérgicas 20. También hay distinciones claras de deformación en respuesta al ratón ansiedad-como comportamiento en la OFM 21. Por ejemplo, los ratones BALB / c, de una cepa de laboratorio albino criados de la casa común del ratón, muestran una mayor respuesta de comportamientoal estrés agudo que hacer C57BL / 6 ratones 22. Por lo tanto, la variación de la línea de base en las respuestas entre los sujetos hay que tener en cuenta al configurar los parámetros asociados a los paradigmas de pruebas y elegir qué especies a utilizar para una pregunta de investigación particular.
Es también la opinión popular de que los animales altamente emocionales presentan aumento de la defecación. Esta opinión ha sido corroborada por algunos, pero la validez de la defecación como distinta medida de la ansiedad ha sido puesta en duda 23. Sin embargo, desde el tratado original del Hall (1934) correlacionar eventos de defecación con emotividad en los roedores, una gran cantidad de literatura sobre el tema ha afirmado esta relación 2. Hallazgos más recientes han indicado que las defecaciones pueden de hecho ser un indicador útil de los comportamientos relacionados con la ansiedad emocionales en los períodos de prueba relativamente cortos interpretada aquí en oposición a las observaciones de largo (30 min), donde las diferencias en las respuestas son menos claros 21 .
Es importante tener en cuenta que el comportamiento de los ratones en el OFM depende de sus sensaciones táctiles. Por tanto, cualquier daño o escasez de bigotes para los ratones pueden causar una disminución en el comportamiento de ansiedad ligado medida como los ratones pierden el contacto táctil con las paredes del laberinto y entran en las porciones centrales más fácilmente 3. Exploración Maze también puede ser dependiente de los alimentos o privación de agua, la iluminación durante el procedimiento de prueba o incluso en el color de la planta laberinto 24. Es importante verificar estas variables, así como los factores de tratamiento inducido, antes de interpretar los resultados de OFM para los comportamientos relacionados con la ansiedad. Informes detallados de todas las condiciones de prueba en los manuscritos también es fundamental para facilitar las comparaciones entre los estudios apropiados.
Además, mientras que aquí se discute el uso de la OFM lo que se refiere a la locomoción motor y la emotividad de los ratones investigados, la OFM puede también ser utilizado para probar otros comportamientos such como novedoso el reconocimiento de objetos y la memoria 25. Dependiendo del tipo de memoria que se analiza, el tiempo en el laberinto con un objeto novedoso puede variar de 5 min a 24 hr. La facilidad y flexibilidad del laberinto en la prueba de reconocimiento de objetos novela permite para la prueba de la memoria a corto o largo plazo, y se pueden utilizar para analizar selectivamente los efectos del tratamiento agudo de la droga en una etapa específica de la formación de la memoria. En conclusión, la OFM es una prueba de rendimiento apical 26. Los comportamientos relacionados con la ansiedad medidos son la acumulación de varios procesos que subyacen a la conducta. Por lo tanto, una vez que se mide de forma detectable una respuesta, a menudo es necesario investigar aún más que la respuesta para identificar un defecto específico.
The authors have nothing to disclose.
This work was supported by The National Institute of Health (NIH-2RO1NS033661) and by the Alabama Agricultural Experiment Station (HATCH ALA021-1-09017).
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Multi Unit Open Field Test | San Diego Instruments, Inc. | White 7001-0354 | Any single or multi unit open field maze can be used |
SMART DT Tracking Software | PanLab/Harvard Apparatus | 76-0695 | Any tracking software can be utilized with this protocol |
Sony 990x Video Camera Recorder | Sony | CCD-TRV328 | Any suitable video camera can be attached to computer for recording tracking profiles. |
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