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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.
NOTE: Toutes les procédures effectuées ici ont été soumises et approuvées par IACUC (Office of Compliance recherche) et ont été réalisées suivant les directives du NIH. Souris utilisées dans le paradigme de tests comportementaux ont été naïf et ne est pas utilisé pour d'autres tests. Le C57BL / 6 de type sauvage et des souris Knock Out utilisé dans ce protocole ont été précédemment décrit 9 et les données présentées ici sont de ce manuscrit.
1. Préparation de la salle d'examen et Open Appareil de terrain
2. Préparer le logiciel pour mesurer l'activité
3. Administration du test Open Field
REMARQUE: Le logiciel utilisé dans ce protocole permet le suivi de jusqu'à 16 souris individuelles à un moment. Pour la facilité de réalisation et comme mentionné ci-dessus, le protocole présenté ici est pour une seule souris en utilisant un seul quadrant de la BPI. Pour l'équipement utilisé pour ce protocole, un maximum de quatre souris individuelles pourrait être suivie à l'aide chaque quadrant du labyrinthe. Si en utilisant un labyrinthe multi-enceinte, après avoir placé le premier sujet de souris dans son quadrant défini, placer les souris restantes dans leur quadrant labyrinthe respectif pour analyse de suivi. Pour les fins de ce protocole, d'autres instructions sera spécifique à un seul quadrant du labyrinthe.
4. Mesure et analyse du comportement lors de la procédure d'essais
NOTE: Pour la mesure, trois aspects du comportement en plein champ sont facilement caractérisés en utilisant ce protocole (voir la discussion). Une brève instruction sur la façon d'accéder à ces mesures dans le logiciel de suivi vidéo suit.
Le nombre moyen d'individus par souche de souris testées dans la plupart des cas est d'environ 20 pour générer pertinence statistique suffisante. Toutefois, ce nombre peut être de l'ordre de 8 à 30 en fonction de la disponibilité de la souris. En fonction de la mesure ou la comparaison de besoin, il est également avantageux d'utiliser des sujets de même âge.
Le premier et sans doute le plus important paramètre spécifique pour mesurer dans le Open Field Maze est la distance totale ambulatoires. Bien que l'unité de mesure ne est pas pertinente à des fins de comparaison, il est le plus souvent exprimée en mesure métrique (cm). Dans les données expérimentales présentées ici (Figure 5), de type sauvage (WT) ou C57BL / 6 souris normales montrent la capacité ambulatoire similaire à une souche spécifique C57BL knock-out / 6 souris (KO). Lorsque la distance totale parcourue est similaire entre les souches ou des traitements, une analyse plus approfondie des comportements émotionnels est simplifiée car l'activité locomotrice est effectivement retiré de l 'équationtion. Se il ya des différences significatives dans la capacité locomotrice des souris testées, analyses complémentaires telles que les entrées ou le fuseau horaire passées dans certaines zones désignées du labyrinthe peuvent être faussés en raison de l'inactivité à la place de la souche ou de traitement des effets. Il existe des techniques pour tenir compte de l'activité locomotrice inégale mais ceux-ci sont le plus souvent spécifique à la question de recherche.
Comme la distance ambulatoires totale entre les deux souches de souris était semblable, nous avons pu analyser thigmotaxis, ou la tendance d'un sujet à rester près des murs, dans le rapport WT souris KO (figure 6). Le degré de thigmotaxis a été validée comme une mesure du comportement chez les souris 10 anxiogène. Thigmotaxis augmente à mesure que les niveaux d'anxiété augmentent. En utilisant le logiciel SMART, les zones individuelles ont été superposées sur les chemins parcourus par la souris (Figure 3) et le temps passé dans les zones intérieures par rapport aux zones extérieures calculées et présentées en fonction du temps total (10 min) à til labyrinthe. Dans ce cas, les souris KO affichés comportement anxiogène significativement plus élevé que leurs homologues WT. Un chemin de Voyage représentatif peut être vu sur la figure 4 où la trajectoire WT de la souris traverse les zones intermédiaires du labyrinthe à une fréquence beaucoup plus grande que ne le fait la souris KO qui reste à proximité des parois du labyrinthe, même si la distance parcourue à la fois de la souris est similaire. Nous pouvons en conclure que les souris KO présentent supérieur comportement associé d'anxiété que ne le font les souris WT.
Pour un soutien supplémentaire a augmenté les niveaux d'anxiété chez les souris KO, fécale boli gauche dans le labyrinthe après la période d'essai de 10 min a été compté par l'observateur une fois que le sujet de test a été retiré (Figure 13). Après la vue populaire que des animaux très émotifs présentent augmenté la défécation, les souris KO présentent des augmentations significatives de boli fécale présente par rapport aux souris WT. Cela est en corrélation avec les niveaux de thigmotaxis mesurées chez les souris KO et indique tha t les souris knock-out utilisés dans cette étude ont montré augmenté l'émotivité et l'anxiété par rapport à leurs homologues de WT.
Figure 1. Exemple de BCI à quatre quadrants. Le BCI la photo a été obtenu à partir de San Diego Instruments et a été utilisé dans toutes les procédures d'essai décrites. Dimensions de l'un quadrant du labyrinthe sont en centimètres et chaque quadrant est identifié (Q1-Q4).
Figure 2. Exemple de vue de la caméra suspendue d'un OFM quatre quadrants. L'image présentée est représentatif de la vue de la caméra reconnu par le logiciel SMART avant les procédures de suivi. Chaque quadrant est étiqueté (Q1) à (Q4) et devrait contenir une seule souris pour le suivi.
Figure 4. Zone superposition utilisée pour interpréter les données de suivi pour thigmotaxis de la BCI. Utilisation du logiciel d'analyse du logiciel SMART, une série de 10 x 10 cm zones étaient IDENTIFIEd et utilisé pour évaluer les pistes soumises. La zone extérieure est composée de 16 blocs identifiés tandis que la zone intérieure est composée de neuf blocs et est ombragée. Grand temps passé dans les zones extérieures du labyrinthe est comptabilisée comme une augmentation des thigmotaxis et est une indication du comportement liés à l'anxiété amplifié.
Figure 5. La distance totale parcourue dans l'OFM. WT (n = 24) et KO (n = 27) des souris ont été soumis à l'OFM et la distance totale en centimètres de leurs pistes respectives ont été réunies et analysées statistiquement pour visualiser les différences de déambulation. Souris WT et KO effectuées de manière similaire dans le BCI lorsque la distance totale a été mesurée. Les résultats pour les données ont été exprimées sous forme de moyenne +/- SEM analyse statistique (t-tests) ont été effectuées en utilisant Excel 2010 (Microsoft, Redmond WA) et 9,2 SAS (SAS Institute, Cary NC). [Data est Modified de Ramesh Babu, et al, 2008.]
Figure 6. Le temps passé dans les zones intérieures et extérieures de l'OFM. WT (n = 24) et KO (n = 27) des souris ont été soumis à l'OFM et le temps passé dans les zones intérieures et extérieures du labyrinthe analysées statistiquement des différences dans la souris souches. Le temps passé dans les zones extérieures du labyrinthe identifiés dans Figure 7 mesures thigmotaxis ou de comportement mur étreintes et est une indication du comportement liés à l'anxiété. Souris KO exposées mesures plus élevé d'anxiété que de poids sur la base thigmotaxis. Les résultats pour les données ont été exprimées sous forme de moyenne +/- SEM analyse statistique (t-tests) ont été effectuées en utilisant Excel 2010 (Microsoft, Redmond WA) et 9,2 SAS (SAS Institute, Cary NC). P <0,05. [Données est modifiée à partir Ramesh Babu, et al, 2008.]
Figure 7. dépôts Boli fécaux dans l'OFM. WT (n = 24) et KO (n = 27) des souris ont été autorisés à effectuer un test de 10 minutes dans le BCI avant d'être retiré du labyrinthe à leurs cages à domicile. Après souris ont été enlevés, le nombre de défécations ou des dépôts bolus fécaux a été compté manuellement par l'observateur. Augmentation du nombre de boli peut être le signe d'augmentation de l'anxiété et l'émotivité de l'animal en question. Souris KO présentait une augmentation de boli fécale par rapport à WT. Les résultats pour les données ont été exprimées sous forme de moyenne +/- SEM analyse statistique (t-tests) ont été effectuées en utilisant Excel 2010 (Microsoft, Redmond WA) et 9,2 SAS (SAS Institute, Cary NC). P <0,05. [Les données publiées à l'origine dans Ramesh Babu, et al, 2008.]
L'Open Field Maze est une des plateformes les plus largement utilisés dans les études de comportement des animaux. Un certain nombre de paramètres classiques et éthologiques importants 2,4 peut être collecté et analysé pendant l'exécution de la BCI. Ces données permettent aux chercheurs de mesurer les comportements allant de l'activité globale locomotrice à des comportements émotionnels liés à l'anxiété 8. Cependant, l'utilisation de BCI ne est pas sans ses défauts. Une question de confusion est la large gamme de variables statiques qui peuvent être manipulés au cours d'une session de test. Les exemples incluent le temps, les conditions d'éclairage et de nouvel objet inclusion. Variabilité dans la configuration du protocole expérimental et design, qui sont essentiels pour soutenir un large spectre d'applications, il peut être difficile de comparer les études. Lorsque le sujet de la variabilité, comme différente des lignées de souris transgéniques ou fond et des traitements médicamenteux sont inclus, la difficulté dans les comparaisons de test peut augmenter encore plus. Malgré ces problèmes, le OFM demeure l'une des techniques les plus largement appliquées dans la recherche comportementale rongeurs. Ici, nous discutons des résultats obtenus à partir de l'OFM et leur analyse en ce qui concerne l'anxiété de la souris et l'émotivité.
Ici, trois aspects du comportement en plein champ sont facilement caractérisés en utilisant ce protocole: 1) Distance totale parcourue (en cm) pendant toute la partie chronométrée du test; 2) Thigmotaxis ou une mesure du pour cent du temps d'essai total de 10 min que l'objet demeure à proximité de la paroi extérieure du labyrinthe qui est indicatif d'un comportement à l'anxiété; 3) Le nombre de pelotes fécales (gauche) d'un bolus dans le quadrant après que le sujet est éliminée est prise en compte. La défécation est une mesure liée négativement l'émotivité chez les rongeurs 5 et peut être utilisé pour indiquer les niveaux d'anxiété dans l'objet de la souris. Une brève instruction sur la façon d'accéder à ces mesures dans le logiciel SMART suit.
L'activité locomotrice des sujets d'essai est important dediscerner avant l'analyse des données de BCI ou d'ailleurs, tout animal labyrinthe comportementale. Lorsque l'on compare différentes souches de souris ou différents effets de traitements médicamenteux, la capacité ambulatoire de la souris est primordiale. Si la capacité locomotrice est compromise en raison de l'effet du traitement, puis à mesurer les activités qui se appuient sur la capacité de l'objet à déplacer est confondu. Par conséquent, la première étape dans cette expérience était de comparer mouvement total entre les deux souches en question. Utilisation de la fonction de suivi du sujet du logiciel SMART, nous avons mesuré la distance totale couverte ambulatoire dans le labyrinthe pendant la durée de l'essai par deux souches différentes de souris C57BL / 6 (figure 4). Les deux type sauvage (WT) et des souris knock-out génétiques (KO) affichés capacité ambulatoire similaire. Il n'y avait pas de différence statistique dans distance totale (en cm) se est rendue par la ligne soit de la souris à travers le laps de temps de 10 min de l'expérience. Une souche avait montré une différence significative dans la marche par rapportà l'autre, une enquête plus spécialisé, en utilisant éventuellement d'autres paradigmes comportementaux, serait nécessaire pour caractériser la différence. Cependant, dans ce cas, la marche des souches en question était égale permettant l'utilisation directe des données de BCI dérivés non ajustés pour enquêter en outre des paramètres anxiolytiques. Il convient de noter ici que certains chercheurs ont interprété haute activité ou augmenter comportement exploratoire comme un indice de l'émotivité bas tandis que d'autres conçoivent comportement exploratoire étant indépendant de l'émotivité 11. Il faut reconnaître que les différences dans l'activité locomotrice peuvent confondre mesures émotionnels 12. Cependant, comme la distance ambulatoire totale était similaire entre les souches de souris utilisées ici, les niveaux d'activité les souris ont été séparées à partir de facteurs de émotivité.
L'élevage des animaux comportement consiste soumis debout sur deux pattes arrière dans une position verticale. Il est considéré comme un comportement exploratoire et a été utilisé en tant queune mesure de l'anxiété à la fois dans le BCI et le labyrinthe surélevé 13. Cependant, rien ne indique clairement que l'élevage comportement est soit anxiolytique ou anxiogène. Certaines études indiquent une augmentation de l'élevage est en concordance avec l'augmentation des niveaux d'anxiété chez la souris 14 tandis que d'autres postulent diminution des comportements d'élevage est indicative de l'augmentation de l'anxiété 15. Ainsi, alors que l'élevage n'a pas été analysée ici, selon protocole expérimental et les paramètres éthologiques examinés, l'élevage pourrait être utilisé pour discriminer les comportements d'anxiété liée à des comportements ambulatoire simple.
Il a été proposé que la mesure de l'anxiété dans des modèles rongeurs est beaucoup plus compliqué que d'utiliser un seul paramètre dans un environnement de labyrinthe simple 16. Par conséquent, l'utilisation de plusieurs tests ou plusieurs mesures en un seul test peut renforcer l'évaluation des résultats. Thigmotaxis ou un mur-étreindre comportement est observé dans la plupart des espèces de rongeurs et est liée à l'anxiété liée êtreportements. Il est probablement liée à la propension d'un rongeur sous-jacente pour éviter de grands espaces ouverts ou des zones de danger perçu 17,18. Quelle que soit la cause sous-jacente, thigmotaxis est un comportement de l'anxiété liée important qui est souvent considérée comme le point de départ pour une anxiété spécifique tests liés 19.
Thigmotaxis dans le BCI est utilisé pour évaluer les traitements anxiolytiques, anxiogènes et même non-pharmacologiques. médicaments liés à l'anxiété comme le diazépam et de chlordiazépoxide ont montré des effets significatifs sur le comportement de la souris dans le BCI 4, tandis que les agonistes dopaminergiques ont montré que les récepteurs de dopamine D1 et D2 sont impliqués dans les effets anxiogènes comme raison de l'augmentation des transmissions dopaminergiques 20. Il ya aussi des distinctions claires de contrainte en réponse au comportement de l'anxiété comme la souris dans le BCI 21. Par exemple, des souris BALB / c, une souche de laboratoire albinos de sélection de la souris de maison commune, montrent une plus grande réponse comportementaleau stress aigu que faire souris C57BL / 6 22. Par conséquent, la variation de référence dans les réponses entre les sujets doit être pris en compte lors de la mise en place des paramètres associés à des modèles de tests et choix des espèces à utiliser pour une question de recherche particulier.
Ce est aussi le point de vue populaire que les animaux hautement émotionnels présentent augmenté défécation. Ce point de vue a été corroboré par certains, mais la validité de la défécation en mesure distincte de l'anxiété a été interrogé 23. Toutefois, étant donné traité original de Hall (1934) corrélation des événements de défécation avec l'émotivité chez les rongeurs, une grande quantité de littérature sur le sujet a affirmé cette relation deux. Des résultats plus récents ont indiqué que défécations peuvent en effet être un indicateur utile de comportements liés à l'anxiété émotionnels dans les périodes de test relativement courtes comme effectuée ici plutôt que de longues observations (30 min) où les différences dans les réponses sont moins claires 21 .
Il est important de noter que le comportement de la souris dans le BPI est fonction de leurs sensations tactiles. Ainsi tout dommage ou manque de moustaches pour les souris peuvent provoquer une diminution des comportements d'anxiété liée mesurée que les souris perdent le contact tactile avec les murs du labyrinthe et entrent dans les parties centrales plus facilement 3. Exploration Maze peut également dépendre de la nourriture ou la privation d'eau, l'éclairage au cours de la procédure de test ou même sur la couleur du plancher de labyrinthe 24. Il est important de vérifier ces variables, ainsi que les facteurs de traitement induite, avant d'interpréter les résultats de BCI pour les comportements liés à l'anxiété. Des rapports détaillés de toutes les conditions de test dans les manuscrits est également essentiel de faciliter les comparaisons entre études appropriées.
Aussi, alors que nous discutons ici l'utilisation de la BCI en ce qui concerne la locomotion à moteur et l'émotivité des souris étudiées, le BCI peut également être utilisé pour tester d'autres comportements such comme nouveau la reconnaissance et la mémoire 25 objet. Selon le type de mémoire en cours d'analyse, le temps dans le labyrinthe avec un objet selon l'invention peut varier de 5 min à 24 h. La facilité et la flexibilité du labyrinthe dans le test de reconnaissance d'objets roman permet de tester la mémoire à court ou à long terme, et peuvent être utilisés pour analyser sélectivement les effets de traitement de la toxicomanie aiguë sur une scène spécifique de formation de la mémoire. En conclusion, le BCI est un test apicale de la performance 26. Les comportements liés à l'anxiété mesurées sont le cumul de plusieurs processus sous-jacents de comportement. Ainsi, une fois qu'une réponse est mesurée de manière détectable, il est souvent nécessaire d'étudier en outre que la réponse pour identifier un défaut spécifique.
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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