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.
הפרעת ספקטרום האוטיזם (ASD) הנה הפרעה נוירו-התפתחותית מורכב משלושה סימפטומי ליבה: לקות חברתית, קשיי תקשורת באמצעות שפה, והתנהגויות בדוגמת חוזרות 1. מאז שנת 2000, מספר אנשים שאובחנו עם ASD גדל מ 1 ל 150 ל -1 68 בפרק זמן של עשר שנים 2. למרות השכיחות של ההפרעה ממשיכה לגדול, הגורם להפרעה אינו ידוע עדיין. חלה עלייה ובמאמצים לאיתור מודלים העכבר מתאים הליבה ותסמינים הנלווים של ASD, כמו המודלים האלה יכול להוביל להבנה מוגברת של תסמינים הגורמים הבסיסיים של ASD. ישנם זני עכבר מרובים טהורים שנראים להציג התנהגויות עם תוקף פנים למשך סימפטומי הליבה של ASD, כולל 3 התנהגויות חוזרות.
מוגבל, התנהגויות חוזרות (RRBs) הן סימפטום ליבה של כמה הפרעות פסיכיאטריות כמו ASD.RRBs יכול להגדיל את חומרת ההפרעה 4, והוא יכול באופן דרסטי לשבש את אורח החיים של אנשים הסובלים. RRBs ממוקמות בדרך כלל לשתי קטגוריות, התנהגויות חוזרות נמוך מסדר, שאצל בני האדם מורכב של פעולות כגון נדנדה נפנוף בידיים; והתנהגויות חוזרות מסדר גבוה, אשר מורכבת של הקפדה על שגרה והתנגדות לשינוי 5-8.
תחתון-מנת התנהגויות חוזרות נחקרו בהרחבה במכרסמים שם הם להתבטא stereotypies המנוע, אשר ניתן לצפות בקלות המעבדתית 9. התנהגויות אלו נראה כי תוקפו פנים טוב RRBs בבני אדם, ותוקף מבנה חזק פוטנציאלי כמו גם 10. בדיקה לנוכחות RRBs מסדר הנמוך ניתן להשלים באמצעות ניטור וידאו של פעילות בעכבר כדי ללמוד את ההתקפים ומשך stereotypies המנוע אלה 11. התנהגויות חוזרות גבוה כדי להוות אתגר עבור מחדש ביו בסיסילחפש ניצול מכרסם, כמו RRBs אלה אינם כפי שזוהה בקלות דרך התבוננות פשוטה. בשל הקושי בזיהוי התנהגויות אלו, מבחנים הוקמו פחות עבור התנהגות שחוזרת על עצמו מסדר גבוה קיימים. באופן מסורתי, RRBs מסדר גבוה נמדד במכרסמים באמצעות פרדיגמה מבוך שבו חית הבדיקה מאומנת להגיע לכשירות להימלט. מיקום הבריחה אז מופעל ומספר הניסויים נדרשו ללמוד מחדש את מיקום הבריחה נרשם 12. מבחנים אלו אינם אידיאליים כפי שהם דורשים תקופת הכשרה ארוכה, לעתים קרובות לגרום חרדה, והוא יכול לגרום לתוצאות משתנות מאוד. חקר חור פנסיון שימש גם לכמת-גבוה כדי 13,14 RRBs. גישה זו אינה דורשת אימונים מורחבים, אבל אין להסתמך על מוטיבצית מזון ו / או אפלית חוש ריח. מבחנים עבור RRBs מסדר גבוה שאינם anxiogenic או דורשים הכשרה תהיה כהשלמה נחמדת הרפרטואר הקיים של exploratio לוח-החור n מבחני מבוססי מבוך כיום בשימוש.
C58 / J (C58) זן העכבר המולד מאוד מדגים רמות גבוהות של התנהגות סטריאוטיפית הקשורים ASD, כלומר חוזר על עצמו, stereotypies מנוע תכלית וכן רמות גבוהות של עצמי טיפוח 3,11. בנוסף, העכברים C58 להציג RRBs באמצעות רמות גבוהות של גידול, חזרה מרפרף ומפשפש 11,14,16. זן זה מתחיל להראות התנהגויות אלו מוקדם של התקופה בילוד וממשיך להציג אותם לאורך בגרות. זה יהיה אידיאלי כדי להיות מסוגל לבדוק את הימצאותם של RRBs מסדר גבוה המורם כדי להשלים את RRBs מהסדר הנמוך המתועדת היטב נוכח המתח הזה כמו גם זני עכבר אחרים. את assay חיפושי אובייקט הרומן המתואר כאן מספק ההזדמנות לחוקרים להתבונן מסדר נמוך RRBs מסדר הגבוה בו זמנית, כפי שהוא נותן את היכולת למדוד התנהגויות בדוגמת וכן stereotypies מנוע החוזר.
e_content "> שימוש חיפושי אובייקט רומן בתור assay עבור התנהגויות חוזרות מסדר גבוה פותח על ידי פירסון et al. 17. הערכה חדשה זו היא רחבה של המבחן בשדה הפתוח והמבוסס 18-21 בתוספת ארבעה חפצים חדשניים בזירת העכברים. הורשו לחקור אלה אובייקטים מוכרים בחופשיות והמספר וההסדר של חקירות אובייקט היה במעקב. חקירות האובייקט ולאחר מכן נותחו עבור הנוכחות של דפוסים, עם עכברי BTBR מוצגים מספרים גבוהים של חקירות בדוגמת בין האובייקטים. שימוש זה assay, עכברים יכולים להציג התנהגויות חוזרות בדוגמת מסדר גבוה תוך ביטול הצורך ללמוד התנהגויות כמו גם הסרת גירויים מיותרים. חיפושי אובייקט Novel גורם RRBs מסדר גבוה, שכן היא מאפשרת את העכברים כדי ליצור דפוסים טופס רצפים באמצעות כריית מחצבים שלהם . שימוש assay זה מאפשר לחוקר לכמת את הנוכחות של אלה RRBs מסדר גבוה.פירסון et al. ופתח assay זה השתמש בו כדי לבדוק את הימצאותם של התנהגויות חוזרות כדי פוטנציאל גבוה ב זן העכבר המולד BTBR, עם תוצאות מסקרן 17. פרסמנו לאחרונה מחקר מעקב מסתכל על ההתנהגויות של C58, C57BL / 6J (C57) ו FVB / NJ (FVB) זנים, כמו גם חקירה מפורטת יותר לתוך משתנים מבלבלים פוטנציאל נוכחית assay זה, ואפשרי גישות סטטיסטיות לניתוח הנתונים המופקים 22.
הפרוטוקול המתואר כאן אושרה על ידי ועדת טיפול בבעלי חיים מוסדיים השתמש באוניברסיטת רדלנדס. C58, C57, ועכברים FVB שימוש במחקרים אלה גידלו בבית ביבר אוניברסיטת רדלנדס ממלאי שהושג במקור ממעבדת ג'קסון (בר הרבור, ME). זקיפים מן ביבר זה הוקרנו מדי שישה חודשים ונמצא כי הפתוגן ללא.
1. ציוד חדר הגדרה
הערה: השתמשנו בשתי זירות שונות לבדיקה אובייקט הרומן: כלוב מלבני פלסטיק שקוף (45 ס"מ x 24 ס"מ x 20 ס"מ) או כלוב עגול אטום עם קוטר הבסיס של 41 ס"מ; עם זאת, כל כלוב עשוי לשמש. פירסון et al. השתמשו כלוב מלבני קטן (20 ס"מ x 30 ס"מ x 20 ס"מ) ב assay שלהם. פרטים מעיצוב הניסוי הספציפי הזה כלולים להלן, אבל בהתחשב החידוש של assay זה, אין סטנדרטים מקובלים בתחום של phenotyping התנהגותיים לכל המשתנים שתוארו.
2. אובייקט Novel מבחן לחקירה
3. ניקוד וידאו
4. ניתוח סטטיסטי, סידור
> 5. ניתוחים סטטיסטיים, העדפות אובייקט
מופע 22 הנתונים נציג כי נקבת C58 / עכברי J מוצגים מספר גבוה יותר של דפוסי רצף מאשר הזנים האחרים בזירה העגולה (איור 2, פנל), אבל לא בזירה המלבנית (איור 2, לוח ג). אף לא אחד משלושת זני זכר היו שונות זו מזו (איור 2, לוחות B ו- D). הנתונים נציג להראות ששני עכברי הזכרים ונקבת C58 / J להציג העדפה חזקה עבור האובייקט ביקר ביותר שלהם (ובהמשך, העדפה נמוכה יותר עבור האובייקט בקר לפחות שלהם) בזירה העגולה (איור 3, פנל ו- C), אבל לא בזירה מלבנית (איור 3, B ו- D לוח).
איור 1:. מלבניים ומתאר ארנה הקמה לבחינות אובייקט Novel Tמספרים שהוא מייצג את המיקום של כל אובייקט, אשר חולקו באופן אקראי עבור כל עכבר. נתון זה יש הבדל בין התייחסות 22. אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.
איור 2:. נציג נתונים הממחישים את מספר הפעמים שלושת רצפי 3-הדפוס הנפוצים ביותר היו חוזרים, תפוס כאחוז מספר הדפוסים סכו שלושה טהורים עכבר זני נקבות C58 הפגינו דבקות חזקה לדפוסי החקירה המועדפים שלהם בזירת הסיבוב (א) אבל לא בזירה המלבנית (C). שלושת זני עכברים זכרים לא נבדלים זה מזה בשני הסיבוב (B) או מלבניים (D) הםnas. הנתונים באים לידי ביטוי כממוצע + סטיית התקן של הממוצע * p <0.05 לעומת C57 ו FVB ** p <0.01 לעומת C57 ו FVB. נתון זה יש הבדל בין התייחסות 22. אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.
איור 3:. נציג נתונים הממחישים את העדפת אובייקטים בודד רומן בשלושה טהורים עכבר זני הנתונים מוצגים כאחוז חקירות אובייקט הכוללים, עם הבחירה 1 המייצגת את האובייקט המועדף ביותר עבור כל עכבר פרט בחירה 4 האובייקט המועדף לפחות. זכר (א) והנקבה (B) עכברי C58 בזירה העגולה הראו העדפה חזקה עבור האובייקט המועדף ביותר שלהם מזה של שני זנים האחרים. זָכָר(C) ונקבה (D) עכברים לא הראו הבדלי זן עבור העדפת אובייקט בזירה המלבנית. הנתונים באים לידי ביטוי כממוצע + סטיית התקן של הממוצע * p <0.05 לעומת C57 ו FVB # p <0.05 לעומת FVB. נתון זה יש הבדל בין התייחסות 22. אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.
קובץ קוד משלימה:. קוד Equivalent פייתון אנא לחץ כאן כדי להפעיל את התוכנית.
כאן, אנו מציגים assay שפותח לאחרונה כי עשוי להיות שימושיים לכימותי התנהגויות עכבר עם תוקף פנים למשך התנהגויות חוזרות מסדר גבוה בבני אדם. בניגוד מבחנים מבוססים יותר כמו בארנס או T-המבוך, assay חיפושי אובייקט הרומן הזה אינו דורש שום הכשרת עכבר וגם לא במיוחד חרדה להתגרות. בנוסף, חקר אובייקט רומן אינו דורש שום מזון או גירויים חברתיים, המאפשר להתמקד יותר על ההתנהגויות של העניין, RRBs, ולהפחית את הסבירות של משתנים מבלבלים שישבשו את התוצאות. יתר על כן, זנים שונים עכבר לעשות להפגין התנהגות הפרש assay זה, עם זני הוכחת RRBs מסדר נמוך מורם גם מראה העדפת אובייקט חיפושים בדוגמת מוגבהת ב assay חיפושי אובייקט רומן 17,22. ככזה, assay זה נראה להחזיק תוקף בקרב פנים אל RRBs בבני אדם. אם assay הוא שונה על ידי חוקרים בעתיד, זה יהיה מועיל להישארמודע היתרונות המפורטים לעיל, כלומר חוסר ההכשרה הנדרשת ואת צמצום גירויים וישכנע חרדה. מבחר של חפצי רומן (סעיף 1.2) המשמשים assay חיוני. האובייקטים צריכים להיות קלים לנקות, אבל להיות ברור במראה דומה בגודלם. שימוש במצלמה כדי לתעד את assay (סעיף 1.4) ומאפשר העכברים להסתגל בזירת הבדיקות (סעיף 2.3) הם גם חיוניים, כמו החידוש של הזירה או הנוכחות של נסיין בחדר יכול להשפיע על ההתנהגות של עכברים. אלה הם היבטים קריטיים של הפרוטוקול המתואר כאן.
למרות יתרונות אלה, ישנם גורמים אחרים שיש לשקול בעת ההחלטה על ב assay מתאים RRBs מסדר גבוה. האתגר העיקרי בניתוח הנתונים שנוצר על ידי assay זה הוא המתאם לרמות הפעילות, אשר יכול להיות שונה בהרבה בין זנים שונים העכבר 23,24. דרך אחת אפשרית של פיקוח על leve פעילות שונהls בקרב קבוצות השוואה נדונה; ייתכנו פתרונות אחרים יותר מתאימים או אלגנטיים לשקול גם עם תכנון ניסוי או ניתוח סטטיסטי. בזהירות בחירת זנים שליטים עם רמות פעילות דומות כמו המתח של עניין הוא אפשרות אחת. לחלופין, ניתוח סטטיסטי על רק קבוצת משנה של הנתונים (50 חקירות אובייקט הרומן הראשונות, למשל) היא אפשרות נוספת.
למרות assay זה אינו חרדת מטבעו התרמה, רמות החרדה הטבעיות של כל זן שונה עשויות להוביל להבדלים בתוצאות שנאספו. עכברים חרדים מאוד בדרך כלל מעדיפים לנוע לאורך הקירות ופינות של זירה בשטח פתוחה 23,25 ואם חפצי רומן assay זה ממוקמים לסגור את הקצוות או הפינות, באופן מלאכותי חקירות אובייקט רומן גבוהות עשויים להירשם זני חרדה. ניסינו לתקן משתנה מבלבל זאת באמצעות בזירת בדיקות סיבוב והזזת החפצים הרחק tהוא קירות, בנוסף באמצעות תקופת הסתגלות 10 דקות לפני הבדיקה. תיקונים אפשריים אחרים יכולים להיות לבדוק בתנאים חשוכים, בכלוב בבית העכבר או על ידי שינוי זמן ההסתגלות. חרדה יכולה לכמת בתוך הנתונים חיפושי אובייקט הרומן עצמו על ידי מדידת חביון החקירה הראשונה, כמו גם על ידי מדידת מספר חקירה חוזרת של אותו אובייקט ללא הפרעה.
חזון וגירעונות חוש הריח עלול לסכן את הביצועים ב assay זה גם כן. חוסר היכולת להריח או לראות את אובייקטי הרומן עלולים לגרום חוסר עניין או חוסר יכולת ליצור תבנית ספציפית, מה שמוביל נתונים המצביעים על כך עכבר אינו מציג התנהגויות חוזרות מסדר גבוה. כמה זנים טהורים (זנים לבקן בפרט) כבר הסכימו לפשרה בבירור חדות הראייה, במיוחד בגילאים מתקדמים. זה לא נראה להשפיע על התנהגות בניסוי זה, כמו FVB מבוגר ועכברים C57 (לבקן ומתח פיגמנט, שו"תectively) לא הראו הבדלים עקביים בהתנהגות (איורים 2 ו -3). עם זאת, כל ליקויים או ליקויים או חזון או olfaction יכול סביר שצפוי להשפיע על הביצועים של זן העכבר assay זה וסינון עבור היכולת החושית הבסיסית יהיה מומלץ לכל זן חדש מנוצל assay אובייקט חיפושי הרומן.
RRBs לעתים קרובות לצאת מוקדם בילדות של אנשים מושפעים, וככזה, ב assay שיכול למדוד בנוכחות RRBs מסדר גבוה בעכברים צעירים יהיה מועיל עבור הקמת הפנים לבנות תוקפו של מודלים העכבר פוטנציאליים. נכון להיום, assay זה נוצל בעבר רק על עכברים בוגרים. חיפושי אובייקט רומן עלולים להיות קשים עבור עכברים צעירים כמו שיש להם קושי לנוע לפני עצמאי ביום הלידה כ 10. בנוסף, עכברים צעירים מאשר ביום לידת 14-16 עשויים להסס לעבור בזירות רומן. ומדרוג את גודל הבדיקות הםנה משמש כאן ועושה בזירה מוכרת יותר (באמצעות כלוב הביתה, למשל) עשויה לשפר חלק מהנושאים הללו, אך לא ברורים אם assay חיפושי אובייקט הרומן הזה הוא מתאים לבדיקת עכברים צעירים.
סט אחד פוטנציאל של ניתוחים סטטיסטיים נדון כאן. בשל האופי הייחודי של נתוני רצף assay זה מייצר, זה אפשרי לחלוטין כי אסטרטגיות אנליטית חלופיות עשויות לחשוף מידע נוסף גישה פשוטה זו יחסית לא לחשוף. הנתונים נציג כי נותח וכלל כאן הראו ראיות צנועות של התנהגויות גישוש בדוגמת כמו עכברות C58 הראו החזרה יותר בזירת בדיקות העגולה (האיור 2 א). לא היו שום ראיות המצביעות על כל עלייה ברמות חזרה של C58 בזירה המלבנית (איור 2 ג), כמו גם כל ראיה כי זכרים הפגינו כל דפוס בזירה או (התרשים 2B, 2D). thהוא פה כרגע שום הסבר על ההבדל בהתנהגויות בין זכר נבדקים נשיים. הסבר אפשרי יכול להיות ההתנהגויות הטבועות של זן העכבר הזה. זה כבר נמצא כי גברי C58 נוטה להציג יותר התנהגויות חוזרות וחרדה מאשר עמיתיהם הנשיים שלהם 11. הבדל זה בהתנהגויות חרדה עלול להוביל פחות עניין ביצירת העדפת אובייקט מסוים ויותר עניין פשוט לחקור חרדה אלה שעלולות גרימת חפצי רומן. זה לגמרי אפשרי כי זני עכבר אחרים עשויים גם להראות הבדלים בין מיני assay זה.
זכר שניהם ועכברי C58 נקבה הראו העדפת אובייקט מסוימת בתוך זירת הבדיקות חוזרת כפי שהם ובקרו אובייקט הרומן המועדף שלהם לעתים קרובות יותר, כמו גם בקרו האובייקט המועדף עליהם פחות משמעותית בתדירות נמוכה יותר מאשר הזנים האחרים (איור 3 א, 3 ב). זן C58 גם מוצג העדפת אובייקט אחד על פני i האחרn בזירה העגולה, אבל לא בזירה המלבנית (איור 3 ג, 3D). זהו ככל הנראה בשל כמה תכונה בולטת של זירת בדיקות העגולה כגון חוסר הפינות, שטח הפנים הגדול יותר זמין עבור חקר או המרחק המוגדל של העצמים שבתוך החומות. עבודה עתידית על assay זה צריכה לחקור את ההשפעות של משתנה אלה על חיפושי עכבר.
המוקד העיקרי כאן היה על התנהגויות חוזרות מסדר גבוה, אבל בהתחשב בעובדה כל ההתנהגויות ב assay אובייקט הרומן נרשם וידאו, אפשר גם למדוד התנהגויות אחרות. תחתון-מנת התנהגויות חוזרות כגון גידול, קפיצות, טיפוח לחפור נראות לרוב מבחני שדה פתוחים כמו זה. עם עכברים מסוימים, התנהגויות אלה עשויים להתחרות עם נוכחות של התנהגויות חוזרות מסדר גבוה ואת יהיה חשוב למדוד ולכמת הן בזמן ההסתגלות ותקופת בדיקות.
למרות העובדה כי רקשני מחקרים באמצעות מח' חיפושי רומן בעכברים פורסמו עד כה 17,22, assay זה יש הפוטנציאל למלא צורך קיים עבור assay המודד התנהגות מסדר גבוה חוזרת במהירות עם משתנים מבלבל מינימאליים. כזה assay ישלים בדיקות קיימות יפה של RRBs מסדר הגבוה כגון חיפושי חור פנסיון ולמידת היפוך. RRBs הוא תכונת ליבה של ASD ואפשרות מתיש על חייהם של אנשים מושפעים. מודלי עכבר תוקף עבור RRBs תחתון, מסדר גבוה יהיו יקרים מאוד לבדיקת התערבויות תרופתיות והתנהגותיים פוטנציאליים. את assay אובייקט חיפושי הרומן המתואר כאן יש פוטנציאל משרת צורך חשוב מאוד במחקר ביו בסיסי.
The authors have nothing to disclose.
המחברים מבקשים להודות תוכנית מחקר לתואר ראשון קיץ, קבוצת משתמשי טכנולוגיית האקדמית, המרכז ללמידה דיגיטלית, ואת מרכז המדע באוניברסיטת רדלנדס.
המחברים מבקשים להקדיש את הנייר הזה לזכרו של Lou Yango.
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