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.
Disturbo dello spettro autistico (ASD) è un disordine dello sviluppo neurologico composto da tre sintomi principali: riduzione di valore sociale, difficoltà a comunicare attraverso il linguaggio e comportamenti ripetitivi fantasia 1. Dal 2000, il numero di individui che sono stati diagnosticati con ASD è aumentato da 1 a 150-1 a 68 nel giro di dieci anni 2. Sebbene la prevalenza del disturbo continua ad aumentare, la causa della malattia non è ancora noto. C'è stato un aumento negli sforzi per individuare modelli murini appropriati per il core e sintomi associati di ASD, in quanto questi modelli potrebbero portare a una maggiore comprensione dei sintomi sottostanti e le cause di ASD. Ci sono più ceppi inbred mouse che compaiono per visualizzare i comportamenti con la faccia di validità per i sintomi principali della ASD, tra cui comportamenti ripetitivi 3.
Limitati, comportamenti ripetitivi (RRBs) sono un sintomo di base di alcuni disturbi psichiatrici come ASD.RRBs può aumentare con la gravità del disturbo 4, e possono drasticamente interrompere lo stile di vita degli individui affetti. RRBs sono in genere presenti in due categorie, di ordine inferiore comportamenti ripetitivi, che negli esseri umani consistono in azioni come dondolo e mano-sbattimento; e di ordine superiore comportamenti ripetitivi, che consistono di stretta aderenza alla routine e resistenza al cambiamento 5-8.
Comportamenti ripetitivi di ordine inferiore sono stati ampiamente studiati nei roditori in cui si manifestano come stereotipie motorie, che possono essere facilmente osservabili nella creazione di un laboratorio 9. Questi comportamenti sembrano avere una buona validità viso per RRBs negli esseri umani, e potenzialmente forte validità di costrutto e 10. Test per la presenza di RRBs di ordine inferiore può essere completato attraverso il monitoraggio video di attività del mouse per studiare i periodi e la durata di queste stereotipie motorie 11. ordine superiore comportamenti ripetitivi rappresentano una sfida per la ri biomedica di basela ricerca utilizzando i roditori, in quanto questi RRBs non sono così facilmente identificati attraverso la semplice osservazione. A causa della difficoltà nell'identificare questi comportamenti, esistono meno saggi stabilite per ordine superiore comportamento ripetitivo. Tradizionalmente, RRBs di ordine superiore sono stati misurati nei roditori utilizzando un paradigma labirinto in cui l'animale prova è addestrato per raggiungere competenza in fuga. La posizione di fuga è poi passato e il numero di prove necessarie per ri-imparare la posizione di fuga viene registrata 12. Questi test non sono l'ideale in quanto richiedono un lungo periodo di formazione, spesso inducono ansia, e può portare a risultati molto variabili. L'esplorazione del foro di bordo è stato anche utilizzato per quantificare ordine superiore RRBs 13,14. Questo approccio non richiede allenamenti lunghi, ma non si basano su motivazioni alimenti e / o di discriminazione olfattiva. I dosaggi più elevati per RRBs ordine che non sono ansiogeno o richiedono una formazione sarebbe un buon complemento per il repertorio esistente di foro di bordo exploratio n e saggi labirinto-based attualmente in uso.
Il C58 / J (C58) inbred ceppo di topi esemplifica fortemente alti livelli di comportamenti stereotipi associati con ASD, cioè ripetitivo, stereotipie motorie ad inutili e livelli elevati di auto-governare 3,11. Inoltre, i topi C58 mostrano RRBs attraverso elevati livelli di allevamento, di nuovo lanciando e raspando 11,14,16. Questo ceppo inizia mostrando questi comportamenti in anticipo nel periodo neonatale e continua a mostrare loro tutta l'età adulta. L'ideale sarebbe poter verificare la presenza di elevati ordine superiore RRBs integrare le RRBs ordine inferiore ben documentati presenti in questo ceppo così come altri ceppi di topi. Il saggio oggetto di esplorazione romanzo qui descritto prevede la possibilità per i ricercatori di osservare di ordine inferiore e RRBs di ordine superiore allo stesso tempo, in quanto dà la possibilità di misurare i comportamenti a motivi geometrici e stereotipie motorie ripetitive.
e_content "> Uso esplorazione oggetto romanzo come un saggio per ordine superiore comportamenti ripetitivi stato sviluppato da Pearson et al. 17. Questa nuova valutazione è un'estensione del consolidata test a campo aperto 18-21 con l'aggiunta di quattro oggetti innovativi per l'arena. i topi sono stati autorizzati a indagare liberamente questi oggetti non familiari e il numero e l'ordine delle indagini oggetto è stato rintracciato. le indagini degli oggetti sono stati poi analizzati per la presenza di modelli, con i topi BTBR visualizzare i numeri elevati di indagini fantasia tra gli oggetti. l'utilizzo di questo test, i topi in grado di visualizzare di ordine superiore comportamenti ripetitivi e fantasia, eliminando la necessità di imparare i comportamenti così come la rimozione di stimoli inutili. esplorazione oggetto Novel induce RRBs di ordine superiore, in quanto consente ai topi di creare schemi e sequenze forma attraverso la loro esplorazione naturale . Usando questo test permette al ricercatore di quantificare la presenza di questi RRBs di ordine superiore.Pearson et al. sviluppato questo saggio e utilizzato per verificare la presenza di eventuali comportamenti ripetitivi ordine superiore nella BTBR ceppo inbred mouse, con risultati interessanti 17. Abbiamo recentemente pubblicato uno studio di follow-up a guardare i comportamenti del C58, C57BL / 6J (C57) e / NJ (FVB) ceppi FVB, così come un esame più dettagliato in potenziali variabili confondenti presenti in questo saggio, e possibile approcci statistici per l'analisi dei dati generati 22.
Il protocollo qui descritto è stato approvato dal Comitato Istituzionale cura e l'uso degli animali presso l'Università di Redlands. I topi C58, C57, e FVB utilizzati in questi studi sono stati allevati presso l'Università di Redlands Vivarium a magazzino originariamente ottenuto dalla Jackson Laboratory (Bar Harbor, ME). Sentinelle di questo vivaio sono stati sottoposti a screening ogni sei mesi e hanno trovato ad essere patogeno libero.
1. Le attrezzature e Camera Set Up
Nota: Abbiamo usato due arene diverse per i test oggetto romanzo: una gabbia rettangolare di plastica trasparente (45 cm x 24 cm x 20 cm) o una gabbia circolare opaco con un diametro alla base di 41 cm; Tuttavia, ogni gabbia può essere utilizzato. Pearson et al. Utilizzata una gabbia rettangolare più piccolo (20 cm x 30 cm x 20 cm) nel loro dosaggio. Dettagli da questo disegno sperimentale specifico si trovano più sotto, ma data la novità di questo saggio, non ci sono standard accettati nel campo della fenotipizzazione comportamentale per nessuna delle variabili descritte.
2. Oggetto Novel Exploration test
3. punteggio Video
4. Analisi statistica, Sequencing
5. Analisi statistica, Preferenze Object
I dati rappresentativi 22 mostrano che C58 femminile / topi J visualizzati un numero maggiore di modelli in sequenza rispetto agli altri ceppi in ambito turno (figura 2, pannello A), ma non in campo rettangolare (Figura 2, pannello C). Nessuno dei tre ceppi maschi differivano tra loro (figura 2, pannelli B e D). I dati rappresentativi mostrano che entrambi i topi C58 / J maschili e femminili mostrano una forte preferenza per oggetto più visitato (e successivamente, una preferenza inferiore per il loro ultimo scopo visitato) in ambito turno (figura 3, pannello A e C), ma non in campo rettangolare (figura 3, pannello B e D).
Figura 1:. Rettangolari e circolari Arena Set-up per Novel Testing Object Tegli numeri rappresentano la posizione di ciascun oggetto, che sono stati assegnati a caso per ogni mouse. Questa cifra è stata modificata dal riferimento 22. Si prega di cliccare qui per vedere una versione più grande di questa figura.
Figura 2:. Dati rappresentativi Illustrando il numero di volte le tre sequenze più comuni 3-modello sono state ripetute, intesa come percentuale del numero totale di modelli in tre Inbred mouse Ceppi Le femmine C58 mostrato una forte aderenza ai loro modelli di indagine preferiti in dell'arena rotondo (A) ma non campo rettangolare (C). I tre ceppi di topi maschi non differivano tra loro sia nel tondo (B) o rettangolare (D) sononas. I dati sono espressi come media + errore standard della media * p <0,05 vs. C57 e FVB ** p <0,01 vs. C57 e FVB. Questa cifra è stata modificata dal riferimento 22. Si prega di cliccare qui per vedere una versione più grande di questa figura.
Figura 3:. Dati rappresentativi Illustrando la preferenza per Individual Novel Oggetti in Tre Inbred mouse Ceppi I dati vengono visualizzati come percentuale delle indagini oggetto totale, con la scelta 1 che rappresenta l'oggetto più preferito per ogni singolo mouse e Scelta 4 l'oggetto meno preferito. Maschio (A) e femmina (B) topi C58 nell'arena rotonda hanno mostrato una preferenza più forte per il loro oggetto preferito che hanno fatto gli altri due ceppi. Maschio(C) e femmina (D) topi hanno mostrato differenze deformazione per preferenza oggetto in campo rettangolare. I dati sono espressi come errore standard della media * p <0,05 vs. C57 e FVB # p <0,05 vs. FVB medio +. Questa cifra è stata modificata dal riferimento 22. Si prega di cliccare qui per vedere una versione più grande di questa figura.
Supplementare Codice File:. Python codice equivalente Cliccate qui per eseguire il programma.
Qui, vi presentiamo un test recentemente sviluppato che può essere utile per quantificare i comportamenti del mouse con la faccia di validità per ordine superiore comportamenti ripetitivi negli esseri umani. A differenza di dosaggi più affermati come la Barnes o T-labirinto, questo nuovo metodo di analisi oggetto di esplorazione non richiede alcuna formazione del mouse né è particolarmente provoca ansia. Inoltre, il romanzo di esplorazione oggetto non richiede alcun cibo o stimoli sociali, consentendo un più attenzione sui comportamenti di interesse, RRBs, e diminuendo la probabilità di variabili confondenti, alterando i risultati. Inoltre, diversi ceppi di topi fanno dimostrare il comportamento differenziale in questo saggio, con ceppi dimostrando elevati RRBs di ordine inferiore che mostrano anche elevati esplorazione e oggetto preferenza modellato nel test di esplorazione oggetto romanzo 17,22. Come tale, questo test sembra possedere buon viso validità RRBs negli esseri umani. Se il test viene modificato da ricercatori futuri, sarebbe vantaggioso per rimanereconsapevoli dei vantaggi di cui sopra, vale a dire la mancanza di formazione richiesta e la minimizzazione degli stimoli ansiogene. La selezione degli oggetti nuovi (sezione 1.2) utilizzati nel test è di vitale importanza. Gli oggetti devono essere facili da pulire, ma essere distinte per aspetto e di dimensioni simili. Utilizzando una telecamera per registrare il saggio (Sezione 1.4) e permettendo ai topi di acclimatare all'arena test (Sezione 2.3) sono anche vitali, come la novità dell'arena o la presenza di uno sperimentatore nella stanza può influenzare il comportamento del topi. Questi sono aspetti critici del protocollo qui descritto.
Nonostante questi vantaggi, ci sono altri fattori che devono essere considerati quando si decide su un test appropriato per RRBs di ordine superiore. La sfida principale nell'analisi dei dati generati da questo saggio è la correlazione ai livelli di attività, che possono differire notevolmente tra i diversi ceppi di topi 23,24. Un modo possibile di controllo per diverse attività leveLS fra gruppi di confronto è stato discusso; ci possono essere altre soluzioni più adeguate o eleganti da considerare sia con il disegno sperimentale o di analisi statistica. scegliendo con cura ceppi di controllo con livelli di attività simili, come il ceppo di interesse è una possibilità. In alternativa, l'analisi statistica su solo un sottoinsieme dei dati (le prime 50 nuove indagini oggetto, per esempio) è un'altra possibilità.
Anche se questo test non è l'ansia per sé indurre, i livelli di ansia naturali di ogni ceppo diverso può portare a differenze nei risultati raccolti. Altamente topi ansiosi di solito preferiscono muoversi lungo le pareti e gli angoli di un campo un'arena aperta 23,25 e se i nuovi oggetti in questo saggio sono posizionati troppo vicino ai bordi o angoli, artificialmente elevati indagini di oggetti nuovi possono essere registrati in ceppi ansiosi. Abbiamo tentato di correggere per questa variabile di confondimento utilizzando un test di un'arena circolare e spostare gli oggetti da tegli pareti, oltre a utilizzare un periodo di acclimatazione 10 minuti prima del test. Altre correzioni potenziali potrebbero essere di testare in condizioni buie, in gabbia casa del mouse o variando il tempo di acclimatazione. Ansia potrebbe essere quantificato all'interno dei dati dell'oggetto esplorazione romanzo stesso misurando la latenza alla prima indagine e misurando il numero di ripetute indagine dello stesso oggetto senza interruzioni.
Visione e deficit olfattivi potrebbero compromettere le prestazioni in questo saggio pure. Incapacità di odore o vedere gli oggetti nuovi possono causare disinteresse o dall'impossibilità di stabilire un modello specifico, che porta a dati che suggeriscono che un mouse non visualizza i comportamenti di ordine superiore ripetitivo. Alcuni ceppi inbred (ceppi albini in particolare) hanno chiaramente compromesso acuità visiva, in particolare in età avanzate. Questo non sembra influenzare il comportamento in questo test, come FVB adulti e topi C57 (un albino e la tensione pigmentata, respettivamente) non ha mostrato differenze consistenti nel comportamento (figure 2 e 3). Tuttavia, eventuali perdite di valore o anomalie in entrambi visione o l'olfatto si possa ragionevolmente prevedere per influire sulle prestazioni del ceppo mouse in questo test e lo screening per la capacità sensoriali di base sarebbe raccomandato per qualsiasi nuovo ceppo utilizzato nel test oggetto di esplorazione romanzo.
RRBs spesso emergono nella prima infanzia di individui affetti, e, come tale, un test che potrebbe misurare la presenza di ordine superiore RRBs in topi giovani sarebbe vantaggioso per stabilire il viso e costruire validità dei modelli possibili di topo. Fino ad oggi, questo test è stato utilizzato solo su topi adulti. esplorazione oggetto romanzo può essere difficile per i topi più giovani in quanto hanno difficoltà a muoversi in modo indipendente prima di circa postnatale giorno 10. Inoltre, i topi di età inferiore ai postnatale giorno 14-16 possono essere riluttanti a muoversi in nuove arene. Riducendo le dimensioni del test vengonona usato qui e rendere l'arena più familiare (utilizzando una gabbia di casa, per esempio) potrebbe migliorare alcuni di questi problemi, ma non è chiaro se questo nuovo metodo di analisi oggetto di esplorazione è adatto per testare giovani topi.
Un potenziale serie di analisi statistiche è stato discusso qui. Data la natura unica dei dati di sequenziamento questo saggio genera, è del tutto possibile che le strategie di analisi alternativi potrebbero rivelare ulteriori informazioni che questo approccio relativamente semplice non ha rilevato. I dati rappresentante che è stato analizzato e incluso qui ha mostrato modesta evidenza di comportamenti esplorativi fantasia come topi di sesso femminile C58 ha mostrato una maggiore ripetizione nella circolare test arena (Figura 2A). Non c'erano prove che suggeriscono un aumento dei livelli di ripetizione della C58 in campo rettangolare (Figura 2C), così come sono prove che i maschi hanno dimostrato tutto il modello sia in arena (Figura 2B, 2D). there sono attualmente spiegazione per la differenza di comportamento tra maschio e femmina soggetti di prova. Una possibile spiegazione potrebbe essere comportamenti intrinseche di questo ceppo di topi. E 'stato riscontrato che il maschio C58 tendono a visualizzare comportamenti più ripetitivi e ansiosi rispetto ai loro omologhi di sesso femminile 11. Questa differenza di comportamenti ansiosi potrebbe portare a meno interesse a formare una preferenza per un oggetto specifico e più di un interesse semplicemente esplorare questi potenzialmente ansia inducendo gli oggetti nuovi. E 'del tutto possibile che altri ceppi di topi possono anche mostrare le differenze di sesso in questo saggio.
Sia il maschio che topi di sesso femminile hanno dimostrato C58 preferenza oggetto specifico all'interno dell'arena test circolare come hanno rivisitato il loro preferito oggetto romanzo più spesso, così come hanno visitato il loro almeno oggetto preferito significativamente meno spesso rispetto agli altri ceppi (Figura 3A, 3B). Il ceppo C58 visualizzata anche la preferenza per un oggetto sopra l'altro in dell'arena circolare, ma non in campo rettangolare (Figura 3C, 3D). Ciò è probabilmente dovuto a qualche caratteristica saliente del test arena rotonda come la mancanza di spigoli, la maggiore superficie disponibile per l'esplorazione e l'aumento della distanza degli oggetti dalle pareti. I lavori futuri su questo test dovrebbe indagare gli effetti di queste variabili sulla esplorazione del mouse.
L'obiettivo principale qui è stato su ordine superiore comportamenti ripetitivi, ma dato che tutti i comportamenti nel test oggetto romanzo sono video registrato, è anche possibile misurare altri comportamenti. Di ordine inferiore comportamenti ripetitivi, come l'allevamento, saltare, governare e di scavo sono comunemente visto nei test in campo aperto come questo. Con alcuni topi, questi comportamenti possono competere con la presenza di ordine superiore comportamenti ripetitivi e sarebbe importante misurare e quantificare sia durante l'acclimatazione e periodo di prova.
Nonostante il fatto che solodue studi che utilizzano l'esplorazione oggetto romanzo in topi sono stati pubblicati fino ad oggi 17,22, questo test ha il potenziale per colmare un bisogno esistente per un metodo che misura di ordine superiore comportamento ripetitivo rapidamente e con il minimo variabili confondenti. tale prova sarebbe bene integrare i test esistenti superiori RRBs ordine come il buco di bordo l'esplorazione e l'apprendimento di inversione. RRBs sono una caratteristica fondamentale di ASD e potenzialmente debilitante per la vita delle persone affette. modelli murini convalidati per RRBs minuscoli e di ordine superiore sarebbe estremamente utile per testare potenziali interventi farmacologici e comportamentali. Il saggio oggetto di esplorazione romanzo qui descritto ha il potenziale per servire un bisogno molto importante nella ricerca biomedica di base.
The authors have nothing to disclose.
Gli autori vorrebbero riconoscere il programma estivo di laurea di ricerca, il gruppo di utenti Tecnologia Accademico, il Center for Digital Learning, e il Centro della Scienza presso l'Università di Redlands.
Gli autori desiderano dedicare questo lavoro alla memoria di 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 |
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