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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.
社会的障害、困難言語を介して通信して、その繰り返しのパターン化された行動1:自閉症スペクトラム障害(ASD)は、3つの中核症状からなる神経発達障害です。 2000年以来、ASDと診断された個体の数は、10年2のスパンで68で1に150に1から増加しています。疾患の有病率は増加し続けているが、障害の原因は、まだ知られていません。これらのモデルは、ASDの根本的な症状や原因の増加の理解につながる可能性として、ASDのコアとそれに関連する症状に応じて適切なマウスモデルを識別するための努力の上昇がありました。反復行動3を含むASDの中核症状のための表面的妥当性と行動を表示するように表示される複数の近交系マウス系統があります。
制限付き、反復行動(のCFM.rrb)は、ASDのようないくつかの精神疾患の中核症状です。CFM.rrbは、障害4の重症度に高めることができ、かつ大幅に影響を受けた個人のライフスタイルを混乱させることができます。 CFM.rrbは一般に二つのカテゴリー、ヒトでは、このようなロッキングと手羽ばたきなどのアクションで構成され、下位反復行動、中に配置されています。ルーチンと抵抗に厳守で構成されて高次反復行動は、5-8を変更します。
下位反復行動は広く、彼らは簡単に9を設定し 、実験室で観察することができるモータ常、として現れるげっ歯類で研究されてきました。これらの行動は、ヒトでのCFM.rrbのための良好な表面的妥当性、および潜在的に強力な構成概念妥当性だけでなく10を有するように見えます。下位のCFM.rrbの存在のためのテストは、これらのモータ常11の発作と期間を研究するためにマウスの活動の映像監視を経て完成することができます。高次反復行動は、基本的な生物医学再ための課題を提起しますこれらのCFM.rrbとして簡単な観察で識別されていないとして、げっ歯類を用いて検索します。これらの行動を特定することが困難に、より高次の反復的な行動のための少数の確立されたアッセイが存在します。伝統的には、高次のCFM.rrbは、試験動物が逃げるに能力に到達するように訓練された迷路のパラダイムを用いてげっ歯類において測定されました。逃げ場所が次に切り替えられ、逃げ場所を再学習するのに必要な試験の数が12に記録されています。これらのアッセイは、彼らが長い訓練期間を必要とする、多くの場合、不安を誘発し、非常に可変な結果をもたらすことが理想的ではありません。ホールボード探査も高次のCFM.rrb 13,14を定量化するために使用されてきました。このアプローチは、拡張されたトレーニングセッションを必要としませんが、食品のモチベーションおよび/または嗅覚差別に依存していません。不安惹起されないか、訓練を必要とする高次のCFM.rrbについてのアッセイは、正孔ボードの既存のレパートリーに素晴らしい補完するだろうexploratio現在使用中のnと迷路に基づくアッセイ。
C58 / J(C58)近交系マウス系統が強くASD、すなわち繰り返し、目的のないモータ常と自己グルーミング3,11のレベルの上昇に関連した常同行動の高いレベルを例示しています。さらに、C58マウスは、バックフリップと11,14,16を scrabbling、飼育の高いレベルを介してのCFM.rrbを表示します。この株は早期新生児期にこれらの動作を示す始まり、成人期を通して、それらを表示し続けます。この株だけでなく、他のマウス系統に存在する十分に立証された下位のCFM.rrbを補完するために上昇し、高次のCFM.rrbの存在をテストすることができることが理想的です。新規物体探索アッセイは、ここで説明し、それがパターン化された行動だけでなく、反復運動常を測定する能力を与えるように、研究者が同時に下位と上位のCFM.rrbを観察する機会を提供します。
高次反復行動のためのアッセイは、ピアソンらによって開発されたとして、新規物体探索を使用してe_content "> 17。この新しい評価では、4つの新たなオブジェクトの追加で十分に確立されたオープンフィールド試験18-21の延長でありますアリーナ。マウスは自由にこれらの不慣れなオブジェクトを調査させ、物体の調査の数及び順序を追跡した。目的の調査は、その後BTBRマウスは、オブジェクト間のパターン化された調査の高められた数値を表示して、パターンの存在について分析した。これを使用して不要な刺激を取り除くだけでなく、行動を学習する必要性を排除しながらアッセイは、マウスは、より高次の繰り返しやパターン化行動を表示することができます。新規オブジェクトの探査は、高次のCFM.rrbを誘導し、それはマウスがその自然の探査を通じてパターンやフォームのシーケンスを作成することができますようにこのアッセイを使用する研究者は、これらの高次のCFM.rrbの存在を定量化することができます。ピアソンら 。このアッセイを開発し、興味深い結果17で、BTBR近交系マウス系統における潜在的な高次反復行動の存在をテストするためにそれを使用。我々は最近、C58、C57BL / 6J(C57)およびFVB / NJ(FVB)株の行動を見てフォローアップ調査、ならびに、このアッセイに存在する潜在的な交絡変数へのより詳細な調査、および可能性を発表していますデータを分析する統計的アプローチは、22を生成しました。
ここで説明するプロトコルは、レッドランズ大学の施設内動物管理使用委員会によって承認されました。 C58、C57、およびこれらの研究で使用されるFVBマウスは、もともとジャクソン研究所(バーハーバー、ME)から入手したストックから大学レッドランズのビバリウムで飼育しました。このビバリウムからセンチネルは、半年ごとにスクリーニングし、病原体の自由であることが判明しました。
1.機器・ルームセットアップ
注:私たちは、新規オブジェクトのテストのために二つの異なるアリーナを使用:41センチメートルのベース直径を有する透明なプラスチック製の長方形のケージを(45センチメートルのx 24センチメートル×20センチ)または不透明な円形ケージ。しかしながら、任意のケージを使用することができます。ピアソンらは、そのアッセイにおいて小さい矩形ケージ(20 cmの×30 cmの×20センチ)を使用しました。この具体的な実験設計から詳細は下記含まれていますが、このアッセイの新規性を与えられて、説明変数のいずれかのための行動表現型のフィールド内には受け入れられた規格はありません。
2.新規物体探査テスト
3.ビデオ得点
4.統計分析、シーケンシング
5。統計分析、オブジェクトの優先順位
メスC58 / Jマウスではなく、長方形の舞台で、ラウンドアリーナで他の株よりも配列決定されたパターン( 図2、パネルA)の高い数を表示された代表データ22を示した ( 図2、パネルC)。男性3株のいずれも、互いに( 図2、パネルBおよびD)とは異なっていません。代表的なデータは、男性と女性の両方のC58 / Jマウスがラウンドアリーナ( 図3、パネルAおよびC)での最も訪問されたオブジェクト(およびその後、その少なくとも訪問したオブジェクトのためのより低い優先順位)のための強い好みを表示することを示しているではなく、長方形のアリーナ( 図3、パネルBおよびD)です。
図1: 新規オブジェクトのテストのための長方形や円形アリーナセットアップT。彼の数字がランダムに各マウスのために割り当てられた各オブジェクトの位置を表します。この図は、基準22から変更されている。 この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。
図2: 代表的データは、3つの近交系マウス株におけるパターンの合計数の割合として見ると、最も一般的な3つの3パターンのシーケンスが繰り返された回数を、例示すると C58の女性が中にそれらの好ましい捜査パターンへの強い付着を表示しましたラウンドアリーナ(A)ではなく、矩形アリーナ(C)。雄マウスの3つの株は、ラウンド(B)又は長方形(D)のいずれかで相互に異なりませんでしたNAS。データは平均C57とC57とFVB 対 FVB ** P <0.01 対 * P <0.05、平均+標準誤差として表されます。この図は、基準22から変更されている。 この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。
図3:代表的なデータは、三つの近交系マウス株における個々の新規オブジェクトのプリファレンスを示すが、データは選択肢1は、個々のマウスと選択肢4以上の好ましい目的に最も好ましいオブジェクトを表すとともに、総オブジェクトの調査のパーセンテージとして表示されます。ラウンドアリーナでの男性(A)とメス(B)C58マウスは、他の2つの株がやったよりも彼らの最も好ましい目的のための強い好みを示しました。男性(C)および雌(D)マウスは、長方形のアリーナ内のオブジェクトの嗜好のための歪みの差を示しませんでした。データは平均+平均値* P <0.05 対 C57及びFVB 対 FVB#てp <0.05の標準誤差として表されます。この図は、基準22から変更されている。 この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。
補足コードファイル :Pythonの同等のコードプログラムを実行するにはこちらをクリックしてください。
ここで、我々は、ヒトにおける反復行動高次のための表面的妥当性を持つマウスの行動を定量化するために有用である可能性が最近開発されたアッセイを提示します。バーンズまたはT迷路のようなより確立されたアッセイとは異なり、この新規物体探索アッセイは、任意のマウスの訓練を必要とせず、また挑発特に不安です。さらに、新規物体探索は、関心、のCFM.rrbの行動に、より焦点を可能にし、結果を歪める交絡変数の可能性を減少させること、食べ物や社会的刺激を必要としません。さらに、異なるマウス株は株はまた、新規オブジェクト探査アッセイ17,22で上昇し、パターニング探査とオブジェクトの好みを示す上昇下位のCFM.rrbを実証して、このアッセイでは、差動動作を示しません。このように、このアッセイは、ヒトでのCFM.rrbに優れた顔の有効性を有すると思われます。アッセイは、将来の研究者によって変更された場合、そのままに有益であろう上記の利点、すなわち必要な訓練の欠如と不安を誘発する刺激の最小化に留意。アッセイで使用される新規オブジェクト(セクション1.2)の選択が極めて重要です。オブジェクトは、清掃が容易であるが、外観ははっきりと同じサイズであるべきです。客室内にアリーナの新規性や実験者の存在がの動作に影響を与える可能性のアッセイ(第1.4節)を記録するためにカメラを使用し、マウスは試験領域(2.3節)に順応できるようにすることも不可欠ですマウス。これらは、ここに記載されているプロトコルの重要な側面です。
これらの利点にもかかわらず、高次のCFM.rrbのための適切なアッセイに決定する際に考慮されるべき他の要因があります。このアッセイで生成されたデータを分析の主な課題は、異なるマウス系統23,24の間で大幅に異なることができる活性レベルの相関です。活動LEVEが異なるために制御する1つの可能な方法比較群間のlsが議論されました。実験計画や統計分析のいずれかを検討するために、他のより適切な、またはエレガントな解決策があるかもしれません。興味の株は1つの可能性であるとして慎重に同様の活性レベルと対照株を選択します。あるいは、(例えば、最初の50の新規オブジェクトの調査)データのサブセットのみの統計的分析は、他の可能性があります。
このアッセイは、本質的に不安誘導ではありませんが、それぞれ異なる系統の自然不安レベルは、収集された結果の違いにつながる可能性があります。このアッセイにおける新規のオブジェクトが不自然に高い新規物体の調査が気になる株に記録することができる、エッジやコーナーに閉じるように配置されている場合は非常に気になるのマウスは、通常、オープンフィールドアリーナ23,25の壁やコーナーに沿って移動することを好むと。私たちは、丸い試験領域を使用して、この交絡変数を補正しようとしたと離れトンからオブジェクトを移動します試験の前に10分間の順応期間を使用することに加えて、彼は壁、。他の潜在的な修正は、マウスのホームケージ内または順化時間を変化させることにより、暗く条件下でテストすることができます。不安は、最初の調査にだけでなく、中断することなく、同じオブジェクトの繰り返し調査の数を測定することにより、遅延を測定することにより、新規物体探査データ自体の中に定量化することができました。
ビジョンと嗅覚障害は、同様に、このアッセイでの性能を損なう可能性があります。できないことは、臭いやマウスが高次反復行動を表示しないことを示唆しているデータにつながる、新たなオブジェクトが特定のパターンを確立するために、無関心や無力を引き起こす可能性が確認できます。いくつかの近交系(特にアルビノ株)は、明らかに、特に高度な年齢で、視力を侵害しています。これは大人のFVBおよびC57マウス(アルビノと色素性ひずみ、RESPとして、このテストでは動作に影響を与えるようには見えませんでしたectively)の動作には一貫性の違い( 図2、図 3)を示しませんでした。しかし、ビジョンや嗅覚のいずれかの任意の障害や異常が合理的に新規物体探索アッセイにおいて利用される任意の新しい菌株のために推奨されるであろう、このアッセイにおけるマウス系統の性能に影響を与えることが予想され、基本的な感覚能力についてスクリーニングすることができます。
CFM.rrbは、多くの場合、罹患者の子供の頃に早期に出現し、そのようなものとして、若いマウスでは高次のCFM.rrbの存在を測定することができるアッセイは、顔を確立するために有益であると潜在的なマウスモデルの妥当性を構築することになります。現在までに、このアッセイは、成体マウスでのみ使用されています。彼らは難易度がさらに約生後10日目に独立前に移動していたよう新規物体探査は若いマウスでは難しいかもしれない、生後14-16歳未満のマウスは、新規競技場に移動することを躊躇することができます。テストの大きさをしているダウンスケーリングここで使用されるNAおよび(例えば、ホームケージを使用して)アリーナは、より身近な作りは、これらの問題のいくつかを改善するかもしれないが、この新規物体探索アッセイは、若いマウスをテストするのに適しているかどうかは不明です。
統計分析の一つの潜在的セットは、ここで議論されました。このアッセイが生成する配列データのユニークな性質を考えると、代替分析戦略は、この比較的単純なアプローチは明らかにしなかったことを、追加情報を明らかにする可能性があることは完全に可能です。雌のC58マウスは、円形の試験領域( 図2A)に大きな繰り返しを示したように分析し、ここに含まれていた代表的なデータは、パターン探索行動のささやかな証拠を示しました。長方形のアリーナ( 図2C)でC58の反復レベルの増加だけでなく、男性はアリーナ( 図2B、2D)のいずれかで任意のパターンを実証したという証拠を示唆する証拠はなかったです。目EREは現在、男性と女性の被験者間の挙動の違いのために何の説明ではありません。可能な説明は、このマウス株の固有の行動である可能性があります。男性のC58がその女性の対応11以上の繰り返しと気になる行動を表示する傾向があることが判明しました。気になる行動のこの違いは、単にこれらの潜在的不安の新規オブジェクトの誘導を探索への関心の特定の目的および多くのための好みを形成する際にあまり関心につながる可能性があります。他のマウス系統はまた、このアッセイにおける性差を示すことが完全に可能です。
彼らはより頻繁にそれらの好ましい新規オブジェクトを再訪だけでなく、大幅に少ないことが多い他の株( 図3A、3B)よりも、それらの少なくとも好ましい目的を訪れたとして、男性と女性のC58マウスの両方が円形試験領域内の特定のオブジェクトの嗜好を示しました。 C58株は、他の私の上で1つのオブジェクトに対する選好を表示しましたn個の円形競技場ではなく、長方形のアリーナ( 図3C、3D)インチこれは、そのようなコーナーの欠如、探査や壁からの物体の距離の増加のために利用可能なより大きな表面積などの丸い試験領域のいくつかの顕著な特徴に起因する可能性が高いです。このアッセイでの今後の作業はマウスの探査にこれらの変数の影響を調査する必要があります。
ここでの主な焦点は、より高次の反復動作にあったが、新規物体アッセイにおけるすべての行動は、ビデオが記録されていることを考えると、他の行動を測定することも可能です。このような、飼育ジャンプ、グルーミングと開削などの下位反復行動は、一般に、この一つとして、オープンフィールドアッセイで見られています。一部のマウスでは、これらの行動は、高次の反復行動の存在と競合し得るとの両方順化及び試験期間中に測定し、定量化することが重要であろう。
その唯一の事実にもかかわらずマウスにおける新規物体探索を使用して、2つの研究は日付17,22に公開されている、このアッセイは、迅速かつ最小限の交絡変数と高次反復的な行動を測定するアッセイのための既存の必要性を満たす可能性を秘めています。このようなアッセイは、うまくこのような正孔ボード探査と逆転学習などの高次のCFM.rrbの既存のテストを補完することになります。 CFM.rrbは、ASDのコア機能であり、潜在的に罹患した個体の生活のために衰弱させます。小文字と高次のCFM.rrb確認済みのマウスモデルは、潜在的な薬理学的および行動的介入をテストするための非常に有益であろう。ここに記載の新規オブジェクト探索アッセイは、基本的な生物医学研究において非常に重要な必要性を提供するための可能性を秘めています。
The authors have nothing to disclose.
著者らは、夏の学部研究プログラム、アカデミックテクノロジーユーザーグループ、デジタル学習センター、レッドランズ大学の科学センターを承認したいと思います。
著者らは、ルーYangoのメモリにこの論文を捧げたいです。
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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