Method Article
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 os procedimentos aqui realizados foram submetidos e aprovados pelo IACUC (Office of Compliance Research) e foram realizadas seguindo as diretrizes do NIH. Ratos usado no paradigma testes comportamentais eram ingênuas e não utilizados para outros testes. O C57BL / 6 selvagem Tipo e bater para fora ratos utilizados no presente protocolo têm sido descritos anteriormente 9 e os dados aqui apresentados são de que manuscrito.
1. Preparação da sala de teste e campo aberto Apparatus
2. Preparar o Software para medir a atividade
3. Administração do Aberto Campo de Provas
NOTA: O pacote de software usado neste protocolo permite o rastreamento de até 16 ratos individuais ao mesmo tempo. Para facilidade de realização e, como mencionado acima, o protocolo discutidos aqui é para um único rato usando um único quadrante da OFM. Para o equipamento em uso para este protocolo, um máximo de 4 ratos individuais poderiam ser rastreados usando cada quadrante do labirinto. Se utilizando um labirinto multi-gabinete, depois de colocar o primeiro mouse assunto no quadrante definido, coloque os ratos restantes em seu respectivo quadrante labirinto para análise de rastreamento. Para efeitos do presente protocolo, mais instrução será específica para um único quadrante do labirinto.
4. Medição e Análise do Comportamento Durante procedimentos de teste
NOTA: Para a medição, três aspectos do comportamento campo aberto são facilmente caracterizados utilizando este protocolo (ver discussão). Uma breve instrução sobre como acessar essas medições no software de monitoramento de vídeo segue.
O número médio de indivíduos por estirpe de ratinhos testados, na maioria dos casos é de aproximadamente 20 para gerar relevância estatística suficiente. No entanto, este número pode estar na gama de 8-30, dependendo da disponibilidade do rato. Dependendo da medida ou comparações necessário, também é favorável utilizar pareados por idade.
O primeiro e talvez o mais importante parâmetro específico para medir no campo aberto Maze é a distância ambulatorial total. Enquanto a unidade de medida é irrelevante para fins de comparação, é mais frequentemente expressos como uma medida métrica (cm). Nos dados experimentais aqui (Figura 5) apresentaram, tipo selvagem (WT) ou normais camundongos C57BL / 6 mostrar capacidade ambulatorial semelhante a um C57BL / 6 do mouse estirpe knock-out específico (KO). Quando a distância total percorrida é semelhante entre as linhagens ou tratamentos, uma análise mais aprofundada de comportamentos emocionais é simplificada porque a atividade locomotora é efetivamente removido do equação. Se existem diferenças significativas na capacidade locomotora dos ratos testados, análises suplementares, tais como entradas de zona ou tempo gasto em determinadas zonas designadas do labirinto pode ser distorcida devido à inatividade, em vez de efeitos de tensão ou de tratamento. Existem técnicas para explicar a atividade locomotora desigual, mas estas são mais frequentemente específica para a questão de pesquisa.
Como distância ambulatorial total entre as duas linhagens de camundongos foi semelhante, fomos capazes de analisar tigmotatismo, ou a tendência de um indivíduo a manter-se próximo às paredes, no WT contra camundongos KO (Figura 6). O grau de tigmotatismo tenha sido validada como uma medida do comportamento ansiogénico em ratos 10. Tigmotatismo aumenta à medida que os níveis de ansiedade subir. Utilizando o software SMART, zonas individuais foram sobrepostos sobre os caminhos percorridos pelo ratinhos (Figura 3) e o tempo passado nas zonas interiores contra as zonas exteriores calculados e apresentados como uma função do tempo total de (10 min) em tele labirinto. Neste caso, os ratinhos KO exibiram comportamento ansiogénico significativamente maior do que os seus homólogos WT. Um caminho de viagens representante pode ser visto na Figura 4, onde o caminho WT rato atravessa as áreas do meio do labirinto em uma freqüência muito maior do que o do rato KO que permanece perto das paredes do labirinto, mesmo que a distância percorrida de ambos os ratos é semelhante. Podemos concluir que os camundongos KO exibem ansiedade mais elevado associado comportamento do que os ratinhos WT.
Para apoio adicional aumentou os níveis de ansiedade nos ratinhos KO, boli fecais deixado no labirinto após o período de teste de 10 min foram contadas pelo observador uma vez que o sujeito de teste foi removido (Figura 13). Após a visão popular de que animais altamente emocionais apresentam aumento da defecação, KO apresentam aumentos significativos na presente boli fecal quando comparado com animais WT. Isto correlaciona-se com os níveis de tigmotatismo medidos nos ratinhos KO e indica tha t os camundongos knock-out utilizados neste estudo mostrou aumento da emotividade e ansiedade quando comparados com os seus homólogos WT.
Figura 1. Exemplo de um OFM de quatro quadrantes. A OFM retratado foi obtido a partir de San Diego Instruments e foi utilizado em todos os procedimentos de ensaio descritos. Dimensões de um quadrante do labirinto em centímetros e são cada quadrante é identificado (Q1-Q4).
Figura 2. Exemplo de visão da câmera em cima de um OFM quatro quadrantes. A imagem apresentada é representativa da vista da câmara reconhecido pelo software SMART antes de procedimentos de rastreio. Cada quadrante é rotulado (Q1) até (Q4) e deverá conter um único rato para rastreamento.
Figura 4. Zona de sobreposição usado para interpretar dados de seguimento para tigmotatismo da OFM. Usando o pacote de análise de software SMART, uma série de 10 x 10 cm zonas foram identifiéd e utilizado para avaliar sujeitos faixas. A zona exterior composto por 16 blocos, conforme identificado enquanto a zona interna composta por 9 blocos e é sombreada. Maior tempo de permanência nas zonas exteriores do labirinto é registada como o aumento tigmotatismo e é indicativo do comportamento de ansiedade relacionada amplificado.
Figura 5. A distância total percorrida no OFM. WT (n = 24) e KO (n = 27) os ratinhos foram submetidos a OFM ea distância total em centímetros das respectivas faixas foram combinados e analisados estatisticamente para visualizar quaisquer diferenças na deambulação. Camundongos WT e KO apresentaram um comportamento semelhante na OFM quando distância total foi medido. Os resultados para os dados foram expressos como a média +/- SEM Análise estatística (-Provas t) foram realizados utilizando o Excel 2010 (Microsoft, Redmond, WA) e SAS 9.2 (SAS Institute, Cary NC). [Data é modified de Ramesh Babu, et.al., 2008.]
Figura 6. Tempo passado nas zonas interior e exterior da OFM. WT (n = 24) e KO (n = 27) os ratinhos foram submetidos a OFM e tempo nas zonas interior e exterior do labirinto analisados estatisticamente para diferenças de rato estirpes. O tempo gasto nas zonas exteriores do labirinto identificados na Figura 7 medidas tigmotatismo ou comportamento de parede que abraça e é indicativo de comportamento relacionada com ansiedade. KO apresentaram medidas de ansiedade mais elevados do que a WT baseados em tigmotatismo. Os resultados para os dados foram expressos como a média +/- SEM Análise estatística (-Provas t) foram realizados utilizando o Excel 2010 (Microsoft, Redmond, WA) e SAS 9.2 (SAS Institute, Cary NC). P <0,05. [Os dados são modificados a partir Ramesh Babu, et.al., 2008.]
Figura 7. depósitos boli fecais em OFM. WT (n = 24) e KO (n = 27) os ratinhos foram permitidos para completar um teste de 10 min no OFM antes de ser removido do labirinto de volta às suas gaiolas. Após os ratinhos foram removidos, o número de evacuações ou depósitos de boli fecais foi contada manualmente pelo observador. Aumentado o número de bolos podem ser indicativos de maior ansiedade e emotividade do animal sujeita. KO exibiram um aumento de boli fecais quando comparada com WT. Os resultados para os dados foram expressos como a média +/- SEM Análise estatística (-Provas t) foram realizados utilizando o Excel 2010 (Microsoft, Redmond, WA) e SAS 9.2 (SAS Institute, Cary NC). P <0,05. [Data originalmente publicado em Ramesh Babu, et.al., 2008.]
O campo aberto Maze é uma das plataformas mais utilizadas em estudos de comportamento dos animais. Uma série de importantes parâmetros convencionais e etológicas 2,4 podem ser coletadas e analisadas durante a execução da OFM. Estes dados permitem que o pesquisador para medir comportamentos que variam de actividade global locomotor a comportamentos emocionais relacionados à ansiedade 8. No entanto, o uso de OFM não é sem suas deficiências. Uma questão de confusão é a ampla gama de variáveis estáticas que podem ser manipulados durante uma sessão de testes. Exemplos incluem o tempo, as condições de iluminação e novela objeto inclusão. A variabilidade na configuração do protocolo experimental e design, que são essenciais para apoiar um amplo espectro de aplicações, pode tornar difícil a comparação entre os estudos. Quando variabilidade assunto, como diferente do fundo ou transgênicos mouse linhas e tratamentos de drogas estão incluídos, a dificuldade em comparações de teste pode aumentar ainda mais. Apesar destas questões, a OFM continua a ser uma das técnicas mais amplamente aplicados em pesquisa comportamental roedor. Aqui, nós discutir os resultados obtidos a partir da OFM e sua análise no que se refere à ansiedade rato e emotividade.
Aqui, três aspectos do comportamento campo aberto são facilmente caracterizados utilizando este protocolo: 1) A distância total percorrida (em cm) durante toda a parte cronometrada da prova; 2) tigmotatismo ou uma medida da percentagem do tempo total do teste de 10 minutos que o sujeito mantém-se adjacente à parede externa do labirinto, que é indicativo do comportamento de ansiedade semelhantes; 3) O número de pelotas fecais (bolo) deixados no quadrante após o assunto é removido é contado. Defecação é uma medida relacionada negativamente de emotividade em roedores 5 e pode ser usado para indicar os níveis de ansiedade no assunto mouse. Uma breve instrução sobre como acessar essas medições no software SMART segue.
A actividade locomotora dos sujeitos de teste é importantediscernir antes da análise dos dados OFM ou para essa matéria, qualquer animal labirinto comportamental. Ao comparar diferentes cepas de camundongos ou diferentes efeitos dos tratamentos com medicamentos, a capacidade ambulatorial do mouse é primordial. Se a capacidade locomotora está comprometida devido a efeitos de tratamento, em seguida as actividades que dependem da capacidade do sujeito para mover é confundida medição. Portanto, o primeiro passo neste experimento foi comparar o movimento total entre as duas cepas de assunto. Usando o recurso de acompanhamento do tema do software SMART, medimos a distância total percorrida ambulatorial no labirinto durante a duração do teste por dois diferentes cepas de camundongos C57BL / 6 (Figura 4). Ambos tipo selvagem (WT) e camundongos knock-out genéticos (KO) exibido capacidade ambulatorial similar. Não houve diferença estatística na distância total (em cm) percorrida por qualquer uma das linhas do rato em todo o quadro da experiência de tempo de 10 min. Teve uma cepa mostrado uma diferença significativa na comparação deambulaçãopara o outro, uma investigação mais especializada, possivelmente usando outros paradigmas comportamentais, seria necessário para caracterizar a diferença. No entanto, neste caso, a deambulação das cepas sujeitos era permitindo o uso direto igual de dados derivados de OFM não ajustados para investigar parâmetros ansiolíticos. Deve-se notar aqui que alguns pesquisadores interpretaram alta atividade ou aumentar o comportamento exploratório como um índice de baixa emotividade enquanto outros conceber comportamento exploratório ser independente de emotividade 11. Tem-se que reconhecer que as diferenças na atividade locomotora pode confundir medidas emocionais 12. No entanto, como a distância ambulatório total foi semelhante entre as estirpes de ratinho utilizados aqui, os níveis de actividade ratinhos foram separadas a partir de factores de emocionalidade.
Elevando o comportamento consiste de animais a pé sobre as duas patas traseiras em uma posição ereta vertical. Considera-se um comportamento exploratório e tem sido utilizado comouma medida da ansiedade em ambos OFM e o Labirinto em Cruz Elevado 13. No entanto, não há nenhuma indicação clara de que a criação comportamento é ou ansiolítico ou ansiogênico. Alguns estudos indicam aumento da criação está em concordância com o aumento dos níveis de ansiedade em ratos 14, enquanto outros postulam diminuição da criação de comportamento é um indicativo de aumento da ansiedade 15. Assim, enquanto a criação não foi analisado aqui, dependendo do protocolo experimental e os parâmetros examinados etológicas, de criação pode ser utilizada para discriminar comportamentos ligados à ansiedade de comportamento ambulatório simples.
Tem sido proposto que a medição da ansiedade em modelos de roedores é muito mais complicada do que a utilização de um único parâmetro num ambiente labirinto 16. Portanto, o uso de vários testes ou várias medidas em um único teste pode fortalecer a avaliação dos resultados. Tigmotatismo ou parede-abraçando comportamento é observado na maioria das espécies de roedores e está ligada à ansiedade relacionada serhaviors. É mais provável ligada à propensão subjacente de um roedor, para evitar grandes áreas abertas ou áreas de perigo percebido 17,18. Independentemente da causa subjacente, tigmotatismo é um importante comportamento ligados a ansiedade que muitas vezes é considerado o ponto de partida para testes relacionados ainda mais ansiedade específica 19.
Tigmotatismo no OFM é usado para avaliar tratamentos ansiolítico, anxiogénicos e até mesmo não-farmacológicas. Drogas relacionadas com a ansiedade tais como diazepam e clordiazepóxido demonstraram efeitos significativos sobre o comportamento do rato no OFM 4, enquanto os agonistas de dopamina têm demonstrado que os receptores da dopamina D1 e D2 estão envolvidos em efeitos ansiogénicos semelhante devido ao aumento das transmissões dopaminérgicas 20. Também há distinções claras de tensão em resposta ao comportamento de ansiedade-like mouse na OFM 21. Por exemplo, os camundongos BALB / c, uma cepa de laboratório albino raça do rato de casa comum, apresentam maior resposta comportamentalao estresse agudo do que os camundongos C57BL / 6 22. Portanto, a variação da linha de base nas respostas entre os sujeitos devem ser levados em conta na criação de parâmetros associados a paradigmas de teste e escolha de quais espécies a serem usadas para uma questão de pesquisa particular.
É também a visão popular de que animais altamente emocionais apresentam aumento da defecação. Este ponto de vista foi corroborado por alguns, mas a validade de defecação como medida distinta da ansiedade tem sido questionada 23. No entanto, desde que tratado original de Hall (1934) correlacionando eventos defecação com emotividade em roedores, uma grande quantidade de literatura sobre o assunto afirmou esta relação 2. Achados mais recentes têm indicado que defecações pode de fato ser um indicador útil de comportamentos relacionados à ansiedade emocionais em períodos relativamente curtos de teste como foi executado aqui em oposição às observações longas (30 min), onde as diferenças nas respostas são menos claras 21 .
É importante notar que o comportamento de ratos no OFM é dependente suas sensações tácteis. Assim, qualquer dano ou falta de bigodes para os ratos podem causar uma diminuição no comportamento ligado a ansiedade medido como os ratos perdem o contato tátil com as paredes do labirinto e entrar nas porções centrais mais facilmente 3. Labirinto exploração pode também ser dependente de alimentos ou de privação de água, iluminação durante o procedimento de verificação ou mesmo sobre a cor do chão do labirinto 24. É importante verificar essas variáveis, bem como quaisquer fatores de tratamento induzido, antes de interpretar resultados OFM para comportamentos relacionados à ansiedade. Relatórios detalhados de todas as condições de teste em manuscritos também é fundamental para facilitar as comparações entre estudos apropriados.
Além disso, embora aqui se discuta a utilização de OFM no que se refere ao motor de locomoção e emocionalidade dos ratinhos investigados, OFM pode também ser usado para testar outros comportamentos such como novo reconhecimento de objetos e memória 25. Dependendo do tipo de memória a ser analisada, em vez do labirinto com um novo objecto pode variar de 5 minutos a 24 horas. A facilidade e flexibilidade do labirinto no teste de reconhecimento de objectos nova permite o teste de memória a curto ou a longo prazo, e pode ser utilizado para analisar selectivamente os efeitos do tratamento agudo de fármaco numa fase específica de formação da memória. Em conclusão, a OFM é um teste de desempenho apical 26. Os comportamentos relacionados à ansiedade medidos são a acumulação de vários processos subjacentes comportamentais. Assim, uma vez que uma resposta é medido de forma detectável, é por vezes necessário para investigar a resposta que mais se identificar um defeito 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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