היכרות הדרכת Clicker בתור העשרה קוגניטיבית עבור עכברי מעבדה
Summary
The development of new refinement strategies for laboratory mice is a challenging task that contributes towards fulfilling the 3R principle. This protocol introduces clicker training as a cognitive enrichment program for laboratory mice.
Abstract
Establishing new refinement strategies in laboratory animal science is a central goal in fulfilling the requirements of Directive 2010/63/EU. Previous research determined a profound impact of gentle handling protocols on the well-being of laboratory mice. By introducing clicker training to the keeping of mice, not only do we promote the amicable treatment of mice, but we also enable them to experience cognitive enrichment. Clicker training is a form of positive reinforcement training using a conditioned secondary reinforcer, the “click” sound of a clicker, which serves as a time bridge between the strengthened behavior and an upcoming reward. The effective implementation of the clicker training protocol with a cohort of 12 BALB/c inbred mice of each sex proved to be uncomplicated. The mice learned rather quickly when challenged with tasks of the clicker training protocol, and almost all trained mice overcame the challenges they were given (100% of female mice and 83% of male mice). This study has identified that clicker training for mice strongly correlates with reduced fear in the mice during human-mice interactions, as shown by reduced anxiety-related behaviors (e.g., defecation, vocalization, and urination) and fewer depression-like behaviors (e.g., floating). By developing a reliable protocol that can be easily integrated into the daily routine of the keeping of laboratory mice, the lifetime experience of welfare in the mice can be improved substantially.
Introduction
פיתוח אסטרטגיות עידון חדשים עבור עכברי מעבדה הוא משימה מאתגרת שתורמת ההגשמה של 3Rs (החלפה, הפחתה, ועידון) של מדע מעבדת חית 1. שיפורים בתחום חידוד נוסף יכול לתרום לרווחתם של מיליוני בעלי חיים המשמשים למטרות ניסויים. לכן, מחקר אינטנסיבי נדרש בתחום. זוהי גם מטרה מוגדרת בהנחיה 2010/63 של האיחוד האירופי. הדירקטיבה 2010/63 / איחוד אירופאי מציין כי ניסיון החיים של חיות מעבדה צריך להיות משופר וכי "מפעליים יכונן תוכניות הרגלה והכשרה מתאימות לבעלי החיים, נהלים אורך הפרויקט" (סעיף 3.7) 2.
חיות מעבדה יכולות לחוות הרבה מצבים מלחיצים בזמן שהם מוחזקים וגדלו לניסויים. בדרך כלל, את האינטראקציה בין העבודהעכברי atory ואת האחראים מוגבלים למדי. לכן, יחסי אמון לא יכולים להתפתח. זה יכול לעורר חרדה מוגברת ומתח כתגובת טיפול, אשר יש השלכות שליליות על ההתנהגות והפיסיולוגיה, ולכן, את הרווחת, של בעלי החיים 3, 4, 5, 6. יתר על כן, בצע נהלי מעבדה שיגרתי כמו טיפול כללי, איפוק, ודם או דגימת רקמות יכולה לגרום לתגובות של מצוקה נפשית, אשר יכול להיבדק על ידי מדידת פרמטרים שונים, כגון הורמוני לחץ או התנהגות 7, 8. הוכח כי תוכניות טיפול יכולות להקטין את החרדה ביעילות כלפי החוקר במכרסמי מעבדה 9, 10, 11. תוכניות טיפול ולכן יכול לשפר את החיות "תנאים יכולים לתרום באופן משמעותי למען בעלי חי 5.
מטרת מחקר זה היא להציג את אימון חיזוקים חיוביים עבור עכברים כתוכנית טיפול ספציפי. אימון חיזוקים חיוביים היא צורה של התניה אופרנטית שנותן החוקר אמצעי לעצב התנהגות בעלי חיים. כאשר החיה מבצעת התנהגות רצויה, הוא ואחריו גירוי חיובי (כאן, פרסי מזון). הכוונה היא כי בעל החיים המקשר את הפרס על התנהגות בהתאמה. אימון Clicker הוא סוג של אימון חיזוקים חיובי באמצעות חיזוק משני מותנה, "לחץ" קול קליקר, הוכח לחזק התנהגות ספציפית 12.
באופן ספציפי יותר, את הצליל לחץ משמש "גשר זמן" בין ההתנהגות ואת הפרס הקרוב 13. המאמן לוחץ בדיוק כאשר החיה מבצעת את הרצויהתנהגות, ללא עת לעכב 14, ולאחר מכן מציגה את גמול מזון. זה מחזק את ההתנהגות המתוגמלת, שתועלה עם בתדירות גבוהה יותר. אימון Clicker נעשה שימוש נרחב עם חיות מחמד ואת עשה את דרכה לתוך מדע בחיות מעבדה, שם יושם בהצלחה עם פרימטים לא אנושיים 13, 15, 16. כמו עכברים ללמוד די מהר כאשר קרא תיגר עם פרדיגמות התניה אופרנטית, כניסתה של חיזוק השני לא צריך למתוח יתר על המדה היכולות הקוגניטיביות שלהם 5, 17, 18, 19.
על ידי החדרת אימון קליקר על ניהול עכברים, אנו מאפשרים עכברים לחוות העשרת קוגניטיבית. העיצוב של העשרה קוגניטיבית חייב לאפשר העכברים להשתמש במיומנויות הקוגניטיביות שלהם כדי solvבעיות דואר ולהשיג שליטה על הסביבה שלהם 20, 21. מספר מחקרים עם מינים שונים להוכיח את ההשפעה החיובית של העשרה קוגניטיבית על רווחתם של בעלי חיים בשבי 22, 23, 24. שיפור היכולת של בעלי החיים כדי להתמודד עם אתגרים סביבתיים בהצלחה תורמת שלהם לרווחתה 25, 26.
בנוסף, אם החיות לחוות רמות נמוכות של מתח במהלך חייהם, הם נוטים פחות לפתח אסטרטגיות התמודדות מזיקות כאשר התעמתו עם גורמי דחק המתרחשים במחקר ביו. לפיכך, יישום עקבי של העשרת קוגניטיבי יכול לתרום המגון של 'פנוטיפים נושאים. זה יתרום עיקרון 3R של הפחתה, כפי שהוא יכול להפחית את מספר המקצועות הנדרשים27 כדי לעמוד בדרישות סטטיסטיות.
על ידי פיתוח פרוטוקול אמין כי ניתן לשלב בקלות לתוך שגרת היומיום של שמירה על עכברי מעבדה, אנו יכולים לשפר את חוויית החיים שלהם באופן משמעותי רווחה.
Protocol
Representative Results
Discussion
היישום האפקטיבי של פרוטוקול אימון קליקר עם קבוצה של 12 עכברי BALB / c המולדים של כל מין התברר מסובך. מחקרים קודמים אשרו את היעילות של אימון קליקר עם כמה מינים, ואנחנו מורחבים זה לעכברים. כמו עכברים הם יונקים שפותחה הנמוך ביותר בקרב חיות מעבדה, היכולות שלהם הם זלזלו לעתים ק?…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
This work was supported by the Translational Animal Research Center of the University Medical Center of the Johannes Gutenberg-University Mainz. The authors are most grateful to Thomas Wacker for his technical support.
Materials
| Lid for open housing | Tecniplast | GM500LID117 | |
| SealSAfe Plus top for open housing | Tecniplast | GM500400SU | |
| Type II long, filter top cages | Tecniplast | GM500PFSPC | |
| Aspen bedding material | Lab & Vet Service GmbH | H0234-300 | Environmental enrichment |
| Red polycarbonate Mouse House | Tecniplast | ACRE011 | Environmental enrichment |
| Tissue papers | Tork, SCA Hygiene Products GmbH | 290179 | Environmental enrichment |
| Food – ssniff M-H Extrudat | ssniff | V1126-000 | ad libitum |
| Target Stick with Clicker | Trixie | 2282 | |
| PVC Tube (Tunnels) | Thyssen Krupp | RTPVCU04003005 | |
| White Chocolate/ white chocolate cream | Company doesn't matter, preferable organic quality | ||
| Forceps | FineScienceTools | e.g. 11150-10 | Or any other tool to fixate chocolate |
| Prism Version 6.0 for Windows | GraphPad Software |
References
- Russell, W. M. S., Burch, R. L. . The Principles of Humane Experimental Technique. , 25-27 (1959).
- European Commission. Directive 2010/63/EU of the European Parliament and of the Council of 22 September 2010 on the protection of animals used for scientific purposes. Official Journal of the European Union. , (2010).
- Balcombe, J. P., Barnard, N. D., Sandusky, C. Laboratory routines cause animal stress. Contemporary topics in laboratory animal science / American Association for Laboratory Animal Science. 43 (6), 42-51 (2004).
- Meijer, M. K., Sommer, R., Spruijt, B. M., van Zutphen, L. F. M., Baumans, V. Influence of environmental enrichment and handling on the acute stress response in individually housed mice. Laboratory animals. 41 (2), 161-173 (2007).
- Gouveia, K., Hurst, J. L. Reducing mouse anxiety during handling: effect of experience with handling tunnels. PloS one. 8 (6), e66401 (2013).
- Meaney, M. J., Diorio, J., et al. Early environmental regulation of forebrain glucocorticoid receptor gene expression: implications for adrenocortical responses to stress. Developmental neuroscience. 18 (1-2), 49-72 (1996).
- Gärtner, K., Büttner, D., Döhler, K., Friedel, R., Lindena, J., Trautschold, I. Stress response of rats to handling and experimental procedures. Laboratory animals. 14 (3), 267-274 (1980).
- Izumi, J., Hayashi-kuwabara, Y. U., Yoshinaga, K., Tanaka, Y., Ikeda, Y. Evidence for a Depressive-like State Induced by Repeated Saline Injections in Fischer 344 Rats. Nature. 57 (4), 883-888 (1997).
- Fridgeirsdottir, G. A., Hillered, L., Clausen, F. Escalated handling of young C57BL/6 mice results in altered Morris water maze performance. Upsala journal of medical sciences. 119 (1), 1-9 (2014).
- Heredia, L., Torrente, M., Domingo, J. L., Colomina, M. T. Individual housing and handling procedures modify anxiety levels of Tg2576 mice assessed in the zero maze test. Physiology and Behavior. 107 (2), 187-191 (2012).
- Maurer, B. M., Döring, D., Scheipl, F., Küchenhoff, H., Erhard, M. H. Effects of a gentling programme on the behaviour of laboratory rats towards humans. Applied Animal Behaviour Science. 114 (3-4), 554-571 (2008).
- Skinner, B. F. How to Teach Animals. Scientific American. 185, 26-29 (1951).
- Bailey, R. E., Gillaspy, J. A. Operant psychology goes to the fair: Marian and Keller Breland in the popular press, 1947-1966. The Behavior Analyst. 28 (2), 143-159 (2005).
- McGreevy, P. D., Boakes, R. A. . Carrots and sticks: principles of animal training. , (2007).
- Gillis, T. E., Janes, A. C., Kaufman, M. J. Positive reinforcement training in squirrel monkeys using clicker training. American journal of primatology. 74 (8), 712-720 (2012).
- Schapiro, S. J., Bloomsmith, M. A., Laule, G. E. Positive reinforcement training as a technique to alter nonhuman primate behavior: quantitative assessments of effectiveness. Journal of applied animal welfare science: JAAWS. 6 (3), 175-187 (2003).
- Martin, L., Iceberg, E. Quantifying Social Motivation in Mice Using Operant Conditioning. Journal of visualized experiments : JoVE. (102), e53009 (2015).
- Sclafani, A., Ackroff, K. Operant licking for intragastric sugar infusions: Differential reinforcing actions of glucose, sucrose and fructose in mice. Physiology and Behavior. , 115-124 (2016).
- Bathellier, B., Tee, S. P., Hrovat, C., Rumpel, S. A multiplicative reinforcement learning model capturing learning dynamics and interindividual variability in mice. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 110 (49), 19950-19955 (2013).
- Clark, F. E. . Can cognitive challenge enhance the psychological well-being of large-brained mammals in zoos? [unpublished doctoral thesis]. , (1999).
- Shettleworth, S. J., et al. . Cognition, evolution, and behavior. , (2010).
- Hagen, K., Broom, D. M. Emotional reactions to learning in cattle. Applied Animal Behaviour Science. 85 (3-4), 203-213 (2004).
- Ernst, K., Puppe, B., Schön, P., Manteuffel, G. A complex automatic feeding system for pigs aimed to induce successful behavioural coping by cognitive adaptation. Applied Animal Behaviour Science. 91, 205-281 (2005).
- Puppe, B., Ernst, K., Schn, P. C., Manteuffel, G. Cognitive enrichment affects behavioural reactivity in domestic pigs. Applied Animal Behaviour Science. 105 (1-3), 75-86 (2007).
- Zebunke, M., Puppe, B., Langbein, J. Effects of cognitive enrichment on behavioural and physiological reactions of pigs. Physiology and Behavior. 118, 70-79 (2013).
- Manteuffel, G., Langbein, J., Puppe, B. Increasing farm animal welfare by positively motivated instrumental behaviour. Applied Animal Behaviour Science. 118 (3-4), 191-198 (2009).
- Bayne, K., Würbel, H. The impact of environmental enrichment on the outcome variability and scientific validity of laboratory animal studies. Science Direct. 33 (1), 273-280 (2014).
- Hurst, J. L., West, R. S. Taming anxiety in laboratory mice. Nature Methods. 7 (10), 825-826 (2010).
- Crawley, J. N. . What’s Wrong With My Mouse?. , (2007).
- Loos, M., Koopmans, B., et al. Within-strain variation in behavior differs consistently between common inbred strains of mice. Mammalian genome : official journal of the International Mammalian Genome Society. 26 (7-8), 348-354 (2015).
- Seibenhener, M. L., Wooten, M. C. Use of the Open Field Maze to Measure Locomotor and Anxiety-like Behavior in Mice. Journal of visualized experiments : JoVE. (96), e1-e6 (2015).
- Can, A., Dao, D. T., Arad, M., Terrillion, C. E., Piantadosi, S. C., Gould, T. D. The Mouse Forced Swim Test. Journal of Visualized Experiments. , 4-8 (2011).
- Clayton, L. A., Tynes, V. V. Keeping the Exotic Pet Mentally Healthy. Veterinary Clinics of North America: Exotic Animal Practice. 18 (2), 187-195 (2015).
- Ward, S. J., Melfi, V. The implications of husbandry training on zoo animal response rates. Applied Animal Behaviour Science. 147 (1-2), 179-185 (2013).
