Laboratuvar Fareler için Bilişsel Zenginleştirme olarak Clicker Eğitim Tanıtımı
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
Laboratuvar fareleri için yeni arıtma stratejilerinin geliştirilmesi laboratuvar hayvanları biliminin 1 3R yerine getirilmesi (yerine, azaltılması ve arıtma) katkıda zor bir iştir. arıtma alanındaki iyileştirmeler daha fazla deneysel amaçlar için kullanılan hayvanların milyonlarca refahına katkıda bulunabilir. Bu nedenle, yoğun araştırma alanında gereklidir. Bu aynı zamanda Avrupa Birliği Direktifi 2010/63 tanımlanmış bir amacıdır. 2010/63 / AB laboratuvar hayvanlarının yaşam boyu deneyimi gelişmiş olması gerektiğini işaret ve (Madde 3.7) 2 "kuruluşlar alışkanlık ve eğitim hayvanlar için uygun programlar, prosedürler ve projenin uzunluğu kurar" söyledi.
onlar tuttu ve deneyler için yetiştirilen edilirken Laboratuvar hayvanları çok stresli durumları yaşayabilirsiniz. emek arasındaki Genellikle, etkileşimatory fareler ve sorumlu kişiler oldukça sınırlıdır. Bu nedenle, güvene dayalı bir ilişki geliştirmek olamaz. Bu hayvanlar, 3, 4, 5, 6, davranış ve fizyolojisi, ve bu yüzden, refahı, zararlı olan işleme tepki olarak artan anksiyete ve stres, ortaya çıkarabilir. Ayrıca, rutin gibi stres hormonları ya da davranış 7, 8 gibi farklı parametreler, ölçerek muayene edilebilir stres yanıtları neden olabilir genel kullanım, kısıtlama ve kan veya doku örneklemesi gibi laboratuvar prosedürleri uygulandı. Işleme programları etkin bir laboratuvar kemirgenler 9, 10, 11 araştırmacının doğru anksiyeteyi azaltabilir ortaya konmuştur. Bu nedenle hayvanların 'artırabilir Taşıma programlarkoşulları ve hayvan refahı 5 önemli ölçüde katkıda bulunabilir.
Bu çalışmanın amacı, belirli bir kullanım programı olarak fareler için pozitif takviye eğitimi tanıtmaktır. Pozitif takviye eğitim Araştırmacı hayvan davranışlarını şekillendirmek için bir araç verir edimsel koşullama şeklidir. Hayvan istenilen davranışı gerçekleştirdiğinde, (burada, bir gıda ödül) pozitif bir uyarıcı tarafından takip edilir. niyet hayvan ilgili davranış ödül bağlar olmasıdır. Clicker eğitimi, bir tıkırtı sesi "tıklama" bir klimalı ikincil güçlendiricidir kullanarak pozitif takviye eğitim şeklidir ve belirli bir davranışı 12 güçlendirmek için kanıtlanmıştır.
Daha spesifik olarak, klik sesi davranışı ve yaklaşan ödül 13 arasında bir "zaman köprü" olarak hizmet vermektedir. Hayvan istenen gerçekleştirir tam olarak ne zaman eğitmen tıklardavranış, herhangi bir zamanda olmadan 14 gecikme ve ardından gıda ödül sunar. Bu yüksek frekans ile yapılacaktır ödüllendirdi davranışı, güçlendirir. Tıkırtı eğitim yaygın pet hayvanları ile kullanılır ve başarılı insan olmayan primatlarda 13, 15, 16 ile uygulamaya konmuştur laboratuvar hayvan bilimi, içine kendi yolunu yaptı. Edimsel koşullama paradigmaları ile meydan okuduğunda fareler hızlı bir şekilde yerine öğrenmek gibi, ikinci bir pekiştirici giriş bilişsel yeteneklerini 5, 17, 18, 19 aşırı yorgunluk olmamalıdır.
Farelerin tutulması için tıkırtı eğitim tanıştırarak, bilişsel zenginleştirme yaşamaya fareler sağlar. bilişsel zenginleştirme tasarımı Solv onların bilişsel becerilerini kullanmak için fareler etkinleştirmeniz gerekire problemler ve çevre 20, 21 denetimini ele geçirmesine. Farklı türler ile çeşitli çalışmalar tutsak hayvanların 22, 23, 24 refahı bilişsel zenginleşme olumlu etkisi kanıtlanmıştır. Başarıyla çevresel sorunlarla başa çıkmak için hayvanların yeteneğini arttırmak onların 25, 26 refahı için katkıda bulunur.
hayvanlar hayatları boyunca stres düşük seviyelerde yaşarsanız ek olarak, onlar biyomedikal araştırma meydana stres ile karşı karşıya zararlı başa çıkma stratejileri geliştirmek için daha az yatkındır. Bu nedenle, bilişsel zenginleşme tutarlı bir şekilde uygulanması, deneklerin fenotipleri bir homojenleştirme katkı sağlayabilir. gerekli konularda sayısını azaltabilir gibi bu azalma 3R prensibine katkıda bulunacakİstatistiksel gereksinimlerini karşılamak için 27.
Kolayca laboratuvar fareleri tutmanın günlük rutin entegre edilebilir güvenilir bir protokol geliştirerek, büyük ölçüde refah onların yaşam boyu deneyimi artırabilir.
Protocol
Representative Results
Discussion
Her cinsten 12 BALB / c kendilenmiş fareler bir grup ile tıkırtı eğitim protokolünün etkin bir şekilde uygulanması komplikasyonsuz olduğunu kanıtladı. Önceki çalışmalar çeşitli türleri ile tıkırtı eğitimin etkinliğini doğruladı ve biz farelere bu genişletilmiş. fareler laboratuvar hayvanlarında arasında en düşük geliştirilen memeliler gibi, kendi yetenekleri genellikle göz ardı edilir. Bu nedenle, verilerin en şaşırtıcı yönü eğitim başarısı neredeyse tüm fareler ile sağla…
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).
