Novel Object Exploration som en potensiell analyse for høyere orden repeterende atferd i Mus

Summary

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.

Abstract

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.

Introduction

Autisme spektrum lidelse (ASD) er en nevrologiske lidelse som består av tre kjernesymptomer: sosial verdifall, problemer med å kommunisere gjennom språk, og repeterende mønstrede atferd ^1. Siden 2000 har antall personer som har blitt diagnostisert med ASD økt fra 1 i 150-1 i 68 i span på ti år ^2. Selv om utbredelsen av sykdommen fortsetter å øke, er årsaken til sykdommen ennå ikke kjent. Det har vært en økning i arbeidet med å identifisere egnede musemodeller for kjernen og tilhørende symptomer på ASD, som disse modellene kan føre til en økt forståelse av de underliggende symptomer og årsaker til ASD. Det er flere innavlede musestammer som synes å vise atferd med ansiktet gyldighet for kjerne symptomene på ASD, inkludert repeterende atferd ^3.

Begrenset, repeterende atferd (RRBs) er en kjerne symptom på noen psykiske lidelser som ASD.RRBs kan øke med alvorlighetsgraden av lidelsen ^4, og kan drastisk forstyrre livsstilen til berørte individer. RRBs er vanligvis plassert i to kategorier, lavere-ordens repeterende atferd, som hos mennesker består av handlinger som rocking og hånd-flagrende; og høyere orden repeterende atferd, som består av streng overholdelse av rutine og motstand mot endring ^5-8.

Lavere ordrerepeterende atferd har vært mye studert hos gnagere der de manifest som motoriske stereotypier, som lett kan observeres i et laboratorium innstilling ^9. Disse atferd synes å ha god ansikt gyldighet for RRBs hos mennesker, og potensielt sterk begrepsvaliditet samt ^10. Testing for tilstedeværelse av lavere ordre RRBs kan gjennomføres gjennom video overvåking av mus aktivitet for å studere anfall og varighet av disse motor stereotypier ^11. Høyere ordrerepeterende atferd utgjør en utfordring for grunnleggende biomedisinsk resøke å utnytte gnagere, ettersom disse RRBs ikke er så lett identifiseres gjennom enkel observasjon. På grunn av vanskeligheter med å identifisere disse atferd, færre etablerte analyser for høyere ordens repeterende atferd eksisterer. Tradisjonelt har høyere orden RRBs blitt målt hos gnagere ved hjelp av en labyrint paradigme hvor forsøksdyr er opplært til å nå kompetanse i å rømme. Flukten Beliggenheten er byttet og antall forsøk som kreves for å re-lære flukten posisjon er lagret ^12. Disse analyser er ikke ideelle som de krever en lengre treningsperiode, ofte fremkalle angst, og kan resultere i svært varierende resultater. Hole-board leting har også blitt brukt til å kvantifisere høyere ordens RRBs ^13,14. Denne tilnærmingen krever ikke lengre trening, men er avhengig av mat motivasjon og / eller olfactory diskriminering. Analyser for høyere ordens RRBs som ikke er angstskapende eller krever trening ville være et fint supplement til eksisterende repertoar av hole-board Exploratio n og labyrintbaserte analyser for tiden er i bruk.

Den C58 / J (C58) innavlet musestamme sterkt eksemplifiserer høye nivåer av stereotyp atferd assosiert med ASD, nemlig repetitive, formåls motoriske stereotypier og forhøyede nivåer av selv grooming ^3,11. I tillegg er C58 mus viser RRBs gjennom høye nivåer av stell, tilbake sitter og blar og scrabbling ^11,14,16. Denne belastningen begynner å vise disse atferd tidlig i nyfødtperioden, og fortsetter å vise dem gjennom hele voksenlivet. Det ville være ideelt å kunne teste for tilstedeværelse av forhøyede høyere orden RRBs å utfylle de veldokumenterte lavere ordre RRBs stede i denne stammen samt andre musestammer. Romanen objekt leting analysen beskrevet her gir mulighet for forskere å observere lavere orden og høyere orden RRBs samtidig, da det gir muligheten til å måle mønstrede atferd samt repetitive motoriske stereotypier.

e_content "> Bruke romanen objekt utforskning som en analyse for høyere orden repeterende atferd ble utviklet av Pearson et al. ^17. Denne nye vurderingen er en utvidelse av den veletablerte åpent felttest ^18-21 med tillegg av fire nye objekter for å arenaen. mus fikk lov til å fritt undersøke disse ukjente gjenstander og antallet og rekkefølgen på objekt undersøkelser ble sporet. objekt~~POS=TRUNC undersøkelsene ble deretter analysert for tilstedeværelse av mønstre, med BTBR mus viser forhøyede antall mønstrede undersøkelser blant objektene. Ved hjelp av denne analysen, kan mus viser høyere orden repeterende og mønstrede atferd mens de eliminerer behovet for å lære atferd samt å fjerne unødvendige stimuli. Novel objekt leting induserer høyere orden RRBs, som det lar musene å lage mønstre og skjema sekvenser gjennom deres naturlige utforskning . Ved hjelp av denne analysen lar etterforsker for å kvantifisere tilstedeværelsen av disse høyere orden RRBs.

Pearson et al. utviklet denne analysen og brukte den til å teste for tilstedeværelse av potensielle høyere orden repeterende atferd i BTBR innavlet musestamme, med spennende resultater ^17. Vi har nylig publisert en oppfølgingsstudie ser på atferd av C58, C57BL / 6J (C57) og FVB / NJ (FVB) stammer, samt en mer detaljert undersøkelse av potensielle konfunderende variabler til stede i denne analysen, og mulig statistiske tilnærminger til å analysere data generert ^22.

Protocol

Protokollen er beskrevet her ble godkjent av Institutional Animal Care og bruk komité ved Universitetet i Redlands. De C58, C57, og FVB mus brukt i disse studiene ble avlet ved Universitetet i Redlands vivarium fra lager opprinnelig hentet fra Jackson Laboratory (Bar Harbor, ME). Sentinels fra denne vivarium ble undersøkt hver sjette måned og funnet å være patogen fri. 1. Utstyr og rommet satt opp Merk: Vi brukte to forskjellige arenaer for romanen objekt testing: en klar plast rektangulært bur (45 c…

Representative Results

Den representative data 22 viser at kvinnelige C58 / J-mus viste et høyere antall sekvensert mønstre enn de andre stammene i runden arena (Figur 2, panel A), men ikke i den rektangulære arena (figur 2, panel C). Ingen av de tre hann-stammer skilte seg fra hverandre (figur 2, panel B og D). De representative data viser at både mannlige og kvinnelige C58 / J mus viser en sterkere preferanse for deres mest besøkte objekt (og…

Discussion

Her presenterer vi en nyutviklet metode som kan være nyttig for å kvantifisere muse atferd med ansiktet gyldighet for høyere ordens repeterende atferd hos mennesker. I motsetning til mer etablerte analyser som Barnes eller T-labyrint, gjør denne romanen objektet leting analysen ikke krever noen muse trening er heller ikke særlig angstprovoserende. I tillegg gjør romanen objekt leting ikke krever noe mat eller sosiale stimuli, noe som åpner for mer fokus på atferd av interesse, RRBs, og redusere sannsynligheten f…

Materials

Standard Polycarbonate Rodent Cage (45 x 24 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 2×4 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