Summary

إدخال الفرس التدريب باعتباره إثراء المعرفي للمختبر الفئران

Published: March 06, 2017
doi:

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

وضع استراتيجيات التحسين جديدة للفئران المختبر هي مهمة صعبة أن يساهم في الوفاء 3RS (استبدال، والحد، والصقل) للعلم الحيوان مختبر 1. يمكن إدخال تحسينات في مجال صقل يساهم في تعزيز رفاه الملايين من الحيوانات التي تستخدم لأغراض تجريبية. لذلك، لا بد من البحث المكثف في هذا المجال. وهذا هو أيضا هدف محدد من التوجيه 2010/63 للاتحاد الأوروبي. يشير التوجيه 2010/63 / الاتحاد الأوروبي إلى أن تجربة حياة الحيوانات المختبرية لابد من تعزيز وأن "المؤسسات يجب اقامة برامج التعود والتدريب المناسبة للحيوانات، والإجراءات وطول المشروع" (المادة 3.7) 2.

يمكن للحيوانات المختبر تجربة العديد من المواقف العصيبة في حين يتم الاحتفاظ بها وتربيتها لإجراء التجارب. عادة، والتفاعل بين العملالفئران atory والأشخاص المسؤولين محدودة نوعا ما. ولذلك، فإن علاقة ثقة لا يمكن أن تتطور. وهذا يمكن أن تثير زيادة القلق والتوتر في رد فعل على التعامل معها، وهو ما يضر إلى سلوك وعلم وظائف الأعضاء، وبالتالي، رفاه، من الحيوانات 3 و 4 و 5 و 6. وعلاوة على ذلك، تمارس بشكل روتيني الإجراءات المخبرية مثل مناولة العامة، وضبط النفس، والدم أو أخذ عينات الأنسجة يمكن أن يسبب استجابات التوتر، والتي يمكن دراستها عن طريق قياس معايير مختلفة، مثل هرمونات التوتر أو سلوك 7 و 8. ولقد ثبت أن التعامل مع برامج يمكن أن تقلل بشكل فعال في القلق تجاه المحقق في القوارض مختبر 9 و 10 و 11. برامج التعامل مع بالتالي يمكن تحسين الحيواناتالشروط ويمكن أن يسهم بشكل كبير في رفاهية الحيوان 5.

الهدف من هذه الدراسة هو تقديم التدريب التعزيز الإيجابي للفئران كبرنامج معالجة محددة. التدريب التعزيز الإيجابي هو شكل من أشكال تكييف هواء فعال الذي يعطي للمحقق وسيلة لتشكيل السلوك الحيواني. عندما يقوم الحيوان سلوك المطلوب، وتبع ذلك حافزا إيجابيا (هنا، مكافأة الغذاء). والقصد من ذلك هو أن هذا الحيوان يربط مكافأة لسلوك كل منهما. الفرس التدريب هو شكل من أشكال التدريب التعزيز الإيجابي باستخدام معزز ثانوي مكيفة، و "فوق" صوت الفرس، وثبت لتعزيز سلوك معين 12.

وبشكل أكثر تحديدا، فإن الصوت فوق بمثابة "جسر الوقت" بين السلوك ومكافأة القادمة 13. المدرب ينقر على وجه التحديد عندما يقوم الحيوان المطلوبالسلوك، دون أي تأخير الوقت 14 سنة، وبعد ذلك يعرض مكافأة الغذاء. هذا يقوي السلوك مكافأة، والتي سوف يتم تنفيذها مع ارتفاع وتيرة. يستخدم الفرس التدريب على نطاق واسع مع الحيوانات الأليفة، وجعلت طريقها إلى علم الحيوان المختبر، حيث كان قد تم تنفيذه بنجاح مع الرئيسات من غير البشر 13 و 15 و 16. كما الفئران تتعلم بدلا بسرعة عندما تحدى مع نماذج تكييف هواء فعال، يجب إدخال معزز الثاني لا إرهاق قدراتهم المعرفية 17، 18، 19.

من خلال تقديم التدريب الفرس لحفظ الفئران، ونحن تمكين الفئران لتجربة تخصيب المعرفي. تصميم تخصيب المعرفي يجب تمكين الفئران لاستخدام مهاراتهم المعرفية لSOLVمشاكل البريد والتحكم بيئتهم 20 و 21. العديد من الدراسات مع أنواع مختلفة تثبت التأثير الإيجابي لتخصيب المعرفي على رعاية الحيوانات في الأسر 22، 23، 24. تعزيز قدرة الحيوانات على التعامل بنجاح مع التحديات البيئية يسهم في رفاهيتهم 25 و 26.

وبالإضافة إلى ذلك، إذا كانت الحيوانات تعاني من مستويات منخفضة من الإجهاد خلال حياتهم، هم أقل عرضة لتطوير استراتيجيات المواجهة ضارة عندما واجه الضغوطات التي تحدث في البحوث الطبية الحيوية. وهكذا، فإن التنفيذ المتسق لتخصيب المعرفي يمكن أن تساهم في تجانس الظواهر المواضيع '. وسوف يسهم ذلك مبدأ 3R الحد، لأنها يمكن أن تقلل من عدد من المواد المطلوبةلتلبية المتطلبات الإحصائية 27.

عن طريق وضع بروتوكول يمكن الاعتماد عليها والتي يمكن دمجها بسهولة في الروتين اليومي للحفظ الفئران المختبرية، ونحن يمكن أن تحسن إلى حد كبير تجربة حياتهم للرفاهية.

Protocol

الأخلاق بيان: إن التعامل مع الفئران والإجراءات التجريبية أجريت وفقا الأوروبي، وطنية، والمبادئ التوجيهية المؤسسية لرعاية الحيوانات. ملاحظة: يتضمن البروتوكول خمسة أيام من التدخلات (من الاثنين إلى الجمعة)، مع فواصل في عطلة نهاية الأسبوع (السبت والأحد). ب…

Representative Results

كان أول وأيضا واحدة من أهم الخطوات لتحديد مكافأة الغذائية المناسبة. لذلك، عرضت الفئران أنواع مختلفة من المكسرات، محلول السكر، المربى، وأنواع مختلفة من الشوكولاته في طبق بيتري (الشكل 1). في تجربتنا، أظهرت الفئران تفضيل واضح للالشوكولاته ال?…

Discussion

أثبت تنفيذ الفعال لبروتوكول التدريب الفرس مع لفيف من 12 BALB / ج الفئران الفطرية من كل جنس أن تكون غير معقدة. وقد أكدت الدراسات السابقة فعالية التدريب الفرس مع العديد من الأنواع، ومددنا هذه الفئران. كما الفئران هي الثدييات أقل البلدان نموا حيوانات المختبر، وغالبا ما يتم …

Disclosures

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

  1. Russell, W. M. S., Burch, R. L. . The Principles of Humane Experimental Technique. , 25-27 (1959).
  2. 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).
  3. 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).
  4. 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).
  5. Gouveia, K., Hurst, J. L. Reducing mouse anxiety during handling: effect of experience with handling tunnels. PloS one. 8 (6), e66401 (2013).
  6. 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).
  7. 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).
  8. 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).
  9. 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).
  10. 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).
  11. 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).
  12. Skinner, B. F. How to Teach Animals. Scientific American. 185, 26-29 (1951).
  13. 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).
  14. McGreevy, P. D., Boakes, R. A. . Carrots and sticks: principles of animal training. , (2007).
  15. 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).
  16. 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).
  17. Martin, L., Iceberg, E. Quantifying Social Motivation in Mice Using Operant Conditioning. Journal of visualized experiments : JoVE. (102), e53009 (2015).
  18. 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).
  19. 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).
  20. Clark, F. E. . Can cognitive challenge enhance the psychological well-being of large-brained mammals in zoos? [unpublished doctoral thesis]. , (1999).
  21. Shettleworth, S. J., et al. . Cognition, evolution, and behavior. , (2010).
  22. Hagen, K., Broom, D. M. Emotional reactions to learning in cattle. Applied Animal Behaviour Science. 85 (3-4), 203-213 (2004).
  23. 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).
  24. 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).
  25. Zebunke, M., Puppe, B., Langbein, J. Effects of cognitive enrichment on behavioural and physiological reactions of pigs. Physiology and Behavior. 118, 70-79 (2013).
  26. 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).
  27. 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).
  28. Hurst, J. L., West, R. S. Taming anxiety in laboratory mice. Nature Methods. 7 (10), 825-826 (2010).
  29. Crawley, J. N. . What’s Wrong With My Mouse?. , (2007).
  30. 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).
  31. 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).
  32. 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).
  33. 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).
  34. 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).

Play Video

Cite This Article
Leidinger, C., Herrmann, F., Thöne-Reineke, C., Baumgart, N., Baumgart, J. Introducing Clicker Training as a Cognitive Enrichment for Laboratory Mice. J. Vis. Exp. (121), e55415, doi:10.3791/55415 (2017).

View Video