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技術(shù)干貨 | 詳解嚙齒動(dòng)物自閉癥行為的建模和評(píng)估方法

      自閉癥,又稱孤獨(dú)癥、孤獨(dú)性障礙(autistic disorder)等,是廣泛性發(fā)育障礙(pervasive developmental disorder,PDD)代表性ji病,主要特征是:行為重復(fù)刻板、社交障礙、漠視情感、焦慮抑郁、語言發(fā)育遲緩等。自閉癥嚴(yán)重影響人類生命和健康,ji病致殘率高,社會(huì)負(fù)擔(dān)重。隨著對(duì)自閉癥譜系障礙遺傳和環(huán)境影響因素的深入了解,更多動(dòng)物模型的有效使用促進(jìn)了自閉癥的基礎(chǔ)研究。

      為了讓科學(xué)家從動(dòng)物研究中獲得轉(zhuǎn)化價(jià)值,我們首先需要在嚙齒動(dòng)物中建立適當(dāng)?shù)男袨橄嚓P(guān)性和分析。在本節(jié)中,我們將了解一些用于ASD行為研究的行為相關(guān)因素和檢測方法。

1、社會(huì)互動(dòng)分析
2、通訊檢測
3、重復(fù)性行為檢測

社會(huì)互動(dòng)分析

與人類一樣,嚙齒動(dòng)物是社會(huì)性動(dòng)物,它們表現(xiàn)出許多社會(huì)行為,例如互惠互動(dòng)、育兒、玩耍和攻擊性行為。因此,設(shè)計(jì)了許多嚙齒動(dòng)物行為檢測以zui大限度地提高與 ASD 患者社會(huì)缺陷的相關(guān)性。

互惠社會(huì)互動(dòng)

當(dāng)老鼠被放在一個(gè)狹窄的空間里時(shí),它們會(huì)在成對(duì)或群體之間進(jìn)行互惠的社交互動(dòng)。這些相互作用可以通過以下形式進(jìn)行評(píng)估:

  • 鼻對(duì)鼻嗅,鼻對(duì)**生殖器嗅

  • 在彼此上下爬行

  • 互相推搡

  • 追逐

  • 正面接近和跟隨

  • 摔跤

為了評(píng)估小鼠是否表現(xiàn)出類似自閉癥的社交互動(dòng)缺陷,通常使用自動(dòng)視頻跟蹤系統(tǒng)來對(duì)互動(dòng)的數(shù)量和持續(xù)時(shí)間進(jìn)行評(píng)分。

社會(huì)方法

       社交能力通常用小鼠的 3 室社交方法(或社交室)進(jìn)行測試。該裝置由一個(gè)中央空間和兩個(gè)腔室組成。其中一個(gè)房間在金屬絲杯內(nèi)裝有一只陌生的老鼠,而另一個(gè)房間則裝有一個(gè)新物體。

       社交能力被定義為活動(dòng)老鼠在包含另一只老鼠的房間中花費(fèi)的時(shí)間,而不是在包含新對(duì)象的房間中的時(shí)間。一個(gè)健康的被測鼠應(yīng)該更喜歡花時(shí)間與另一只老鼠而不是非社交對(duì)象接觸。


分區(qū)測試

      分區(qū)任務(wù)是另一種評(píng)估小鼠社交能力的簡單方法。它使用由穿孔隔板分隔的標(biāo)準(zhǔn)籠子將對(duì)象小鼠與籠子伙伴分開。被測老鼠可以接收來自籠子伴侶的視覺、聽覺和嗅覺刺激,但物理交互被阻止。在隔斷附近花費(fèi)的時(shí)間是衡量社會(huì)興趣的一種方式,這在 ASD 患者中通常會(huì)減少。

社會(huì)偏好測試

        由于嚙齒動(dòng)物是社交和尋求新奇的生物,因此當(dāng)有兩個(gè)合作伙伴選擇時(shí),主題老鼠應(yīng)該表現(xiàn)出社會(huì)認(rèn)可,并比熟悉的嚙齒動(dòng)物花更多的時(shí)間與更新穎(不太熟悉)的嚙齒動(dòng)物相處。用于社會(huì)偏好任務(wù)的設(shè)備包括三室設(shè)備、分區(qū)測試設(shè)備和Y-迷宮。嚙齒動(dòng)物的社交程度是根據(jù)它與更新穎的老鼠相處的時(shí)間來評(píng)分的。



食物偏好的社會(huì)傳遞

      與吃過新食物的籠友互動(dòng)可以使主題老鼠熟悉氣味。因此,與不太熟悉的食物類型相比,主題老鼠應(yīng)該吃更多的這種食物。由于熟悉是通過密切的身體接觸獲得的,它反映了主題鼠的社交互動(dòng)能力。因此,食物偏好的社會(huì)傳播是評(píng)估小鼠模型社會(huì)障礙的另一種方式。

通訊檢測

      溝通障礙是自閉癥的另一個(gè)標(biāo)志。建模交流更成問題,因?yàn)槿祟愔饕ㄟ^語音進(jìn)行交流,而嚙齒動(dòng)物通過嗅覺信息素進(jìn)行交流。嚙齒動(dòng)物還會(huì)發(fā)出超聲波范圍內(nèi)的聲音,這被認(rèn)為有助于交流。因此,交流范式測試通常包括對(duì)嚙齒動(dòng)物發(fā)出的嗅覺或聽覺線索以及它們對(duì)接收此類線索的反應(yīng)進(jìn)行評(píng)分。

泌尿信息素

      小鼠對(duì)來自其他小鼠的尿液氣味表現(xiàn)出高度的興趣。它們還留下尿信息素作為領(lǐng)地標(biāo)記。計(jì)算氣味標(biāo)記的數(shù)量、嗅探次數(shù)和接近嗅覺線索的持續(xù)時(shí)間是對(duì)嗅覺交流進(jìn)行評(píng)分的方法。

超聲波發(fā)聲

      復(fù)雜的超聲波發(fā)聲是由老鼠在不同的社交場合發(fā)出的,敏感的超聲波麥克風(fēng)、耳機(jī)和**軟件都可以接收到。已發(fā)現(xiàn)幼鼠使用超聲波發(fā)聲來尋找它們的母親。這種類型的交流可能在嚙齒動(dòng)物的幼年和母體行為中起著更重要的作用。在 ASD 模型(如Shank1基因敲除小鼠和BTBR 近交雄性)中觀察到超聲波發(fā)聲的顯著干擾。

重復(fù)行為檢測

      ASD 診斷的第er個(gè)標(biāo)準(zhǔn)包括存在運(yùn)動(dòng)刻板印象和重復(fù)行為。老鼠通常以重復(fù)盤旋、跳躍和梳理毛發(fā)的形式,以及對(duì)開闊場地的限制性探索。刻板印象的評(píng)分主要由調(diào)查員觀察錄像的小鼠行為并記錄重復(fù)行為的持續(xù)時(shí)間來完成。

重復(fù)的自我修飾和大理石埋葬

       重復(fù)自我修飾和埋在老鼠身上的大理石是刻板印象的具體例子,可以模擬特定的 ASD 人類行為,例如在 ASD 患者中組裝相同的謎題或重復(fù)玩一個(gè)游戲。這些重復(fù)行為已在廣泛的 ASD 模型中觀察到,證明了對(duì)小鼠 ASD 的這種特征行為進(jìn)行建模的表面有效性(平行表型)。

刻板動(dòng)作行為,包括嚙咬(用牙齒咬籠子,嚼木屑,無目的咀嚼)、將前爪舉到嘴邊或面部、舔(不包括理毛)、理毛行為、搖頭、搖動(dòng)爪子、用后腿站立及階段性的發(fā)聲,將所觀察到的各項(xiàng)動(dòng)作行為計(jì)數(shù)及其總和作為評(píng)估刻板運(yùn)動(dòng)的指標(biāo)。

實(shí)驗(yàn)時(shí)可使用行為學(xué)視頻追蹤系統(tǒng),實(shí)時(shí)記錄動(dòng)物相關(guān)行為。

認(rèn)知僵化

      經(jīng)常伴隨重復(fù)行為的 ASD 的另一個(gè)癥狀是認(rèn)知僵化。它被定義為當(dāng)行為對(duì)實(shí)現(xiàn)目標(biāo)無效時(shí)無法改變行為。通常,當(dāng)人們或嚙齒動(dòng)物處于需要改變解決問題的方法的新環(huán)境中時(shí),他們在認(rèn)知上是靈活的。

       在小鼠中,可以使用經(jīng)典測試(如T-Maze和Morris Water Maze)評(píng)估認(rèn)知功能。但在研究 ASD 時(shí),會(huì)測試動(dòng)物在迷宮中的反向?qū)W習(xí)能力,作為認(rèn)知僵化的指標(biāo)。例子是:

  • 在 T 迷宮的另一側(cè)找到食物獎(jiǎng)勵(lì),從那里它第yi次學(xué)會(huì)找到獎(jiǎng)勵(lì)

  • 在Morris水迷宮中重新安置隱藏的逃生平臺(tái)

ASD 小鼠模型通常能夠進(jìn)行初始學(xué)習(xí),但由于高度認(rèn)知僵化而無法逆轉(zhuǎn)。

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