XI Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2019

1. Введение

Поведенческое фенотипирование – процедура комплексной оценки поведенческих характеристик лабораторных животных. Она помогает выявить различные отклонения в функционировании центральной нервной системы у трансгенных и нокаутных генотипов, начиная с моторно-двигательных реакций и заканчивая особенностями эмоционально-психической сферы. Также совокупность данных методов используется при тестировании различных лекарственных препаратов на лабораторных животных, а также при оценке их безопасности [1]. Разделение поведения на моторные и сенсорные, эмоциональные, социальные и «интеллектуальные» компоненты является во многом условным, но необходимым для дифференцировки их друг от друга. Реально эти поведенческие паттерны представляют пересекающиеся множества, где в каждом присутствуют компоненты всех остальных. В эксперименте предварительное тестирование моторных и сенсорных функций позволяет избежать фальшивых положительных и отрицательных результатов при предъявлении более сложных поведенческих задач, например, с обучением, при котором используются сенсорные стимулы и в ходе выполнения участвует моторика. Все эти тесты преследуют единую цель всесторонней проверки функционирования нервной системы. Разные лаборатории используют вариативные наборы поведенческих тестов.

Цели: осветить, описать, изучить и классифицировать имеющиеся методы поведенческого фенотипирования, их особенности, а также специализированное оборудование, применяемое в каждом из них.

Актуальность: данный обзор поможет молодым исследователям правильно подобрать методы для того или иного эксперимента, корректно применить их и может стать опорой для адекватного анализа результатов различных исследований на животных.

2. Методы исследования поведенческих реакций, требования к модели поведения

Исследование поведенческих реакций осуществляется при помощи группы методов, как правило инструментальных:

Методы оценки индивидуальной (моторной) активности

Методы оценки сенсорных функций

Методы оценки эмоционального поведения

Методы оценки когнитивных функций

Методы исследования социального поведения

Существует несколько принципов выбора экспериментальной модели поведения. Первый принцип - чувствительность к проводимым манипуляциям. Это подразумевает наличие четких поведенческих изменений в ответ на действие внешних или внутренних факторов. Вторым, не менее важным принципом, является валидность. Это обоснованность и пригодность выбранной модели для адекватного моделирования соответствующей патологии [2].

Также важными критериями выбора модели являются ее релевантность и надежность. Релевантность – это соответствие и сходство воздействия и поведенческой реакции животного таковым в естественных условиях; надежность – повторяемость результатов у разных экспериментаторов при разных условиях. В современном мире одним из обязательных критериев выбора тест-модели поведения является этичность. Этичность касается как выбора теста, так и выбора модельного объекта – животного.

Процедура тестирования поведенческой модели подразумевает подготовительный этап и непосредственно тестирование. Не менее чем за 1 час до проведения эксперимента животных следует поместить в тихое и слабоосвещенное помещение. При этом исключаются перегруппировка животных, кормление, и активные манипуляции с ними, при этом необходимо учитывать общее состояние животных [3, 4, 5].

3. Тесты и аппаратура для фиксации результатов тестирования

Регистрирующее оборудование. Эта категория оборудования включает в себя приборы для ручной и автоматической фиксации поведенческих реакций. К таковым относятся аналоговые и цифровые приборы, снабженные различными датчиками, позволяющими зафиксировать поведенческий акт, а также тесты, снабженные системами автоматической фиксации.

Оборудование для видеотрекинга. Системы видеотрекинга представляют собой системы цифровой фиксации поведенческих реакций животных. Они позволяют регистрировать активность исследуемых животных, траектории их движения, поведенческие акты и другие параметры [6].

Инфракрасный монитор активности. Представляет собой двухмерную квадратную раму и систему инфракрасных лучей для детектирования движений животного.

Для проведения тестов используется различное оборудование, побуждающее животное к тому или иному поведенческому акту, который в свою очередь регистрируется при помощи приведенного выше оборудования или снабженное собственной системой автоматической фиксации. К таковому относится оборудование, позволяющее оценить координацию, моторную активность, способность к обучению, память, а также провести оценку эмоционального поведения животных.

Тесты оценки сенсорных функций. В таковых используются приборы для регистрации слуховых, зрительных, обонятельных и болевых реакций. Измерение подёргиваний хвостом: хвост животного подвергается воздействию источника тепла, животное подергивает хвостом, ощущая дискомфорт. Время от начала стимуляции до ответной реакции измеряется автоматически.

Тест «горячая пластина»: тест оценивает болевой рефлекс при контакте подушечек лап с горячей поверхностью, время до отдергивания конечности фиксируется. Давление на конечность, тест Рэндэлла и Селитто: тест для определения порога болевой чувствительности посредством равномерно увеличивающегося давления на лапу животного. Тест инвалидности: тест для изучения болевой чувствительности у грызунов в отсутствие внешнего болевого стимула. Основан на регистрации спонтанных изменений положения тела животного (рис. 1).

Рис. 1. Тест инвалидности компании PanLab

Тесты для оценки координации и моторной функции.

Открытое поле. Установка представляет открытую арену, дно которой размечено равными квадратами (Рис. 2). В центр помещается животное. Тест основан на регистрирации количества пересеченных квадратов разметки в течение определенного промежутка времени. Данный метод позволяет оценивать моторную активность, координацию и исследовательскую активность. Данный тест используется в совокупности с системами видеофиксации [7].

Рис. 2. Тест открытое поле

Ротарод. Животные помещаются на вращающийся валик, скорость вращения и ускорение которого контролируются экспериментатором (Рис. 3.) Время удержания животного на валике фиксируется автоматически.

Рис. 3. Ротарод.

Ротометр. На изучаемое животное надевают упряжку, которая подсоединяется к датчику вращения при помощи эластичной ленты. Животное помещается в прозрачный контейнер, после чего ротамер записывает число частичных и полных поворотов по направлению часовой и против часовой стрелки во время исследования животным его окружения [8].

Прибор измерения силы хватки. Животное держат за хвост и позволяют ухватиться за рамку прибора, который затем регистрирует максимальную силу хватки, развиваемую животным (рис. 4).

Рис. 4. Прибор измерения силы хватки.

Беговая дорожка. Представляет собой ленту, движущуюся с задаваемой скоростью и наклоном. Животные принуждаются к бегу с помощью ударов электрического тока, осуществляемых при помощи электрода, расположенного в конце дорожки.

Беговое колесо. Устройство для оценки добровольной двигательной активности грызунов. Представляет собой колесо, которое устанавливается в клетку, может быть снабжено датчиками для фиксации времени, скорости и других параметров вращения колеса [3].

Тесты для оценки обучения, памяти и внимания

Ящик для изучения реакции пассивного избегания. Оценка реакции пассивного избегания является способом изучения памяти грызунов. Ящик состоит из большого ярко освещенного отделения белого цвета и небольшого слабо освещенного отделения черного цвета, вход в которое сопровождается слабым ударом тока [4].

Челночный ящик. Используется дли изучения активных и пассивных реакций избегания. Состоит из двух отделений одинакого размера и оборудован генераторами звуковых и зрительных раздражителей. Положение животного регистируются автоматически для определения числа перемещений между отделениями [9].

Радиальный лабиринт. Восьмилучевой радиальный лабиринт используется для изучения пространственной и непространственной памяти, ассоциированной с различными типами мотивации.

Устройство для самостимуляции. Модульная конструкция для проведения экспериментов, связанных с поощрением и зависимостью.

Ящик для изучения места предпочтения. Ящик состоит из двух соединенных коридором отделений, различающихся рисунком на стенах, текстурой пола и размером. Время, проведенное в каждом из отделений, фиксируется автоматически.

Тесты для оценки эмоциональной активности

Черно-белый ящик. Тест основан на предпочтительном нахождении животного в одном из отделений ящика: небольшом слабо освещенном отделении черного цвета или ярко освещенном большом отделении белого цвета [3].

Приподнятый крестообразный лабиринт. Данный тест представляет собой 2 открытые и 2 закрытые дорожки, крестообразно сочлененные и приподнятые над уровнем пола. Тест основан на конфликте между страхом открытого пространства и стремлением исследовать незнакомое окружение [9].

Конфликтная ситуация по Вогелю. Используется для оценки степени тревожности грызунов. В этом тесте попытка пить предварительно лишенного воды животного сопровождается ударом электрического тока. При этом измеряется число попыток пить и число ударов тока.

Принудительное плавание. Животные помещаются в цилиндрические емкости с водой, из которых они не в состоянии выбраться. Время, в течение которого животное неподвижно зависает в воде, т.е. проявляет симптомы депрессии, фиксируется видеосистемой [6].

Подвешивание за хвост. Животное подвешивается за хвост, после чего с помощью датчиков-преобразователей усилия регистрируется сила, энергия и мощность движений мыши, пытающейся избежать подвешивания.

4. Заключение

Таким образом, были приведены и классифицированы имеющиеся методы поведенческого фенотипирования, освещены основные требования к моделям поведения, описаны тесты и аппаратура для фиксации результатов тестирования для каждого из приведенных методов.

Список литературы

Букатин М.В., Бугаева Л.И., Кузубова Е.А., Спасов А.А. Влияние эноксифола на поведенческую активность крыс-самцов // Вестник Волгоградского государственного медицинского университета. 2012. № 1 (41). С. 93-95.

Сендрякова В.Н., Кокаева И.К., Трохов К.А., Букатин М.В. Проблемы моделирования гнойной раны у крыс // Успехи современного естествознания. 2013. № 8. С. 38.

Амикишиева А. В. Поведенческое фенотипирование: современные методы и оборудование //Вестник ВОГиС. – 2009. – Т. 13. – №. 3. – С. 529-542.

Каркищенко В. Н. и др. Методики изучения физиологических функций лабораторных животных для доклинических исследований в спортивной медицине //Биомедицина. – 2012. – №. 4.

Bukatin M.V., Ovchinnikova O.Y., Krivitskaya A.N., Chernikov M.V., Samburov A.V., Sendrjakova V.N. Technique of the integral estimation the general condition of laboratory animals in medical and biologic experiments // Международныйжурналэкспериментальногообразования. 2010. № 6. С. 40.

Конушин А. C. и др. Система видеонаблюдения за поведением лабораторных животных с автоматической сегментацией на поведенческие акты //Труды конференции Graphicon-2008. – 2008. – С. 199-205.

Пермяков А. А. и др. Поведенческие реакции у экспериментальных животных с различной прогностической устойчивостью к стрессу в тесте «открытое поле» //Вестник Удмуртского университета. Серия «Биология. Науки о Земле». – 2013. – №. 3.

Etemadzadeh E., Koskinen L., Kaakkola S. Computerized rotometer apparatus for recording circling behavior //Methods and findings in experimental and clinical pharmacology. – 1989. – Т. 11. – №. 6. – С. 399-407.

Самотруева М. А., Теплый Д. Л., Тюренков И. Н. Экспериментальные модели поведения //Естественные науки. – 2009. – Т. 27. – №. 2. – С. 140-152.

Код для цитирования: Скопировать