ЖУРНАЛ ВЫСШЕЙ НЕРВНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ, 2012, том 62, № 4, с. 485-496
ФИЗИОЛОГИЯ ПОВЕДЕНИЯ; ^^^^^^^^^^^^ ОБУЧЕНИЕ И ПАМЯТЬ
УДК 612.821.6
АНАЛИЗ ПОВЕДЕНИЯ МЫШЕЙ ЛИНИИ C57BL/6 В АРЕНАХ "ОТКРЫТОГО ПОЛЯ" РАЗНОГО РАЗМЕРА
© 2012 г. И. В. Лебедев, М. Г. Плескачева, К. В. Анохин
Кафедра высшей нервной деятельности Московского государственного университета им. М.В. Ломоносова, Курчатовский Нанобиоинфокогно-центр, Национальный исследовательский центр "Курчатовский
институт",
Институт нормальной физиологии им. П.К. Анохина РАМН, Москва, e-mail: pleskacheva@mail.bio.msu.ru Поступила в редакцию 14.12.2011 г. Принята в печать 29.02.2012 г.
Характеристики используемой установки влияют на поведение грызунов в "открытом поле", однако не все эффекты такого рода описаны достаточно полно. Так, данные о влиянии размеров арены на поведение животных немногочисленны и противоречивы. C помощью современных инструментов (система видеотрекинга Noldus EthoVision, программы WinTrack и Segment Analyzer) анализировали особенности поведения мышей C57BL/6 в аренах разного размера, диаметром 35 см (число животных n = 9), 75 (n = 10), 150 (n = 10) и 220 (n = 10). Показано, что в аренах большего размера мыши проходят большие расстояния с большей скоростью, увеличивается количество стоек. Горизонтальная и вертикальная активность возрастает непропорционально росту площади арен. Показано, что размер исследуемого пространства влияет на сегментные характеристики маршрута. Комплексный анализ выявил, что структура пространственного поведения мышей в небольших аренах (диаметром 35 и 75 см) принципиально отличается от таковой в аренах большего размера (диаметром 150 и 220 см). Площадь их открытой области велика и, по-видимому, требуется иная по сравнению с малыми аренами организация пространственного поведения, учитывающая "неоднородности" по биологической значимости разных частей пространства.
Ключевые слова: "открытое поле", пространственное поведение, исследовательская активность, сегментация, мыши C57BL/6.
C57BL/6 Mice Open Field Behaviour Qualitatively Depends on Arena Size
I. V. Lebedev, M. G. Pleskacheva, K. V. Anokhin
Department of Neurobiology, Lomonosov Moscow State University, Kurchatov Centre of Converging of Nano-, Bio-, Information and Cognitive Sciences and Technologies, P.K. Anokhin Institute of Normal Physiology, Russian Academy of Medical Sciences, Moscow,
e-mail: pleskacheva@mail.bio.msu.ru
Open field behavior is well known to depend on physical characteristics of the apparatus. However many of such effects are poorly described especially with using of modern methods of behavioral registration and analysis. The previous results of experiments on the effect of arena size on behavior are not numerous and contradictory. We compared the behavioral scores of four groups of C57BL/6 mice in round open field arenas of four different sizes (diameter 35, 75, 150 and 220 cm). The behavior was registered and analyzed using Noldus EthoVision, WinTrack and SegmentAnalyzer software. A significant effect of arena size was found. Traveled distance and velocity increased, but not in proportion to increase of arena size. Moreover a significant effect on segment characteristics of the trajectory was revealed. Detailed behavior analysis revealed drastic differences in trajectory structure and number of rears between smaller (35 and 75 cm) and bigger (150 and 220 cm) arenas. We conclude, that the character of exploration in smaller and bigger arenas depends on relative size of central open zone in arena. Apparently its extension increases the motivational heterogeneity of space, that requires another than in smaller arenas, strategy of exploration.
Keywords: open field, spatial behavior, exploratory behavior, trajectory segmentation, C57BL/6.
Проблема влияния на поведение животных различных параметров теста "открытое поле" (ОП) [17] в течение длительного времени привлекала к себе внимание исследователей. Известны многочисленные работы (см. обзоры [5, 6, 29]), показывающие, насколько сильно зависит поведение животных от характеристик установки (размер, форма и высота стенок арены, освещенность и др.). Это, несомненно, затрудняет сравнение данных, полученных разными авторами на разных установках. Кроме того, современные исследователи, располагающие инструментарием для автоматической регистрации траектории и ее детального анализа, сталкиваются с отсутствием материала для трактовки собственных данных и сопоставления их с фактами, полученными другими авторами в прошлом веке, когда техническое оснащение большинства лабораторий не позволяло проводить детальный анализ поведения. Получение новых данных о влиянии характеристик арены ОП на поведение животных с привлечением современных средств регистрации и анализа представляется нам актуальной и важной задачей.
Одним из параметров, влияющих на поведение животных в ОП, является размер арены [29]. Влияние этого фактора на поведение грызунов в ОП изучалось на крысах [8, 22], песчанках [25] и мышах [7, 21, 24]. При увеличении размера арены у животных увеличивалась подвижность, оцениваемая по числу пересекаемых ими квадратов ОП. Мы обнаружили всего две современные работы, в которых сравнивали активность животных в аренах разного размера [15, 16]. Обе выполнены на редко используемой в экспериментах полевке Гюнтера (ШегоШз guenthery, по устаревшей номенклатуре, используемой авторами — МгегоШз эомаШ guenthery). В отличие от предыдущих работ показано, что у полевок не увеличивается подвижность в аренах больших размеров (2 х 2 м и 2.6 х 4 м) по сравнению с малыми (1 х 1 м и меньше).
Мы выбрали в качестве объекта исследования мышей линии С57БЬ/6, которых часто используют в различных экспериментах (см., например, обзор [11]).
В экспериментах Д. Эйлама [15, 16] поле, в которое помещали полевок, не было огорожено занавесом. Стенки малого поля полностью закрывали вид комнаты, тогда как в большом они позволяли видеть ее обстановку. Таким образом, в аренах разного размера
животным была доступна и разная зрительная информация. Мы же использовали арены, окруженные шатром из черной ткани. Высоту их стенок подобрали так, чтобы шатер был одинаково виден из всех арен, т.е. в нашем эксперименте арены различались только по размеру.
Применяемый в современных работах метод видеотрекинга позволяет проанализировать показатели, которые трудно или невозможно оценить без регистрации трека — маршрута, пройденного животным: точные значения длины пути, скорости, активность в разных частях арены и др. Однако применение дополнительных методов анализа является скорее исключением, чем правилом. Так, редко используется и метод сегментации, хотя принцип разделения траектории на отдельные фрагменты с получением характеристик каждого из них положен в основу ряда подходов к ее обработке [9, 18, 30]. Метод выделения "сегментов" траектории (побежек, отделенных друг от друга остановками) разработан для детального анализа исследовательского поведения грызунов: крыс [12], мышей [14] и полевок [15]. Согласно установленному алгоритму выделенные сегменты классифицируются на несколько типов по их скоростным характеристикам. Такой подход позволяет перейти от усредненных показателей трека животного к анализу участков пути, имеющих, по предположению авторов, разный этологический смысл. Подобный метод сегментации трека был впоследствии использован при создании программы Segment Analyzer (© Т.В. Мухина, К.В. Анохин, 2002). Опубликованных работ, выполненных с использованием этой программы, немного [1, 10]. Показаны специфические изменения в структуре исследовательского поведения мышей в зависимости от сроков пренатального воздействия на закладку коры [1]. Мы применили Segment Analyzer для анализа треков мышей, тестируемых в аренах разного размера, но по причинам, описанным ниже, использовали другой алгоритм классификации полученных сегментов.
Таким образом, цель настоящего исследования — оценить характеристики траекторий передвижения и другие показатели поведения мышей C57BL/6 в аренах разного размера с помощью системы видеотрекинга и методов сегментации.
МЕТОДИКА
В эксперименте использовали 39 самцов мышей (возраст 3—4 мес.) линии C57BL/6 (питомник "Столбовая"). Животных кормили ad libitum стандартным комбикормом с добавлением овощей. Мыши были распределены на четыре группы, каждую из которых тестировали в арене определенного размера: "гр. 35" (число животных n = 9, диаметр D = 35 см, длина окружности C = 111 см, площадь S = 962 см2, высота стенок H = 20 см), "гр. 75" (n = 10, D = 75 см, C = 236 см, S = = 4418 см2, H = 40 см), "гр. 150" (n = 10, D = = 150 см, C = 471 см, S = 17672 см2, H = 60 см) и "гр. 220" (n = 10, D = 220 см, C = 692 см, S = = 38014 см2, H = 60 см).
Стенки арен изготавливали из алюминиевых листов, покрытых тонким пластиком. ОП огораживали шатром из черной ткани. На высоте 2 м от центра арены размещали лампу (40 Вт, 5 лк на уровне пола). Регистрацию траектории животного осуществляли с помощью видеокамер "Sony" (Япония) или "CNB" (Китай) с широкоугольным объективом, расположенных на высоте 2 м от арены, и компьютера с платой видеоввода изображения "Picolo". Программа EthoVision ver. 3.0 ("Noldus", Голландия) позволяла сохранять траекторию в виде координат, регистрируемых с частотой 12.5 кадров в 1 с. За поведением животных наблюдали через отверстие в шатре и с помощью двух камер "Sony" (Япония), изображение с которых выводилось на телевизор и переключалось с помощью пульта. Регистрацию частоты и длительности груминга и количества стоек производили вручную (с клавиатуры) с помощью программы EthoVision.
Мышь приносили за 3—5 мин до эксперимента в небольшом непрозрачном боксе с длинной рукоятью и выпускали в центр арены на 20 мин. Животных тестировали однократно. Между попытками пол ОП протирали водой, этиловым спиртом и сухой тканью для устранения запаховых меток. Для нивелирования фактора времени выпуска эксперименты с животными разных групп чередовали. Эксперименты проводили в соответствии с Директивой Европейского Сообщества 86-609 о
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.