ДОКЛАДЫ АКАДЕМИИ НАУК, 2015, том 460, № 5, с. 617-621
ОБЩАЯ БИОЛОГИЯ
УДК 575:591.513.5
СЕЛЕКЦИЯ МЫШЕИ НА ВЫСОКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ РЕШЕНИЯ ЭЛЕМЕНТАРНОЙ ЛОГИЧЕСКОЙ ЗАДАЧИ
© 2015 г. О. В. Перепелкина, В. А. Голибродо, И. Г. Лильп, И. И. Полетаева
Представлено академиком РАН РАН В.П. Скулачёвым 05.04.2014 г. Поступило 07.07.2014 г.
БО1: 10.7868/80869565215050291
Генетические исследования способности лабораторных грызунов к решению когнитивных тестов основаны преимущественно на оценке межлинейных различий [8] и ее изменений при манипуляциях с геномом главным образом лабораторных мышей [7]. Несмотря на большой интерес к исследованию роли генотипа в определении когнитивных способностей грызунов, попыток селекции животных на высокие показатели решения таких тестов нет. К категории когнитивных тестов относят способность к решению задачи на экстраполяцию (Эк), которая оценивает, может ли животное найти скрывшийся из поля зрения источник пищи, "экстраполировать" его будущее положение (т.е. переместиться для этого в нужном направлении при его визуальном исчезновении и подойти к корму). Эта способность обнаруживает внутривидовую изменчивость [3], однако попытка селекции крыс на ее высокий уровень была неудачной в связи с резко усилившейся тревожностью животных, что сделало невозможным их тестирование.
Отметим, что тест на экстраполяцию отвечает строгому критерию определения когнитивных способностей. Показатели теста свидетельствуют о положительном (или отрицательном) решении задачи, связанной с необходимостью оперировать представлением о "неисчезаемости" стимула (мышь целенаправленно ищет скрывшуюся из поля зрения кормушку), а также представлением о направлении перемещения стимула (т.е. "если проследовать в направлении движения корма, то его можно найти в соответствующей части камеры").
Доля правильных решений теста на Эк у лабораторных мышей и крыс, как правило, не превышает случайный 50%-й уровень. Другими словами, у них эта способность отсутствует. Однако мыши ряда генетических групп (в частности, се-
Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова E-mail: ingapoletaeva@mail.ru
лектированные на большой относительный вес мозга и мыши-носители хромосомной мутации ЯЪ (8, 17) I 1ет решали эту задачу в достоверном большинстве случаев [3]. Это явилось основанием для проведения дальнейшего анализа особенностей проявления этого когнитивного признака с использованием генетического подхода. В настоящей работе описаны результаты тестирования мышей линии ЭКС, которая является результатом селекции на высокие показатели способности к Эк при одновременным отборе против проявлений тревожности в процессе решения этого теста. Селекция была начата на базе генетически гетерогенной популяции мышей. Эта популяция была получена на основе гибридов Р2—Р4 между линиями мышей, ранее селектированных на большой и малый относительный вес мозга (линии БМ и ММ) [1]. Эти линии, в свою очередь, выводили на базе гибридов от скрещивания 6 инбредных линий — Л/Ие8-Ь, БЛЬБ/с1Ьас81о, СБЛ/СаЬасВШ, СЗИ/ИеВЬ, С57БЬ/6181о, СС57БЯ/ЫуЯар [1-3]. При подборе родительских пар избегали близкородственного скрещивания. Контрольной группой (мыши Ко-ЭКС) были мыши исходной популяции, разводившиеся рандомбредно [2, 6]. Критериями отбора для получения мышей следующего поколения были: правильное решение теста на Эк при его первом предъявлении при пяти или шести правильных решениях за шесть предъявлений суммарно. Эти мыши не должны были также быстро и хаотично перемещаться по экспериментальной камере. У них не должно быть "отказов" от решения теста или "нулевых" решений (отсутствие поиска корма, см. ниже), которые являются проявлением боязни обстановки опыта.
Начиная с Б9, мышей ЭКС и КоЭКС тестировали также на способность найти вход в укрытие в условиях маскировки переходного "лаза" [4]. В этом тесте (тест на "поиск входа в укрытие"), так же как и в тесте на Эк, оценивается способность животного к оперированию законом неис-чезаемости по Пиаже [9] — животное должно отыскать "лаз", которым оно ранее пользовалось
618
ПЕРЕПЕЛКИНА и др.
(а)
(б)
i
L'.V,
Рис. 1. Схема экспериментальных установок. (а) — камера (размер 50 х 23 х 18 см) для теста на способность к экстраполяции у мышей, размер центрального отверстия — 10 х 12 см, боковых — 10 х 10 см; поилки перемещаются вручную с помощью стержней (на рис. не показаны). (б) — камера для теста на поиск входа в укрытие, справа — освещенная часть (30 х 28 х 27.5 см), слева — неосвещенная часть (14 х 28 х 27.5 см), которая закрывается; размер отверстия "лаза", ведущего в темное отделение (вход в укрытие), — 4.5 х 1.5 см, его длина — 11.5 см. Обе установки выполнены из непрозрачного пластика.
для ухода в темную часть камеры, но который оказывается скрытым разной маскировкой.
Тест на Эк проводят в специальной камере, в которой в центре широкой стенки на уровне пола имеется отверстие, через него лишенная пищи и питья мышь может получить подкрепление (молоко) из маленькой поилки (рис. 1а). Через несколько секунд после начала питья поилку отодвигают вправо или влево (в квазислучайном порядке). Направление ее перемещения мышь может проследить только на расстоянии 1.5—2 см, после чего она скрывается из поля зрения животного, и получить молоко можно только перейдя к тому боковому отверстию в стенке камеры, куда отодвинулась поилка. Для исключения ориентации по запаху другая, невидимая животному, поилка перемещается в противоположном направлении.
Подход мыши к поилке в ее новом положении (т.е. к соответствующему боковому отверстию) — правильное решение теста, подход к противопо-
с
Рис. 2. По оси ординат — время решения теста на поиск входа в укрытие мышами ЭКС (кружки) и Ко-ЭКС (квадраты) в 8 пробах теста; *, **, *** — достоверные отличия от показателей мышей КоЭКС (критерий post hoc LSD Фишера).
ложному — неправильное. Отсутствие подхода к этим отверстиям в течение 120 с после начала теста — это "нулевое" решение, а если мышь не подходит к центральному отверстию — "отказ". Тест предъявляли 6 раз (в течение 1 эксперимента)
Тест на поиск входа в укрытие проводили в пластиковой камере, разделенной на две части. Большая ее часть была ярко освещена, а меньшая — соединенная с ней углубленным в пол отверстием — была темной (рис. 1б). В отличие от тестирования способности к экстраполяции (пищевая мотивация) в данном тесте животное осуществляло реакцию избегания, испытывая боязнь ярко освещенного нового пространства. Тест проводили в течение 2 дней, предъявляя задачу 8 раз, из которых в 1-й день в течение 2 попыток лаз был открыт, а в 2 следующих пробах он был присыпан стружкой вровень с полом. На второй день пробу повторяли с лазом, присыпанным вровень с полом, а затем лаз закрывали легкой пластиковой пробкой, которая не давала мыши возможности попасть в темное отделение: пробку следовало либо отодвинуть, либо вынуть зубами. В последней пробе теста всю стенку камеры с лазом засыпали стружкой на высоту 5—6 см. Успешность решения теста оценивали по времени, необходимому для перехода мыши в темное отделение (критерий — не более 240 с для решения варианта теста с "пробкой" и 180 с — для остальных попыток).
Данные по решению теста на Эк и на поиск входа в укрытие (доли правильных решений) мышами поколений селекции Р10—Р12 представлены в табл. 1. Время решения теста на поиск входа в укрытие для мышей ЭКС и КоЭКС Б12 представлено на рис. 2. Мыши ЭКС выполняли данный тест быстрее в пробах, требующих "когнитивного" решения.
Таблица 1. Решение когнитивных тестов мышами ЭКС и КоЭКС
Поколение, группа Доли правильных решений
I II Ша
ЭКС Б10 вв (107) 69 1%*** # & 59.4*** 100&&&
99 (57) 54.6 57.8*** (19)
Б11 С?С? (54) 53.7 56.4* 68.2&
99 (53) 51.9 56* (44)
Б12 Зв (42) 73.6*** 60.7*** 91 7&&&
99 (39) 61.5 62.5*** (36)
КоЭКС Б10 С?С? (54) 53.7 61.8*** 46.7
99 (52) 51.9 60.3*** (15)
Б11 вв (43) 58.8 50.8 41.4
99 (45) 53.4 54.8 (29)
Б12 в в (29) 61.1 66.7*** 26.4
99 (57) 67.7** 58.8** (34)
Примечание. I, II — доля правильных решений теста на экстраполяцию при 1-м предъявлении и суммарно — за 1—6 предъявлений теста на экстраполяцию; III — доля решений этапа с "пробкой" в тесте на поиск входа в укрытие; (а) — оценивали решение теста хотя бы в одном из двух предъявлений "пробки". В И0 и И2 тест на поиск входа в укрытие был предъявлен только самцам, в И1 данные по обоим полам суммированы. *, **, *** — достоверно отличается от 50%-го случайного уровня при р < 0.05, 0.01 и 0.001 соответственно; #, ##, ### — достоверно отличается от соответствующей доли самок прир < 0.05, 0.01 и 0.001 соответственно; &, &&& — достоверно отличается от соответствующего показателя группы КоЭКС прир < 0.05 и 0.001 соответственно. В скобках указано число животных.
Доли правильных решений теста на Эк в целом были несколько выше у мышей линии ЭКС. Однако это не было общим правилом. Например, у мышей КоЭКС в Б11, а также у самок КоЭКС в Б12 показатели решения теста при первом предъявлении были несколько выше (но недостоверно) таковых у мышей ЭКС. Начиная с Б9 в выполнении теста на способность к Эк стали обнаруживаться половые различия, которые в Б10 были достоверными (табл. 1). В то же время в Р10—Р12 так же, как и ранее у мышей Б9 [6], выполнение когнитивного теста на поиск входа в укрытие было во всех случаях успешнее у мышей ЭКС. Совокупность данных по этим тестам означает, что несмотря на очень медленный ход селекции на собственно способность к Эк (к Б12 устойчивых достоверных отличий между ЭКС и КоЭКС получено не было), изменения в способности мышей ЭКС к решению другой задачи, также относящейся к категории когнитивных, были обнаружены. Ранее в Р4—Р6 у мышей ЭКС было выявлено более интенсивное исследовательское поведение в тесте "открытое поле" [2].
Ранее в нашей лаборатории были проведены 3 селекционных эксперимента по отбору мышей на большой и малый относительный вес мозга
(отношение веса мозга к весу тела). Достоверные различия по этому признаку мы обнаружили уже в ранних поколениях отбора. Мыши с большим весом мозга лучше
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.