Epsilon Archive for Student Projects

Abstract

The mouse (Mus musculus) is the most commonly used mammal in biomedical research and can easily be restrained by both hand and by a device. Restraining animals causes stress that not only decreases the animal’s wellbeing, but may also influence the research results. The first aim of this study was to train mice to voluntarily stand still using positive reinforcement training. Another benefit of teaching a mouse to stand still is that you can avoid anaesthesia for some procedures. The second aim of this study was to investigate if postnatal handling could also facilitate learning.
That mice can be trained using positive reinforcement training (PRT), has been shown in numerous experiments as well as on video-sharing websites such as YouTube, yet most training of laboratory mice is pretty basic; focusing on habituation by calm, gentle handling and patience. In PRT, animals are being reinforced for performing a desired behaviour and will not be forced to cooperate. A reinforcer could be anything the animal likes, such as food or access to a favourable environment. Giving the animals control over their situation and a chance to work for their food are both factors that are associated with increased wellbeing.
Postnatal handling is a brief and daily separation of the pup from the mother for the first two to three weeks of the pups’ life. This has been shown to have several different effects on the animals; mice that have been handled are more explorative, less anxious and have a lower response to stress response than unhandled mice. The effects of postnatal handling are thought to be mediated by a changed maternal behaviour towards the pups after handling and/or a result of the handling itself. Several experiments with mice have shown that pups receiving increased maternal care had a reduced stress response. There are many factors influencing the effect of postnatal handling; e.g. gender, strain and the time of day when being handled.
Housing factors have been shown to affect the brain development of laboratory animals. Mice are known to develop stereotypies when raised in standard laboratory cages. Stereotypies are repetitive behaviours that can indicate a suboptimal environment. An enriched environment has been shown to improve learning and memory in mice.
Our experiment included six pregnant NMRI females and their offspring. The females were handled prior to parturition and were presented with different rewards until the pups were weaned. This was to evaluate which one was most popular and make sure the pups were used to the smell of the reward from an early age. Half of the litters were randomly selected to be handled prior to weaning. 24 of the pups were randomly assigned to be part of the training group with equal distribution between genders and handling/non-handling. All mice were always lifted in a cupped hand by the researcher and never by the tail.
Training was done using a device with a sensor that triggered a reward-signal when the mouse was in the correct position. The reward was delivered through a metal nipple in the device. To further evaluate the effects of handling two behavioural tests were performed; an elevated plus maze and a handling test. A skilled animal technician, who fixated the mice by hand and scored them as compliant, hesitant or unwilling, performed the blind handling test. The mice had no prior experience of this person.
The most popular reward in the study was the strawberry ice cream. After spending 14 times training in the device, nine out of 24 mice had learnt to take the reward from the metal pipe. Five out of six unhandled females had learnt this task and only two males had learned to do so. The device did not function as planned and the reward-signal was not used since the refraction time was too long. Instead
reward was given to the mice with increasing intervals from 0 seconds up to 3.5 seconds by the end of the experiment.
In the elevated plus maze, the only difference was (when pooling both genders) that the non-handled animals exhibited a significantly higher number of stretch attend postures when compared to the handled animals (20,0 ± 5,8 vs. 27,6 ± 6,4 (P <0,001)). The handling test showed no difference between handled and non-handled animals. Trained animals (including handled and non-handled animals) were more compliant than control animals (54 ± 0,7 % vs. 21 ± 1,2 % (P <0,003)). The control animals consisted of the trained animal’s littermates who had not been included in the training and were only used for the handling test.
The results showed that only two males started to take the reward from the device. Interestingly enough both times when the males learned this there had not previously been any females or unknown males in the training area. This indicates that the learning of males may be inhibited by the smell of females or other unknown males. The non-handled females had higher success in learning to drink from the device than the handled females had (83 % vs. 33 %). This could mean that postnatal handling has a negative effect on learning in females, but further research is necessary to be able to clarify this.
The fact that only one parameter (the stretch attend postures) differed between the groups in the elevated plus maze, and that the results of the handling test showed that trained mice were more compliant than control mice, indicates that friendly and gentle handling post weaning could have major effects on mice. Training mice to stand reasonably still is possible although it requires a long habituation period. With an improved device, further training and research can be done to optimize the training protocol.

Musen är det vanligaste däggdjuret som används i biomedicinsk forskning. Möss är lätta att fixera både med handen och med hjälp av annan utrustning. När djur fixeras blir de oftast stressade. Stress påverkar inte bara djurets välmående negativt, det kan även påverka forskningsresultaten. Det huvudsakliga målet med den här studien var att träna möss till att stå stilla med hjälp av positivt förstärkning. Två fördelar med att lära en mus att stå stilla är att man kan undvika anestesi under vissa procedurer samt undvika fixering. Det sekundära målet med studien var att se om postnatal hantering kunde främja inlärning, eftersom postnatal hantering av möss har visat sig kunna minska inlärningssvårigheter.
Att möss kan tränas med hjälp av positiv förstärkning har visats både i flertalet experiment och på video-delande websidor såsom YouTube. Trots det är träning av laboratoriemöss väldigt basal och bygger på habituering genom lugn, vänlig hantering och tålamod. När djur tränas med positiv förstärkning, förstärker man det önskade beteendet med en belöning, något som djuret tycker om. Genom att ge djur kontroll över sin situation och en chans att arbeta för sin mat kan djurets välmående öka.
Postnatal hantering är en kortvarig och daglig separation av musungen från mamman under det första två till tre levnadsveckorna. Detta har visats sig ha många olika effekter: möss som har hanterats är mer undersökande, mindre oroliga och har ett lägre stress-svar vid stress än icke-hanterade möss. Effekterna av postnatal hantering tros bero på ett förändrat beteende hos modern efter hanteringen och/eller hanteringen i sig själv. Flera experiment har visat att musungar som får en ökad maternell omvårdnad har ett reducerat stress-svar. Effekten av hantering påverkas dock av många faktorer; t.ex. kön, stam och tiden på dygnet som musungarna hanteras.
Levnadsmiljön kan påverka djur på flera olika sätt. Exempelvis kan möss utveckla stereotypa beteenden när de föds upp i standardburar. Stereotypier är repetitiva beteenden som kan indikera att miljön är suboptimal. En berikad miljö däremot, har visat sig kunna påverka hjärnans utveckling och förbättra inlärning och minne hos möss.
I denna studie användes sex dräktiga NMRI-honor och deras avkommor. Innan födseln hanterades honorna och de fick tillgång till olika belöningar fram till avvänjning av ungarna. Den tidiga presentationen av belöningen gjordes för att utvärdera vilken som var mest populär så snart som möjligt och för att ungarna skulle vara vana vid lukten av belöningen från en tidig ålder. Hälften av kullarna valdes slumpmässigt ut att hanteras från födsel till avvänjning. 24 ungar valdes slumpmässigt ut att ingå i träningsgruppen med jämn fördelning av kön och hanterade/icke-hanterade möss. Alla möss lyftes alltid i en kupad hand av forskaren och aldrig i svansen.
Vid träning användes en specialbyggd apparat med en sensor som triggade en belöningssignal när musen var i rätt position. Belöningen levererades genom en metallnippel framför musens mun. För att vidare utvärdera effekterna av hanteringen utfördes två beteendetester, en upphöjd plus-maze och ett hanteringstest. Hanteringstestet var ett blindtest som bestod av en för mössen okänd person som fixerade dem med handen och karaktäriserade dem som medgörliga, tveksamma eller ovilliga.
Den populäraste belöningen i studien var jordgubbsmjukglass. Efter 14 besök i träningsapparaten hade nio av 24 möss lärt sig att ta belöningen ifrån nippeln. Fem av sex icke-hanterade honor och endast två av hanarna lärde sig detta. Träningsapparaten fungerade inte som planerat och belöningssignalen användes inte, då refraktionsperioden var för lång. Istället för en belönings-signal så ökades intervallen mellan belöningarna från 0 till 3,5 sekunder under försökets gång.
I den upphöjda plus-mazen var den enda skillnaden att de icke-hanterade djuren visade ett högre antal ”stretch attend postures” jämfört med hanterade djur (20,0 ± 5,8 vs. 27,6 ± 6,4 (P <0,001)). Hanteringstestet visade ingen skillnad mellan hanterade och icke hanterade djur. De tränade mössen (inkluderande både hanterade och icke hanterade djur) var mer medgörliga än kontroll djuren (54 ± 0,7 % vs. 21 ± 1,2% (P <0,003)).. Kontroll djuren bestod av de kullsyskon som inte valts ut för att tränas och användes endast under hanteringstestet.
Resultaten visade att bara två hanar tog belöningen från apparaten. Båda två lärde sig detta efter ett besök där ingen hona eller okänd hane hade varit i träningsområdet innan. Detta tyder på att hanars inlärning störs av doften av honor och andra främmande hanar. Det var fler honor ur den icke-hanterade gruppen som lärde sig att ta belöning från apparaten än de hanterade honorna (83 % vs. 33
%). Detta kan betyda att postnatal hantering har en negativ effekt på inlärning, men vidare studier krävs för att kunna dra en konklusiv slutsats.
Att grupperna visade så få skillnader i beteenden i den upphöjda plus mazen samt att resultaten från hanteringstestet visade att tränade möss var mer lätthanterliga, indikerar att en vänlig och försiktig hantering efter avvänjning kan ha en stor effekt på möss. Att träna en mus att stå relativt stilla är möjligt men kräver en lång habitueringsperiod. Med en förbättrad träningsapparat kan vidare träning och forskning utföras för att utveckla ett träningsprotokoll för möss.