Двухэтажный умный домик помог изучить поведение мышей
Британские исследователи представили AutonoMouse — умный домик для мышей с двумя отделениями: этажом для сна, питания и бега и этажом для прохождения экспериментов, который позволяет собирать данные с каждой особи практически полностью автономно. Эффективность такой системы уже проверили с помощью эксперимента, направленного на изучение обоняния животных, сообщается в статье, опубликованной в PLoS One.
Быстрое развитие фармакологических и нейровизуализационных методик в последние несколько десятилетий помогает успешно и эффективно изучать работу мозга модельных организмов. При этом некоторые из них (в основном, грызуны) также используются в качестве модели для изучения поведения, но методы, направленные именно на этот аспект исследований, развиваются гораздо медленнее. Например, для изучения реакции мышей в стрессовой ситуации используют приподнятую платформу-лабиринт, рукава которой либо открыты, либо закрыты, и время, которое животное проводит в открытых местах такого лабиринта, считается показателем того, насколько силен испытываемый им стресс.
То же самое касается и экспериментов, направленных на изучение формирования различных моделей поведения в условиях подкрепления и наказания. Они требуют долгого процесса обучения и дальнейшей проверки установленных моделей в лабораторных условиях, причем для каждой особи в отдельности. Исследователи из Института Фрэнсиса Крика (Великобритания) под руководством Эндрю Эрскина (Andrew Erskine) решили создать среду, которая облегчит контроль за лабораторными мышами в процессе обучения.
В AutonoMouse два этажа: на первом этаже расположены зоны отдыха для мышей, где они питаются, бегают в колесе и спят. Экспериментальная установка расположена на втором этаже — до нее можно добраться по приподнятой платформе. Каждая мышь (всего в домике может поместиться до 25 особей) оснащена RFID-меткой, что облегчает процесс мониторинга. Экспериментальная зона при этом оснащена специальными сенсорами на входе: когда мышь проходит через дверцу, та закрывается, препятствуя входу к установке других особей. Также RFID-теги помогают следить за тем, какая именно мышь проходит эксперимент, и записывать результаты специально для нее.
Ученые считают, что разработанная система поможет эффективнее следить за поведением мышей в процессе обучения: мыши — особи социальные и их совместное содержание во время эксперимента может существенно снизить уровень стресса.
Эффективность использования такого домика ученые проверили с помощью эксперимента по изучению обонятельной системы мышей: для этого особям повредили обонятельную луковицу, отвечающую за определение запахов, причем у каждой особи повреждение отличалось тяжестью. Во время эксперимента мыши получали воду при поступлении определенного запаха: то, сколько раз какая-либо особь получит воду, показывало, насколько чувствительная ее обонятельная система после повреждения. За сутки ученым удалось собрать достаточно данных (несколько тысяч наблюдений), причем сделать это удалось в практически полностью автоматическом режиме.
Разработчики AutonoMouse достаточно подробно описывают устройство умного домика для мышей и надеются, что в будущем ученые, изучающие поведение грызунов, смогут построить и использовать такую же систему, в результате чего качество исследований модельных организмов, по-видимому, должно сильно возрасти.
Инженеры придумывают и другие системы, которые помогают изучать поведение и активность животных. Например, в нашей заметке вы можете прочитать про чувствительную беговую дорожку, разработанную специально для мелких насекомых.
Елизавета Ивтушок
Также на когнитивное снижение повлияли варианты Гена APOE: аллель APOE4 его ускорила, а аллель APOE2 — замедлила
Исследователи из Колумбии и США изучили, как генотип аполипопротеина и годы образования влияют на когнитивные функции при наследственной болезни Альцгеймера. Выяснилось, что у носителей мутации PSEN1 E280A, связанной с семейной болезнью Альцгеймера, когнитивное снижение наступает раньше и развивается быстрее, если у них в то же время есть аллель APOE4, а у таких же носителей, но с аллелью APOE2, это снижение происходит медленнее. Также более медленное снижение когнитивных способностей было характерно для пациентов, которые больше лет жизни потратили на учебу, — и это к тому же ослабляло влияние особенно опасных вариантов APOE. Результаты опубликованы в Nature Communications. При семейной или наследственной болезни Альцгеймера (БА) когнитивный спад наступает рано и за несколько лет прогрессирует до слабоумия. Семейную болезнь Альцгеймера вызывают некоторые мутации, например, мутация E280A в гене мембранного белка пресенелина PSEN1. Еще один ген, влияющий на развитие и течение БА — ген белка аполипопротеина Е (APOE). Разные варианты этого гена связаны с большим или меньшим риском спорадической (ненаследственной) болезни Альцгеймера: аллель APOE4 повышает риск, а аллель APOE2 снижает его. О том, как варианты APOE влияют на развитие семейной БА известно мало. Одно небольшое исследование показало, что деменция у носителей мутации PSEN1 E280A наступает раньше, если у них есть аллель APOE4. Другое исследование не обнаружило влияния APOE4, но выявило, что аллель APOE2 задерживает клиническое начало заболевания примерно на 8 лет. Кроме того, на развитие БА влияют другие факторы: образ жизни, социально-экономические условия и другие показатели здоровья. Стефани Лангелла (Stephanie Langella) из Гарвардской медицинской школы вместе с коллегами из Колумбии и США решила выяснить, как варианты APOE и количество лет учебы влияют на когнитивные показатели пациентов с наследственной БА (исследователи не выделяли отдельно высшее образование или ученую степень, а смотрели именно на число лет, уделенных образованию). Для этого они проанализировали данные 675 носителей мутации E280A и 594 пациентов, у которых этой мутации не было. Носители и неносители мутации были членами одних и тех же семей. Ученые сравнивали баллы пациентов в краткой шкале оценки психического статуса (MMSE), которую используют для диагностики клинических проявлений деменции. Баллы MMSE у носителей и неносителей мутации PSEN1 E280A начинали различаться уже в возрасте 31,5 года — с этого момента когнитивные показатели носителей снижаются намного быстрее. У пациентов с мутацией E280A, у которых также была аллель APOE4 (141 человек), клиническое начало БА было более ранним, а у пациентов с мутацией E280A, но без аллели APOE4 (534 человека) — наоборот, наступало позже. Расхождения начинались в возрасте 44,3 лет — как раз во столько появляются первые признаки болезни Альцгеймера у пациентов с наследственной формой. Другая аллель, APOE2, напротив, была связана с более медленным когнитивным снижением в группе носителей PSEN1 E280A. А вот когнитивные траектории пациентов без мутации E280A были примерно одинаковыми и не зависели в от варианта APOE. Также исследователи обнаружили, что возраст начала клинических проявлений БА у пациентов с мутацией PSEN1 E280A зависел от количества лет, которые они потратили на учебу. Их когнитивные показатели снижались тем медленнее, чем больше они учились, — и это проявлялось особенно сильно у носителей аллели APOE4 и неносителей APOE2. То есть отрицательный эффект аллели APOE4 ослаблялся. Почти то же было и с неносителями мутаций, связанных с БА: более долгая учеба была связана с более высокими баллами MMSE, но здесь варианты APOE роли не играли. Пока не ясно, как именно аллель APOE4, связанная с большим риском, ухудшает течение семейной болезни Альцгеймера, и как другая аллель — APOE2 — от нее защищает. Но, как видно, большая продолжительность учебы снижает дополнительный риск. А иногда от вредного действия мутаций защищают другие мутации. Недавно исследователи обнаружили мутацию, которая отсрочила развитие семейной болезни Альцгеймера у мужчины. Это был редкий вариант гена RELN — H3447R или RELN-COLBOS. Клинические проявления начались у пациента почти на 20 лет позже обычного. Мужчина был не первым счастливчиком: до этого подобный случай был с женщиной, у нее мутация была как раз в гене APOE.