Генетические исследования когнитивных способностей животных на модели лабораторной мышиНИР

Genetic investigation of animal cognitive abilities using the laboratory mouse model

Источник финансирования НИР

грант РНФ

Этапы НИР

# Сроки Название
1 1 января 2023 г.-31 декабря 2023 г. Генетические исследования когнитивных способностей животных на модели лабораторной мыши
Результаты этапа: Приводятся полученные в 2023 году данные по 22 и 23 поколениям линий БМ и ММ, поддерживающихся без отбора (F44 и 45 от начала селекции, различия в весе мозга в F45 достоверны р<0.001) и данные по F7 и F8 линий мышей,селектированных на успешное решение и не-решение теста на «неисчезаемость». Тест на поиск входа в укрытие (puzzle-box) основан на оперировании животным правила «неисчезаемости». Это когнитивный тест perse, он для его выполнения не требуется аналогичный опыт. Мыши БМ достоверно быстрее, чем ММ, решали тест в 1-м и 2-м предъявлениях. Доли животных, решивших предъявления теста с пробкой были также достоверно выше у мышей БМ (р<0.001). ЛП первого подхода к открытому лазу (который характеризует преобладание исследовательского поведения над «осторожностью»), был короче у мышей БМ (БМ – 26.1±9.6 с, ММ – 47.3±10.4 с, р<0.01), он был короче и в тесте с пробкой (для 1-го предъявления теста с пробкой: БМ - 40.3±13.7 с, ММ – 110.3±16.6 с, р<0.01). Среднее число подходов к лазу, которое животное совершило до выполнения решения теста (или до окончания условного времени, выделенного для решения) было меньше у БМ, поскольку их ЛП были короче (при 1-м предъявлении лаза, закрытого пробкой, БМ – 5.0±0.5, ММ – 1.5±0.4, р<-0.001, и при втором предъявлении этого варианта теста БМ – 2.5±0.4, ММ – 0.8±0.4, р<0.01). Это показывает более четко выраженное целенаправленное поведение мышей БМ. Число стоек в этом тесте при открытом лазе, различалось недостоверно, но оно было выше у мышей БМ, но при лазе, закрытом пробкой, число стоек (т.е., до решения теста) различалось достоверно (БМ – 11.3±1.4, ММ – 1.9±1.3, р<0.001). Поскольку число стоек отражает не только уровень исследовательской активности, но и общую активацию поведения, различия в этом показателе можно интерпретировать как отражение разного уровня «стремления» животного решить тест. Таким образом, у мышей линии БМ способность к решению когнитивного теста была выше. Тест на внимание с предметами, мыши БМ и ММ, F45, был впервые использован в настоящих экспериментах. Реакции мышей на 1-й и 5-й предметы различались это проявилось в различиях по ЛП 1-го контакта с предметом был короче у мышей БМ, чем у ММ (p<0.01),число таких контактов и число также были у них выше, чем у ММ. Различия в показателях реакции мышей на предметы, показанные последними (т.е. пятыми) были противоположными «по знаку» - ЛП 1-го контакта с «последним» предметом у ММ был короче, чем у БМ (тенденция, p=0.051), и выше было число контактов с ним. Эти новые данные говорят о сложном «рисунке» межлинейных различий, при этом можно заключить, что поведение мышей БМ оказалось адекватным ситуации (снижение внимания к последнему предмету). В тестах на гипонеофагию и на тревожность выявились различия (БМ vs ММ, F45) свидетельствующие о более высокой тревожности и поведения «осторожности» у мышей ММ. В тесте на агрессию хищника, когда голодной мыши давали возможность поймать (и съесть) сверчка более активное поведение было у мышей БМ, тогда как в тесте на социальное доминирование межлинейных различий в числе побед и поражений выявлено не было. Предварительные данные (F44, по 6 мышей каждой линии) по морфологии мозга позволили увидеть межлинейные различия (БМ vs ММ) в норадренергическом ядре ствола – голубом пятне (locuscoeruleus), нейроны которого проецируются в структуры новой коры и гиппокампа. Среднее число клеток, обнаруживших иммунореактивность к тирозингидроксилазе, ТГ (ферменту синтеза катехоламинов), в срезах мозга мышей БМ было достоверно больше (р<0.05, критерий Манна-Уитни), чем у мышей ММ. Относительная яркость соответствующей окраски в этой области среза (в пикселях), превышающую яркость «фона», была (недостоверно) выше также у мышей БМ, что указывает на необходимость оценки этого показателя на большей выборке. Эксперименты с мышами линий, которые селектируются по признакам «решение» (линия «плюс») и «не-решение» (линия «минус») когнитивного теста на неисчезаемость (поиск входа в укрытие) были проведены на животных F7 и F8. Исходной популяцией для данной селекции были мыши F20 линии ЭКС, ранее селектированной на успешность решения когнитивного теста на экстраполяцию направления движения пищевого стимула, исчезнувшего из поля зрения. В селекции мышей на решение теста на «неисчезаемость» (линия «плюс») в размножение брали мышей, решивших тест с пробкой за 1-1.5 мин, а для селекции «не-решающих» мышей - животных с «нулевыми» показателями такого решения. У мышей F7 и F8 этих линий, у мышей линии «плюс» были более короткие ЛП решения 1-го и 2-го предъявлений теста и более высокие доли решения теста с пробкой, как это было и в предыдущих поколениях. Таким образом, искусственный отбор мышей по выбранным признакам был успешным. У мышей линии «плюс» были выше показатели краткосрочной рабочей памяти, тогда как успешность решения теста через 2.5 мес. после 1-го опыта (долговременная память) была такой же, как в 1-м эксперименте. Однако «воспоминание» об обстановке данного теста у мышей обеих линий было выявлено – число эпизодов замирания (как аверсивной реакции на помещение в камеру) при повторном тесте было достоверно ниже, чем в 1-м эксперименте. Межлинейные различия («плюс» vs«минус») в тесте на неофагофобию были незначительными, и они показывают меньшую боязнь мышей «плюс» обстановки опыта (больше стоек, подходов к пище и время, занятое едой). Данные нового теста на внимание (с движущимися предметами) были сходными с таковыми по линиям БМ и ММ - мыши «плюс» активнее реагировали на предмет, показанных первым, чем мыши «минус», а к пятому предмету их активность снижалась, т.е. межлинейные различия в этом случае имели «обратный знак». В приподнятом крестообразном лабиринте (ПКЛ, тест на тревожность) оценивали поведение еще и мышей неселектированной популяции КоЭКС. Время, проведенное мышами «плюс» в светлых частях ПКЛ было длиннее, чем у мышей «минус» (р<0.001), но оно было достаточно большим и у мышей КоЭКС, хотя у них «неуспех» в решении когнитивного теста устойчиво проявлялся. Это может быть знаком того, что успешность решения когнитивного теста не связана напрямую с уровнем тревожности у мышей этих групп. Эксперименты с введением фармакологических препаратов мышам линий БМ, ММ, «плюс» и «минус». Введение атомоксетина (АТ, блокатор норадереналинового транспортера, в.бр. инъекции, 7 дн, 2 мг/кг, контроль – введение физ. р-ра) дало принципиально новые результаты. Основной из них - дифференциальное влияние АТ на успешность решения когнитивного тестау мышей БМ и ММ. Введение АТ вызвало замедление решения теста у БМ (р<0.001), по сравнению с контролем, а доля мышей, решивших стадии теста с пробкой была меньше (р<0.01). В контрольной группе мышей ММ ни одна мышь не решила теста с «пробкой», тогда как в группе после введения атомоксетина такие животные составили 18% (р<0.05). Иными словами, реакция мышей этих линий на успешность решения трудных стадий теста была противоположной. Двуфакторный ANOVA для показателей решения теста на «неисчезаемость» при лазе, закрытом пробкой (факторы «линия» и «воздействие») выявил не только влияние фактора "линия" (F1–2=27.75, p = 0.0000), но и достоверный уровень «взаимодействия факторов» (F1–2=36.31, p = 0.00000), что отражает противоположный эффект введения атомоксетина животным этих линий. Такая же закономерность обнаружилась и по суммарному числу эпизодов замирания во время теста на «неисчезаемость», их число у БМ было (р<0.001) выше после АТ, по сравнению с контролем, тогда как у мышей ММ в АТ-группе этот показатель был ниже (р<0.001) по сравнению с группой физ. р-ра. Это позволяет заключить, что между линиями мышей БМ и ММ существуют различия в организации норадренергических проекций (ствол мозга - передний мозг). Данные по введению АТ мышам «плюс» и «минус» (F8) из-за малой численности групп имеют предварительный характер, но, как и в случае линий БМ и ММ, основным эффектом АТ было его дифференциальное влияние на мышей и этих линий. После АТ у мышей «плюс» средние ЛП решения когнитивного теста были (недостоверно) дольше, и было меньше число подходов к лазу, тогда как у линии «минус» в группе после АТ показатели решения теста были выше (недостоверно). Иными словами, «рисунок» эффекта АТ был сходен с таковым у мышей БМ и ММ. Это позволяет предположить, что у обеих пар контрастных линий (БМ vs ММ и «плюс» vs «минус») система норадренергических проекций может иметь различия. При этом, по всей видимости, у мышей линии БМ и линии «плюс» существует некоторая ассоциация более успешного решения когнитивного теста и «знака» реакции на АТ – некоторое снижение успешности решения теста. Таким образом,использование двух пар линий мышей, контрастных по экспрессии способности к решению теста на «неисчезаемость» может быть перспективным в оценке генотипических особенностей на эффекты фармакологических препаратов.Отметим, что показатели теста на «внимание» после АТ имели такие же особенности. Было проведено сравнение влияния на решение мышами БМ и ММ (F 45) когнитивного теста прегабалина (влияние на ГАМК-ергическую систему, 10 мг/кг в/бр., предварительные данные). Показано ослабление успешности решения теста у мышей БМ и в незначительное улучшение успешности его решения у ММ. Введение фенибута (ФБ), действующего как агонист ГАМК, анализировали у мышей F8 линий «плюс» и «минус». ЛП решения 1-го предъявления теста с пробкой был несколько короче в группах после введения ФБ, причем у мышей «минус» - достоверно (р< 0.05). В группе «минус» после ФБ были мыши, решившие тест, тогда как у мышей этой линии в контрольной группе (физ. р-р) их не было ни одной. Следует также отметить, что межлинейные различия в контроле были достоверными. Эффекты введения АТ оценивали также в тесте «закрытого крестообразного лабиринта» (ЗКЛ). Был обнаружен целый ряд достоверных отличий поведения мышей ММ после АТ по сравнению с БМ, а общим заключением является то, что введение АТ сильнее изменило поведение мышей ММ в ЗКЛ, поскольку у них можно было заметить признаки «заторможенности» поведения, чего не наблюдалось у БМ. У мышей БМ и ММ оценивали влияние введения ФБ в тестах ЗКЛ и «скользкая воронка» (СВ) (последний является аналогом теста Порсолта). Полученные данные содержат подробную информацию об особенностях поведения мышей ММ после ФБ, однако общим заключением может быть то, что этот препарат вызывает усиление тревожности мышей ММ в обстановке ЗКЛ. В то же время в тесте СВ (который связан с помещением мыши в воду в горловине большой стеклянной воронки), в котором фиксировали 2 типа реакций на эту среду – пассивный и активный, более сильно выраженные реакции связанные со стремлением избавиться от пребывания в воде были зарегистрированы у мышей БМ после ФБ. Таким образом, как и в выполнении мышами 4 линий когнитивного теста, так и тестах, ориентированных на более «простые» проявления поведения, выявилось дифференциальное влияние препаратов, действующих на НА-ергическую систему (АТ) и на ГАМК-ергическую систему (ПГБ и ФБ). Заключение. На основании данных, полученных в экспериментах, результаты которых приведены выше, можно сделать ряд предварительных выводов. 1) У линий мышей с контрастными значениями успешности решения когнитивного теста на «неисчезаемость» (линии БМ vs MM и линии «плюс» vs «минус») данные различия обнаруживают значительную устойчивость в поколениях. Линии БМ и ММ (сохраняющие различия в весе мозга при разведении без поддерживающего отбора) различаются не только по способности к решению когнитивного теста на «неисчезаемость», но и, по-прежнему, обнаруживают различия в поведении, связанном с тревожностью. Новый тест на внимание с движущимися предметами позволил выявить межлинейные различия в успешности прослеживания движущегося предмета, проявляющиеся, в частности, в более адекватных изменениях реакции внимания у мышей БМ (у которых произошло снижение внимания к предмету, предъявленному последним). 2) Линии мышей «плюс» и «минус» в поколениях селекции обнаруживают не только устойчивые различия в успешности решения этого теста, а также обнаруживают более четкое проявление кратковременной рабочей памяти, а также (как и мыши БМ) более четко выраженное внимание в тесте с движущимися предметами. 3) Эксперименты с введением фармакологических препаратов разных групп (атомоксетин, прегабалин и фенибут) выявили дифференциальную реакцию мышей исследованных линий в ряде тестов. Это выразилось, в частности, в несколько большей реактивности (и позитивном влиянии на решение теста) у мышей двух линий, более слабо решающих когнитивный тест на «неисчезаемость» (т.е. у мышей линий ММ и «минус»). Поскольку атомоксетин прегабалин и фенибут (по данным медицинской фармакологии) имеют разные механизмы влияния на функцию ЦНС, данные результаты, несмотря на их предварительный характер, представляются перспективными, поскольку поддерживают современные представления о важности генотипических различий в оценке эффектов биологически активных соединений.
2 1 января 2024 г.-31 декабря 2024 г. Генетические исследования когнитивных способностей животных на модели лабораторной мыши
Результаты этапа:

Прикрепленные к НИР результаты

Для прикрепления результата сначала выберете тип результата (статьи, книги, ...). После чего введите несколько символов в поле поиска прикрепляемого результата, затем выберете один из предложенных и нажмите кнопку "Добавить".