Немец В.В., Николаев А.И., Пшенов А.Б., Соболев В.Е., Виноградова Е.П. Новая модификация аппарата «Челночная камера». Лабораторные животные для научных исследований. 2018; 1. https://doi.org/10.29296/2618723X-2018-01-09
Сотрудниками НИИ ГПЭЧ ФМБА России проведена разработка, сборка и апробация модифицированного аппарата «челночная камера», для реализации методики «условный рефлекс активного избегания» (УРАИ). Данная методика предназначена для динамики обучения лабораторных животных (крыс) в условиях электроболевого стресса. Несмотря на то, что этот метод был изобретен более 40 лет назад, он до сих пор – один из самых эффективных способов оценки когнитивных способностей грызунов в условиях стресса. В зарубежных странах существуют различные модификации аппарата, адаптированные под разные тест-системы (крысы, мыши). Однако эти модификации сложны в изготовлении, эксплуатации, имеют высокую стоимость. Поэтому многие исследователи вынуждены отдавать предпочтение другим методикам, которые зачастую не отвечают целям и задачам эксперимента, или вынуждены отказаться от проведения когнитивных тестов. Новая отечественная модификация, по сравнению с западными моделями, более проста в использовании, не требует специального программного обеспечения, автономна, обладает большой механической прочностью, обеспечивает надежные и повторяемые результаты при реализации методики УРАИ. Преимуществом данного аппарата является его адаптированность к биологическому объекту – лабораторной крысе. Авторы усовершенствовали механизм подачи электроболевого стимула для увеличения эффективности стрессорного обучения. В качестве условного сигнала используется звуковой импульс в частотах, характерных для слухового анализатора грызунов (2–4 кГц). Согласно данным литературы, сигналы высокой частоты служат у животных сигналом тревоги, что совпадает с характером применения экспериментальной установки, мотивируя животное эффективно выполнять задачу теста (перебегание на другую сторону экспериментальной установки). Плавная регулировка силы тока (в пределах 0–3 мА с точностью 0,1 мА) позволяет осуществлять тестирование животных по разным сценариям (на высоких и низких токах), регулируя уровень мотивации животного с обязательным учетом личностных особенностей стрессоустойчивости животных. Ориентировочная стоимость отечественного аппарата намного ниже западных аналогов, что дает ему преимущество на рынке поведенческого оборудования. Изготовленная модификация прибора успешно показала себя в экспериментах, демонстрируя более высокие показатели обучения с достоверно более низким количеством реакций «замирания», чем базовая версия. Поэтому прибор можно рекомендовать для дальнейшего применения в психофизиологических и нейрофармакологических исследованиях. Цель работы – разработка, сборка и апробация новой модификации отечественного аппарата «челночная камера» для выполнения теста УРАИ.
Одним из важнейших показателей нормального функционирования центральной нервной системы (ЦНС) лабораторных животных является их способность к обучению. В настоящее время существуют разнообразные методики для оценки этих способностей, но в лабораторных условиях наиболее удобным считается метод выработки условных рефлексов, либо классических, разработанных И.П. Павловым, либо инструментальных (по Б. Скиннеру) [1]. В предлагаемой нами методике выработки инструментального условного рефлекса у грызунов в качестве условного стимула использовался звуковой сигнал, безусловного – болевое раздражение, вызываемое действием электрического тока, которое животное получало в случае неуспешного выполнения теста (переход на другую сторону установки после подачи условного сигнала – звука).
Известно, что умеренные кратковременные стрессы активируют когнитивную познавательную деятельность. В состоянии стресса животное эффективнее запоминает окружающую обстановку, выстраивает причинно-следственные связи [2].
На начальных этапах выработки условного рефлекса животное воспринимает болевые сигналы как аверсивные. В результате этого у многих крыс снижается двигательная и исследовательская активность, в то же время увеличивается длительность реакции «замирания». Через несколько сочетаний действия звукового и электроболевого стимулов у одних животных начинает преобладать активная стратегия поведения, которая проявляется в реакции «бегства», у других возникает реакция «замирания». Следует отметить, что реакция «бегства» может проявляться в 2 вариантах: избавлении и избегании. Реакция «избавления» – это уход на безопасную половину камеры при действии тока (безусловного стимула). Реакция «избегания» – это уход на безопасную половину камеры при действии звука (условный стимул). Как следует из данных литературы, выраженность этих реакций зависит как от генетически детерминированных особенностей животных – их стратегии поведения [3], так и от силы воздействия. Слишком слабое воздействие (сила тока <0,1 мА) не может обеспечить животное достаточным уровнем мотивации для решения задачи теста, напротив, сверхсильные воздействия (>1,5 мА) препятствуют выполнению задачи обучения [4].
Согласно литературе, для возникновения первой реакции «избегания» требуется 10–20 предъявлений. Для обучения в челночной камере на 1-й и 2-й день типичны 50% реакций «избегания» на 1-е сутки, 85% – на 2-е сутки [4]. Однако эти данные могут значительно варьироваться. При использовании токов 0,4 мА данный показатель составляет 7% в 1-й день и 13% – во 2-й, 20% – в 3-й и 47% – на 5-й день обучения. Эксперимент проводят 5–7 дней. На каждое животное приходится по 30–50 предъявлений комбинации звук/ток в сутки. Интервал между предъявлениями варьирует от 10 до 30 с в зависимости от уровня стрессированности животного. При использовании слабых токов можно проследить динамику обучения животных по дням. При действии тока силой 0,6–0,8 мА количество реакций «избегания» увеличивается до 30% на 1-й день и 60% – на 3-й и 5-й дни [5]. При реализации обучения на высоких токах, не происходит значительного увеличения данных реакций у самцов и самок крыс (не более 10% – на 3-й день) [6] и у других грызунов [7, 8, 9]. Наш аппарат позволяет реализовывать все эти схемы обучения, за счет возможности точной регулировки силы тока экспериментатором.
Аппарат представляет собой коробку из плексигласа, подключенную к блоку управления. Коробка разделена на 2 равных отсека перегородкой с переходным отверстием, через которое животное может свободно перемещаться из одной в другой отсеки. Верхняя панель ограничивает вертикальное перемещение и тем самым позволяет животному сконцентрироваться на решении задачи путем «перебегания». При открытой или недостаточно прочной верхней панели животное будет совершать прыжки, что может привести к возможному закреплению неправильного навыка.
Задающий генератор (см. рис. 1, б), выполнен на 2 элементах 2ИЛИ-НЕ микросхемы К561ЛЕ5. Импульсы тока длительностью
135 мс и периодичностью
2 имп/с подают на вход генератора тока и затем, по выбору экспериментатора, на
электроды одного из двух отсеков камеры. Транзисторный генератор тока обеспечивает стабильную силу тока в импульсе
при любом электрическом сопротивления в пределах 0÷30 кОм. С помощью ручки регулятора на лицевой панели
электронного блока управления, можно устанавливать любую силу тока, подаваемого на электроды, в пределах 0–3
мА с точностью 0,1 мА. Звуковой сигнал частотой 2÷4кГц, создаваемый задающим генератором, выполненным на 2
оставшихся элементах 2ИЛИ-НЕ микросхемы К561ЛЕ5, подается (по выбору экспериментатора) на один из двух входов
стереофонического усилителя мощности звуковой частоты и затем на один из динамиков, установленных в отсеках камеры.
В эксперименте принимали участие половозрелые животные-самцы (n=70). Животных содержали в виварии, в стандартных условиях с полным доступом к воде и корму. Работа с лабораторными животными осуществлялась согласно протоколу исследований в соответствии с Женевской конвенцией 1985 г. «Международные принципы биомедицинских исследований с использованием животных» и Хельсинкской декларацией 2000 г. о гуманном отношении к животным.
Было проведено 2 серии экспериментов. Тестирование выполнили по стандартной методике теста УРАИ последовательно в течение 2 дней [4]. Для каждого животного производили по 35 предъявлений в день с интервалами между ними 10–30 с. Сила тока – более 3 мА не использовалась из гуманных соображений. После тестирования животные были возвращены в стоковую популяцию вивария.
Для проверки достоверности полученных результатов использовали двусторонний t-критерий Стьюдента для независимых выборок.
Предлагаемая модификация прибора успешно показала себя в экспериментах, демонстрируя более высокие показатели обучения животных с достоверно более низким числом реакций «замирания», чем базовая версия. На основании результатов эксперимента приор можно рекомендовать для применения при проведении психофизиологических и нейрофармакологических исследований.