Choice tests as a means for severity assessment from an animal’s point of view | Belastungseinschätzung aus Tiersicht mit Hilfe von Wahlversuchen

To refine experimental procedures (including housing conditions) and reduce severity for laboratory animals, we need to integrate the animal's perspective. This dissertation focuses on mice and the development of tests, which investigate the preferences of mice. In Chapter 2, a literature review, potential approaches towards severity assessment from an animal's perspective are summarised. This includes preference tests (or choice tests) like the T-maze preference test, the home cage based preference test and the conditioned place preference test. These tests differ strongly in their conduction and can be used to assess different aspects of the experimental or housing procedures. However, they all share that options are compared typically pair-wise, leaving the mice a simultaneous, dichotomous choice. For example, the T-maze test can be used to compare different food items as a reward. Here, the mice is placed in the start arm of a T-shaped maze and can choose between the two goal arms, which each contain one of the options (in this case food). The home cage based preference test, on the other hand, can be used to investigate the mice's preference for specific housing conditions by connecting two cages with different housing conditions (e.g., different bedding materials) and measuring the time the mice spent in each cage. In Chapter 3, the usability of the T-maze for preference test was investigated by development of a working protocol to compare different food rewards. However, instead of displaying preference behaviour for the food rewards, the mice alternated their choices. This was even the case when comparing reward vs. no reward (i.e., similar to a simple learning test). Thus, we have to conclude that the T-maze is unsuitable for this research question, at least with the protocols used here (without food-restriction to keep severity of the preference test itself as low as possible). In Chapter 4, the home cage based preference test is thematised. Conduction of this test is usually time-consuming (when using video analysis) or cost-intensive (when using commercially available tracking software). Thus, we developed the Mouse Position Surveillance System (MoPSS), an automatic RFID based tracking system which facilitates the conduction and analysis of home cage based preference tests. It is low-cost, open-source (except for the RFID readers), accurate even for fast moving mice and easy to rebuilt, which ensures that other research groups can adopt this method for their experiments. The system will hopefully help to assess the preferences of mice, and on that basis, also to improve housing conditions of laboratory mice in the future. In Chapter 5, the main findings of the publications presented in the previous chapters are summarised. Especially two main factors observed during the experiments are highlighted: habituation and motivation. An effective habituation is the necessary foundation to make sure, the animals will actually behave according to their preference of the presented options. Otherwise other motivations (e.g., exploration or fear) might interfere with the preference test. In addition, reporting procedures in full detail in publications is mandatory to find influencing factors for preference. In conclusion, developing tests to assess the mice's preference is challenging but nonetheless important if we want to include their perspective to improve experimental and housing procedures.

Um die experimentellen Verfahren (einschließlich der Haltungsbedingungen) für Labortiere zu verbessern und ihre Belastung zu reduzieren, muss die Sichtweise der Tiere einbezogen werden. In dieser Dissertation geht es dabei speziell um das Labortier Maus und um die Entwicklung von Tests zur Bestimmung ihrer Präferenzen. In Kapitel 2 sind mögliche Ansätze für eine Belastungseinschätzung aus Tiersicht zusammengefasst. Dazu gehören Präferenztests bzw. Wahlversuche wie der T-Maze Wahlversuch, der Heimatkäfig basierten Wahlversuch und der Conditioned Place Preference Test (konditionierte Ortspräferenz). Diese Versuche unterscheiden sich stark in ihrer Durchführung und können verwendet werden, um unterschiedliche Aspekte der experimentellen Methoden oder Tierhaltung zu beurteilen. Allen ist jedoch gemeinsam, dass die Optionen typischerweise paarweise verglichen werden, sodass die Mäuse eine gleichzeitige, dichotome Wahlmöglichkeit gegeben wird. Zum Beispiel lassen sich mit dem T-Maze Test verschiedene Futterbelohnungen vergleichen. Hierfür wird die Maus an den Anfang eines T-förmigen Labyrinthes gesetzt und kann zwischen den zwei Zielarmen wählen, die jeweils eine der Optionen (in diesem Fall Futter) enthalten. Der Heimatkäfig basierte Präferenztest wiederum eignet sich dafür, die Präferenz der Mäuse im Bezug auf bestimmte Haltungsbedingungen zu untersuchen. Dafür werden zwei Käfige mit unterschiedlichen Haltungsbedingungen (z.B. unterschiedliches Einstreu) miteinander verbunden und es wird die Zeit erfasst, die die Mäuse in jedem Käfig verbringen. In Kapitel 3 wird die Eignung des T-Mazes für Präferenztest untersucht. Dafür sollte ein funktionierendes Protokoll entwickelt werden, mit dem verschiedene Futterbelohnungen verglichen werden können. Anstatt jedoch ein Präferenzverhalten gegenüber dem Futter zu zeigen, besuchten die Mäuse abwechselnd beide Labyrinth-Arme. Dies war auch der Fall, wenn keine Belohnung mit Belohnung verglichen wurde (ähnlich zu einem einfachen Lerntest). Daher liegt der Schluss nahe, dass das T-Maze für diese Fragestellung ungeeignet ist, zumindest mit den hier verwendeten Protokollen (d.h. ohne Futterrestriktion, um die Belastung durch den Präferenztests selbst so gering wie möglich zu halten). In Kapitel 4 wird der Heimatkäfig basierte Präferenztest thematisiert. Die Durchführung dieses Tests ist üblicherweise zeitaufwändig (bei Video-Auswertung) oder kostenintensiv (bei der Benutzung von kommerziell erhältlicher Tracking-Software). Aus diesem Grund haben wir das Mouse Position Surveillance System (MoPSS) entwickelt, ein eigenes, RFID-basiertes Tracking-System, das die Durchführung und Auswertung von Heimatkäfig basierten Präferenztests erleichtert. Es ist kostengünstig, quellenoffen (außer die RFID-Lesegeräte), akkurat (sogar für Mäuse bei hoher Laufgeschwindigkeit) und leicht nachzubauen, damit andere Forschergruppen es auch für ihre Versuche verwenden können. Dieses System wird hoffentlich dazu beitragen, die Präferenzen von Mäusen zu ermitteln und auf dieser Grundlage dann die Haltungsbedingungen von Labormäusen zu verbessern. In Kapitel 5 werden die Hauptaussagen der wissenschaftlichen Publikationen der vorangegangenen Kapitel zusammengefasst. Besonders zwei Faktoren, die während der Experimente beobachtet wurden, werden hier hervorgehoben: Habituation und Motivation. Eine effektive Habituation ist die notwendige Basis, um sicherzustellen, dass die Tiere sich tatsächlich entsprechend ihrer Präferenz verhalten werden. Andernfalls können andere Motivationen (beispielsweise Explorationsdrang oder Angst) den Präferenztest beeinflussen. Darüber hinaus ist es wichtig, in den wissenschaftlichen Artikeln sämtliche Methoden detailliert zu berichten, um mögliche Einflussfaktoren auf die Präferenz finden zu können. Insgesamt stellt die Entwicklung von Tests zur Präferenzbestimmung von Mäusen zwar eine Herausforderung dar, ist aber trotzdem sehr wichtig, wenn wir die Mausperspektive in die Verbesserung von Experimenten und Haltungsbedingungen einbeziehen wollen.