有必要找到解决啮齿动物和人类保守机制的方法，从而实现翻译。在过去的十年中，越来越多的人呼吁开发改进的标准化分析方法来评估动物的行为，以不仅提高实验室之间科学实践的可靠性，而且实现有效医学翻译的基本目标。由于缺乏临床试验的有效结果，最近制药行业削减了中枢神经系统药物的开发，这进一步推动了这一需求。与非人灵长类动物相比，啮齿动物疾病模型具有财务和道德优势，遗传和其他操作相对容易，是这项工作的重要基础。然而，临床试验失败的一个原因可能是用于模拟啮齿动物临床症状的分析和措施的转化效果不佳：认知药物的临床前测试主要是使用与临床环境中使用的测试几乎没有共同点的测试进行的。在弥合转化鸿沟方面，一个明确的前进方向是开发分析——理想情况下完全相同的分析-可用于动物和人类，具有客观和定量测量的特点。事实上，在这方面已经取得了一些进展，主要是在非人类灵长类动物模型上1,2,三,4。为此，我们给出了使用基于相同触摸屏的认知测试评估携带同源基因疾病相关基因突变的小鼠和人类的复杂问题解决能力。
传统上，以相同的方式测试人类和啮齿动物模型的认知能力是很困难的，但我们之前强调了啮齿动物触摸屏操作平台的开发，这使得这成为可能5啮齿类动物触摸屏测试使用控制良好、准确和自动化的触摸屏方法，这种方法越来越多地用于人类测试（例如，剑桥神经心理测试自动电池，CANTAB），提供了一种独特的转换工具6最近的一项研究（这是唯一一个接近这种认知翻译的例子）涉及一个突触后视盘大同源物膜相关鸟苷酸激酶（Dlg-MAGUK）成员发生突变的小鼠模型通过啮齿类动物触摸屏测试评估的支架蛋白家族与通过3种类似物评估同一基因拷贝数变异（CNV）的人类参与者相比不相同–CANTAB测试7.
虽然将啮齿动物触摸屏测试中的动物与人类触摸屏测试的动物进行比较是一种改进的方法，可以测量相似的潜在认知成分，但通过使用两个物种的相同测试因此，为了证明触摸屏分析的全部翻译能力，我们采用了相同的触摸屏测试来评估缺乏Dlg2型基因(Dlg2型−/−)和个人DLG2型目标位置配对关联任务啮齿动物版本的CNV缺失。该测试需要学习并记住三个物体中的哪一个（花、飞机、蜘蛛）与触摸屏上三个位置中的一个（分别为左、中、右）相关()8因此，学习形状和对象位置之间的成对关联。对照野生型（WT）小鼠在这项任务的训练试验中表现出逐步提高的表现，表明视觉空间学习和记忆完好无损。相比之下，Dlg2型−/−小鼠在目标-位置配对学习中表现出明显的障碍，在整个训练过程中表现始终在50%左右（机会水平）(). 与WT小鼠相似，在训练试验中，人类对照组参与者表现出逐渐获得目标-位置配对伙伴，并且由于性别或智商，表现没有差异(,补充图1). 然而，有趣的是DLG2（数据链路2）在同一测试中测试的CNV缺失没有显示出这种渐进性习得，与对照组相比，到培训结束时，他们的表现受到了损害，表现仍大致处于偶然水平(,补充图1). 这些结果惊人地概括了我们在Dlg2型−/−老鼠。
基因突变的小鼠和人类Dlg2型在相同的啮齿动物触摸屏物体定位配对任务中进行测试。(一)啮齿动物目标位置配对将学习测试与6种试验类型（S+，正确；S-，不正确）相关联。(b、 c)跨训练测试块的性能Dlg2型–/–老鼠(b条)和个人DLG2（数据链路2）CNV删除(c（c）). 小鼠：基因型、试验区块和基因型x区块交互作用存在显著差异（p<0.005）；事后（post-hoc）分析显示Dlg2型−/−在所有3个试验区块中，与WT小鼠相比，小鼠明显受损（p<0.01）。人类：对照组在不同试验组之间表现出显著差异（p<0.001）；事后（post-hoc）分析显示，区块1至区块2和区块3的性能有所改善（p<0.005）。相反，DLG2（数据链路2）参与者受损，未能表现出这种渐进性习得（p=0.549）*p<0.01。
人类基因突变DLG2（数据链路2）罕见但渗透性强，曾在精神疾病（包括精神分裂症）中报道过9,10,11,12以及最近的孤独症13、智力残疾14和双相情感障碍15此外，普通人群的认知能力也被证明受MAGUK形成的突触后信号复合体中的遗传变异的影响，这突出了这些复合体中基因的重要性，包括DLG2（数据链路2）–调节认知功能16这在我们的数据中是显而易见的：DLG2（数据链路2）CNV携带者，其中一人临床上未受影响，但表现出与其他3名临床诊断参与者相似的表现模式，与本研究中的对照组以及其他CANTAB测试相比7这些发现强调了未来合作研究的必要性，以越来越多地确定具有罕见基因突变的个体，并根据个体的特定遗传结构采用我们的认知测试方法，包括临床诊断患者和未受影响的个体。在当前的基因组时代，大量患者队列的外显子组测序通常是可以实现的，神经和神经精神疾病的遗传基础正在迅速被解开。现在比以往任何时候都更重要的是，使用带有靶向基因操作的动物模型，并结合创新的行为方法，将是有效模拟疾病相关认知功能障碍以开发新疗法的基础。我们开发可用于啮齿类动物和人类的相同分析的方法提供了强大的面部有效性，尽管在没有进一步工作的情况下不能保证构建或预测有效性，但与他们面部出现的几乎没有共同点的任务相比，更可能产生这种“神经认知有效性”。这并不是说更具生态效益的方法是不可取的；事实上，利用物种特有的行为可以产生许多优势17然而，对于这种方法，就像触摸屏方法一样，翻译中实用性的相关标准是神经认知有效性。凭借自动触摸屏测试带来的诸多优势6,8,18，本研究可能代表了第一个可能成为一种新范式方法的例子，该方法可以在动物模型中有效地模拟认知功能障碍，并将其有效地应用于临床。
方法
动物
纯合敲除小鼠Dlg2型(Dlg2型−/−)和WT同窝卵是由杂合子杂交产生的19并保持在C57BL/6J背景下。如前所述，雄性小鼠（每组10–15只）用于触摸屏任务的认知测试7。由于后勤限制，雄性小鼠无法在同一仪器内同时测试雄性和雌性小鼠，因此使用雄性小鼠，避免了与先前观察到雄性小鼠在先前测试雌性的仪器中表现出的反常行为相关的潜在混淆。在行为测试期间，小鼠的饮食限制为其自由进食体重的85%或85%以上。有水可用随意在整个实验过程中。所有实验方案均由英国内政部项目许可证批准，并根据《英国动物（科学程序）法案》（1986年）进行。
啮齿动物触摸屏操作系统中小鼠的认知测试
如前所述，测试在基于触摸屏的自动操作系统中进行7它由一个操作室（21.6×17.8×12.7厘米）组成，由透明有机玻璃墙和不锈钢网格地板组成，放置在一个声光衰减箱（40×34×42厘米）内（弗吉尼亚州圣奥尔本市Med Associates）。一个分发器将奖励颗粒（14毫克，BioServ，新泽西州Frenchtown）传送到杂志中，房间的一端有一盏室内灯和一个音调发生器。房间的另一端是一个配备红外触摸屏（16×21.2厘米）的平板显示器（Craft Data Limited，Chesham，UK）。触摸屏上覆盖着一个黑色有机玻璃“面罩”，窗口位于触摸屏前面，允许在空间上定位刺激的呈现，并防止鼠标意外触发触摸屏。屏幕上显示的刺激由定制软件（“MouseCat”，L.M.Saksida；Carola Romberg）控制，触摸屏检测并记录通过鼻尖刺激产生的反应。
目标定位配对关联学习
如前所述，通过几个阶段对动物进行仪器操作条件反射的预训练7一旦动物成功完成了预训练阶段，小鼠就被转移到正确的任务中。在对象位置配对关联学习测试中，测试了小鼠在触摸屏上物体（形状）和位置之间的关联能力20,21有三个物体（花、平面和蜘蛛）和三个正确的空间位置（分别为左、中和右）。在每次试验中，只展示了2个对象；一个对象位于其正确位置（S+），另一个对象处于两个错误位置之一（S-）。有六种可能的试验类型21因此，花只有在左边的位置出现时才会得到奖励，飞机只有在中间的位置出现才得到奖励，蜘蛛只有在正确的位置出现才会得到奖励。用鼻子敲击正确的S+会得到奖励，错误的回答会导致5秒的暂停时间，然后是纠正试验，重复试验，直到老鼠做出正确的选择。对没有刺激的反应窗口的鼻子戳被忽略。为了解决这个复杂的问题解决任务，小鼠每天进行36次试验，共50次。小鼠在20组房间中并行运行，因此实验持续了大约60天。这项任务的训练涉及到更复杂的认知，与测试啮齿动物认知的一些标准方法（例如，新物体识别、恐惧条件反射或水迷宫）相比，这项任务需要更多的训练，但由于许多优点而有所缓解6,18。在试验区组分析中，使用了45个疗程（3个疗程，共15个疗程）的数据。使用受试者之间的混合方差分析来分析组间差异，基因型作为受试者之间的因素，区块作为受试者内部的因素。配对样本t检验用于事后（post-hoc）分析以评估受试者之间的x交互作用的显著性。报告的所有值均表示平均值的平均值±标准误差。
人为控制和DLG2 CNV参与者
对照组参与者（男性n=14；女性n=16，年龄23-63岁，NART（全国成人阅读测试）得分≤120分，无重大精神疾病史，通过爱丁堡皇家医院的心理健康家庭和人群遗传学研究招募。四名CNV缺失患者DLG2（数据链路2）参与了当前研究（参见). 如前所述7，首次发现4起无关病例DLG2（数据链路2）CNV携带者（包括参与者1和3）是在国际精神分裂症联合会全基因组关联研究（GWAS）中发现的11来自1115例苏格兰精神分裂症患者（0.36%）。从筛选的978名苏格兰对照个体中，没有发现有这种CNV。扩大GWAS中发现的其中一个个体（参与者1）的系谱，导致在同一家庭中发现另外两个个体DLG2（数据链路2）CNV（2个女儿；1个诊断为精神分裂症（参与者2），1个未受影响（参与者4））。该研究是根据苏格兰多中心研究伦理委员会批准的指南进行的，所有患者或其法律代理人均书面同意收集DNA样本用于基因研究。
表1
的详细信息DLG2（数据链路2）CNV删除参与者和控件。每个参与者和对照组的性别（F，女性；M，男性）、年龄、诊断和智商（全国成人阅读测试，NART）（NART表示为平均值±SEM）。
| | 性别 | 年龄 | 诊断 | 智商（NART分数） |
|---|
| 参与者1 | F类 | 67 | 精神分裂症 | 正常（105） |
| 参与者2 | F类 | 28 | 精神分裂症 | 严重学习障碍 |
| 参与者3 | F类 | 61 | 精神分裂症 | 正常（105） |
| 参与者4 | F类 | 24 | 无 | 正常（105） |
| 控制 | F+M（n=30） | 23–63 | 无 | 正常（109.8±1.2） |
使用啮齿动物-物体-位置配对联想学习测试进行人体触摸屏测试
啮齿动物触摸屏物体-位置配对关联学习测试采用人类触摸屏平板电脑进行。该测试以与上述小鼠测试相似的方式进行。在每次试验中，只展示了2个对象；一个对象位于正确位置，另一个对象处于两个错误位置之一。为了使测试方法与啮齿类动物方案具有可比性，参与者得到了最低限度的指导。参与者被告知屏幕上会出现物体，他们需要触摸物体做出反应，电脑会通知他们选择是否正确。正确的响应导致屏幕上显示“正确”消息，错误的响应导致出现“错误–请重试”消息，然后进行更正尝试。参与者需要完成72项试验。对于试验块分析，使用了24个试验中的3个试验块。使用Friedman检验和Wilcoxon符号秩检验分析组间差异，以评估事后（post-hoc）差异。采用受试者内混合方差分析法（ANOVA）和基因型（对照组/WT，DLG2（数据链路2）CNV删除/Dlg2型−/−)物种（人、鼠）作为受试者之间的因素，试验块作为受试对象之间的因素。报告的所有值均表示平均值的平均值±标准误差。
