Noise-induced Behavioral and Metabolic Alterations in Mice and Key Factors for the Successful Implementation of Environmental Enrichment = 소음에 의한 마우스의 행동 및 대사 변화와 환경풍부화 성공적 시행의 핵심 요소

국문 초록 (Abstract)

적절한 동물 사육환경의 제공은 동물의 건강과 복지 향상에 필수적입니다. 소음은 동물이 간접적으로 접하는 물리적 환경 요인(거시환경 요소) 중 하나이며, 환경풍부화(environmental enrichment, EE)는 동물을 직접 둘러싼 미세환경에 작용하여 긍정적 자극을 제공하고 환경에 대한 통제능력을 향상시켜 환경 스트레스 요인에 대해 더욱 잘 대처하게 합니다. 따라서 동물실험시설을 운영할 때에는 소음 스트레스의 관리와 환경풍부와 적용은 반드시 고려되어야 할 핵심 요소입니다. 본 연구는 실험동물에게 미치는 물리적 환경의 영향을 소음 노출을 중심으로 행동학적•대사학적 지표를 통해 규명하고, 환경 개선을 가능하게 하는 요인을 환경풍부화 적용을 기준으로 탐색하고자 하였습니다.
첫 번째 연구에서는 마우스를 70–100 dB의 소음에 50일간 노출시켜 환경 소음 스트레스가 유발하는 행동학적•대사학적 변화를 평가하였습니다. 소음 노출은 혈중 코르티솔 상승과 아교섬유산성단백질(GFAP) 발현 증가, 뇌 내 GAD67 발현 감소가 확인되어 억제성 신경전달 기능의 저하를 시사하였습니다. 이러한 변화는 활동성 증가 및 불안 감소의 행동변화로 나타났으며, HDL 콜레스테롤 저하, 간 내 leptin 및 SR-B1 발현 증가, 지방세포 비대 등 대사 이상도 동반되었습니다.
두 번째 연구에서는 국내 631명의 실험동물 관련 종사자를 대상으로 환경풍부화 실천에 영향을 미치는 요인을 조사하였습니다. 분석 결과, 기관의 재정 지원, 전임수의사 배치, 그리고 기관 내 교육 프로그램의 운영이 환경풍부화 성취에 유의미한 영향을 미쳤으며, 정부 주도의 교육지원 필요성 인식 또한 긍정적 요인으로 작용하였습니다.
이 연구는 환경 소음으로 인한 스트레스가 신경전달물질 조절을 통해 마우스의 운동 활동을 증가시키고 불안을 감소시키는 동시에, 비만 위험을 증가시킬 수 있음을 제시합니다. 또한 환경풍부화 적용을 기준으로 한 분석을 통해, 환경 개선을 위해서는 재정적•수의학적•교육적 기반이 필수적임을 보여줍니다. 본 연구는 실험동물시설의 환경 관리를 포함한 동물 사용과 관리 프로그램 설계 시 중요한 근거자료로 활용될 수 있을 것입니다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Providing an appropriate environment is essential for ensuring animal health and welfare. Noise is one of the macro-environmental factors, whereas environmental enrichment (EE) acts on the microenvironment surrounding the animals to provide positive stimulation and enhance their ability to cope with environmental stressors. Therefore, noise control and the implementation of EE should be considered key components in animal care and use programs. This study investigated how environmental noise affects the liver, adipose tissue, and brain metabolic functions, leading to behavioral and body weight changes, and explored the factors that enable environmental improvement based on the application of EE.
In the first experiment, mice were exposed to construction noise (70–100 dB) for 50 days to examine the behavioral and metabolic consequences of environmental noise stress. Noise exposure caused an acute increase in plasma cortisol levels, elevated glial fibrillary acidic protein (GFAP) expression, and reduced expression of glutamic acid decarboxylase 67 (GAD67) in mice brain, suggesting impaired inhibitory neurotransmission. Mice exposed to noise exhibited hyperactivity, reduced anxiety and metabolic disturbances, including decreased serum HDL cholesterol, increased hepatic leptin and SR-B1 expression, and adipocyte hypertrophy.
In the second study, a survey was conducted among researchers and employees involved with laboratory animals in South Korea to identify factors influencing the implementation of EE. Binary logistic regression analysis revealed that institutional financial support, the presence of an attending veterinarian (AV), and in-house training programs significantly improved EE achievement. Moreover, recognition of the need for government-supported education also showed a positive effect.
These findings indicate that environmental noise stress alters neurotransmission, increasing locomotor activity and reducing anxiety while potentially promoting obesity risk in mice. The implementation of EE can help animals better cope with environmental stressors. Analysis based on EE application further highlights that institutional financial support and government-supported education, AV employment, and structured training programs are essential for improving the environment of laboratory animals.

목차 (Table of Contents)

• Abstract i
• Contents ⅳ
• List of Figures ⅵ
• List of Tables ⅶ
• Chapter Ⅰ. Effects of Chronic Construction Noise Exposure on Hyperactive, Anxiolytic, and Obesogenic Phenotypes in Mice 1
• Graphical Abstract 2
• 1. Introduction 3
• 2. Materials and Methods 8
• 3. Results 20
• 4. Discussion 52
• Chapter Ⅱ. Identification of Financial Support, Attending Veterinarians, and Training Programs as Key Factors in Achieving Environmental Enrichment 61
• Graphical Abstract 62
• 1. Introduction 63
• 2. Materials and Methods 66
• 3. Results 74
• 4. Discussion 95
• Conclusion 106
• Supplementary Materials 108
• References 116
• Abstract in Korean 127