Abstract Traditionally, in biomedical animal research, laboratory rodents are individually examined in test apparatuses outside their home cages at selected time points. However, the outcome of such tests can be influenced by the novel environment, the time of day, separation from the social group, or the presence of an experimenter. Moreover, valuable information may be missed when the animals are only monitored in short periods. These issues can be overcome by longitudinal monitoring mice and rats in their home cages. To shed light on the development of home cage monitoring (HCM) and the current state of the art, a systematic review was carried out on 521 publications retrieved through PubMed and Web of Science. Both the absolute (∼ ×26) and relative (∼ ×7) number of HCM-related publications increased from 1974 to 2020. In both mice and rats, there was a clear bias towards males and individually housed animals, but during the past decade (2011–2020), an increasing number of studies used both sexes and group housing. More than 70 % of the studies did not involve a disease model, but the percentage of studies using disease models increased since the 2000s. In most studies, animals were kept for short (up to 4 weeks) length periods in the HCM systems; intermediate length periods (4–12 weeks) increased in frequency in the years between 2011 and 2020. Before the 2000s, HCM techniques were predominantly applied for less than 12 hours, while 24-hour measurements have been more frequently since the 2000s. The systematic review demonstrated that manual monitoring is decreasing but still relevant. Until (and including) the 1990s, most techniques were applied manually but have been progressively replaced by automation since the 2000s. Independent of the publication year, the main behavioral parameters measured were locomotor activity, feeding, and social behaviors; the main physiological parameters were heart rate and electrocardiography. External appearance-related parameters were rarely examined in the home cages. Due to technological progress and application of artificial intelligence, more refined and detailed behavioral parameters could be investigated in the home cage in recent times. Over the period covered in this study, techniques for HCM of mice and rats has improved considerably. This development is ongoing and further progress and validation of HCM systems will extend the applications to allow for continuous, longitudinal, non-invasive monitoring of an increasing range of parameters in group-housed small rodents in their home cages.

Abstract There is growing evidence that enrichment of housing conditions of laboratory animals has positive effects on behavior, growth, and health. Laboratory mice spend most of their lives in their housing rather than in experimental apparatus, so improving housing conditions is a first-choice approach to improving their welfare. Despite the increasing popularity of enrichment, little is known about whether it is also perceived as being beneficial from the animal’s point of view. This is especially true due to the fact that ‘enrichment’ has become an umbrella term that encompasses a wide variety of different elements. Therefore, we categorized enrichment items according to their prospective use into the categories ‘structural’, ‘housing’, and ‘foraging’. In multiple binary choice tests we let 12 female C57BL/6J mice chose and rank 5 enrichment items per category. All possible pair combinations of enrichment items within each category were presented counterbalanced for a 46-hour period in a home cage based system consisting of two interconnected cages. A new analyzing method combined the binary decisions and ranked the enrichment items within each category by calculating worth values and consensus errors. Mice ranked the lattice ball (foraging), the rope (structural) and the second plane (structural) in upper positions. No clear preferences were determined for different types of housing enrichment during inactive times (light phase) whereas these objects were actively explored during the dark phase. Here the floorhouse and the paperhouse revealed high worth values. Overall, a high consensus error in ranking positions was observed reflecting strong individual differences in preferences. This highlights the importance of a varied enrichment approach as not all mice prefer the same item at all times. Given the known overall beneficial effects of enrichment, these data will help to provide appropriate enrichment elements to improve animal welfare and refine animal experimentation.

Abstract To compare the severity of experimental procedures and behavioural tests from an animal’s perspective novel methods are needed. In theory, one feasible approach could be the use of a conditioned place preference test (CPP). In this test the preference for a certain area in a test apparatus is associated with an experimental treatment. Traditionally, the CPP is used to investigate, for example, the effects of drugs. Here, we wanted to develop a protocol, which instead would enable us to compare the effects of different experimental procedures conducted with mice. Nine experiments with C57BL/6J mice were performed, varying the setup, the procedure duration, the neutral to be conditioned stimuli (NS → CS; visual and/or textual), and the unconditioned stimuli (US; fixation, food reward, or weighing) as well as the presentation order (NS before, after, or parallel to US). Unfortunately, none of the tested protocol resulted in a distinct preference. Moreover, even simple protocols using food reward as a treatment failed to result in a conditioned place preference. Overall, none of the protocols was sufficient to form a reliable association between NS and US. We have scrutinized the experimental setup in detail, and we cannot present a solution yet. However, hopefully, our findings will help to create a working CPP to compare the severity of different experimental procedures for mice.

Abstract In rodents, the T-maze test is commonly used to investigate spontaneous alternating behaviour but it can also be used to investigate memory, stimuli discrimination or preference between goods. However, especially regarding T-maze preference tests there is no recommended protocol and researchers frequently report reproduction difficulties of this test using mice. Here, we aimed to develop an efficient protocol with female C57BL/6J mice, conducting two preference tests with different design: In a first test, on two consecutive days with five trials, thirteen mice had to choose between two fluids. In a second preference test, on five consecutive days with two (week 1) or three (week 2) trials, twelve mice had to choose between one arm containing bedding mixed with millet and one containing only bedding. This test design resembled a simple learning test (learn where to find the rewarded and the unrewarded arm on the basis of spatial, olfactory and visual cues). In both experiments, mice took only a few seconds per trial to run the maze and make their choice. However, in both experiments mice failed to show any preference for one of the arms. Instead, they alternated choices. We therefore believe the T-maze test to be rather unsuitable to test preference or learning behaviour with C57BL/6J mice.

Abstract The cognitive bias test is used to measure the emotional state of animals with regard to future expectations. Thus, the test offers a unique possibility to assess animal welfare with regard to housing and testing conditions of laboratory animals. So far, however, the performance of such a test is time consuming and requires the presence of an experimenter. Therefore, we developed an automated and home-cage based cognitive bias test based on the IntelliCage system. We present several developmental steps to improve the experimental design leading to a successful measurement of cognitive bias in group-housed female C57BL/6J mice. The automated and home-cage based test design allows to obtain individual data from group-housed mice, to test the mice in their familiar environment, and during their active phase. By connecting the test-cage to the home-cage via a gating system, the mice participated in the test on a self-chosen schedule, indicating high motivation to actively participate in the experiment. We propose that this should have a positive effect on the animals themselves as well as on the data. Unexpectedly, the mice showed an optimistic cognitive bias after enrichment was removed and additional restraining. An optimistic expectation of the future as a consequence of worsening environmental conditions, however, can also be interpreted as an active coping strategy in which a potential profit is sought to be maximized through a higher willingness to take risks.

Abstract Existing methods for analysis of home cage based preference tests are either time consuming, not suitable for group management, expensive and/or based on proprietary equipment that is not freely available. For this reason, we developed an automated system for group housed mice based on radio frequency identification: the Mouse Position Surveillance System (MoPSS). The system uses an Arduino microcontroller with compatible components, it is affordable and easy to rebuild for every laboratory. The MoPSS was validated using female C57BL/6J mice and manual video comparison. It proved to be accurate even for fast moving mice (up to 100 % accuracy after logical reconstruction), and is already implemented in several studies in our laboratory. Here, we provide the complete construction description as well as the validation data and the results of an example experiment. This tracking system will allow group-based preference testing with individually identified mice to be carried out in a convenient manner, creating the foundation for better housing conditions from the animals’ perspective.