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 Background Enrichment of home cages in laboratory experiments offers clear advantages, but has been criticized in some respects. First, there is a lack of definition, which makes methodological uniformity difficult. Second, there is concern that the enrichment of home cages may increase the variance of results in experiments. Here, the influence of more natural housing conditions on physiological parameters of female C57BL/6J mice was investigated from an animal welfare point of view. For this purpose, the animals were kept in three different housing conditions: conventional cage housing, enriched housing and the semi-naturalistic environment. The focus was on musculoskeletal changes after long-term environmental enrichment. Results The housing conditions had a long-term effect on the body weight of the test animals. The more complex and natural the home cage, the heavier the animals. This was associated with increased adipose deposits in the animals. There were no significant changes in muscle and bone characteristics except for single clues (femur diameter, bone resorption marker CTX-1). Additionally, the animals in the semi naturalistic environment (SNE) were found to have the fewest bone anomalies. Housing in the SNE appears to have the least effect on stress hormone concentrations. The lowest oxygen uptake was observed in enriched cage housing. Conclusions Despite increasing values, observed body weights were in the normal and strain-typical range. Overall, musculoskeletal parameters were slightly improved and age-related effects appear to have been attenuated. The variances in the results were not increased by more natural housing. This confirms the suitability of the applied housing conditions to ensure and increase animal welfare in laboratory experiments.

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.