The Investigation of Animal Welfare Themes with Text-mining in Rodent Research

Abstract

Objectiveː The multifaceted nature of welfare assessment creates rich textual content that can be analyzed using text mining approaches to understand how different welfare dimensions (3Rs) are prioritized and discussed. Through a systematic examination of text mining methodologies, topic modeling approaches, and current practices in animal welfare research. This study aims to examine how the concept of animal welfare is addressed in the scientific literature, particularly in studies involving rodent models such as rats and mice, using text mining techniques. Methodː A search protocol containing the keywords "animal welfare," "3R principle," and "rat, mice, mouse" was applied to the PubMed database, yielding 828 studies. Word frequency, word relationships, and sentiment analysis were conducted using text mining, and the R (v4.5.1) programming language was used for the analyses. Resultsː The text analyzed a dataset of 2633 terms, revealing that mice were more frequently encountered than other species. A word cloud was created and strong associations were found between frequent terms. The sentiment classification model achieved maximum precision and recall, with recall values of 1,00 for both negative and positive sentiment classes. The mean and median sentiments were positive, indicating a positive corpus. Conclusionː Our findings show that welfare discussions in rodent studies are dominated by mice and focus primarily on Refinement and Reduction while Replacement remain underrepresented. These insights highlight the need for a more balanced consideration of all 3Rs to advance ethically responsible and scientifically rigorous animal research.

Keywords

• Animal Welfare
• Text-mining
• Rodent
• 3R

Ethical Statement

Since the data used in this study were obtained from the Web of Science (WoS) database, approval from an ethics committee is not required.

Kemirgen Araştırmalarında Hayvan Refahı Temalarının Metin Madenciliği ile İncelenmesi

Abstract

Amaç: Refah değerlendirmesinin çok yönlü doğası, farklı refah boyutlarının (3R’ler) nasıl önceliklendirildiğini ve tartışıldığını anlamak için metin madenciliği yaklaşımlarıyla analiz edilebilecek zengin bir metinsel içerik oluşturur. Metin madenciliği yöntemleri, konu modelleme yaklaşımları ve hayvan refahı araştırmalarındaki güncel uygulamaların sistematik bir incelemesi aracılığıyla hesaplamalı metin analizinin kemirgen çalışmalarında refah kavramlarının nasıl ele alındığını anlamadaki hem potansiyelini hem de zorluklarını vurgulamaktadır. Bu çalışma, özellikle sıçan ve fare gibi kemirgen modellerini içeren çalışmalarda, bilimsel literatürde hayvan refahı kavramının nasıl ele alındığını metin madenciliği teknikleri kullanarak incelemeyi amaçlamaktadır. Yöntem: PubMed veri tabanında “animal welfare”, “3R principle”, “rat, mice, mouse” anahtar kelimeleri içeren bir arama protokolü uygulanmış ve 828 çalışmaya ulaşılmıştır. Metin madenciliği ile kelime sıklığı, kelimeler arası ilişkiler, duygu analizi yapılmış olup, analizler için R (v4.5.1) programlama dilinden yararlanılmıştır. Bulgular: Metin, 2633 terimden oluşan bir veri kümesi üzerinde analiz edilmiştir ve farelerin diğer türlere göre daha sık yer aldığı görülmüştür. Kelime bulutu oluşturulmuş ve sık kullanılan terimler arasında güçlü ilişkiler tespit edilmiştir. Duygu sınıflandırma modeli maksimum hassasiyet ve duyarlılığa ulaşmış; hem negatif hem de pozitif duygu sınıfları için duyarlılık değerleri 1,00 olarak bulunmuştur. Ortalama ve medyan duygu değerleri pozitif çıkmış, bu da genel olarak olumlu bir metin kümesine işaret etmektedir. Sonuç: Bulgularımız, kemirgen çalışmalarındaki refah tartışmalarının fareler tarafından domine edildiğini ve esas olarak iyileştirme (Refinement) ve azaltma (reduction) üzerine odaklandığını, buna karşın yerine koyma (Replacement) boyutlarının daha az temsil edildiğini göstermektedir. Bu bulgular, etik açıdan sorumlu ve bilimsel olarak titiz hayvan araştırmalarını ilerletmek için tüm 3R’lerin daha dengeli bir şekilde dikkate alınması gerektiğini vurgulamaktadır.

Keywords

• Hayvan refahı
• Metin madenciliği
• Kemirgen
• 3R

Ethical Statement

Bu araştırmada kullanılan veriler Web of Science (WoS) veri tabanından elde edilen çalışmalar olduğundan etik kurul onayı gerekmemektedir.

References

1. 1. Sneddon LU, Halsey LG, Bury NR. Considering aspects of the 3Rs principles within experimental animal biology. J Exp Biol 2017;220(17):3007–3016. doi:10.1242/jeb.147058
2. 2. Mak IW, Evaniew N, Ghert M. Lost in translation: animal models and clinical trials in cancer treatment. Am J Transl Res 2014;6(2):114–118. ISSN:1943-8141/AJTR1312010
3. 3. Van der Worp HB, et al. Can animal models of disease reliably inform human studies? PLoS Med 2010;7(3):e1000245. doi:10.1371/journal.pmed.1000245
4. 4. Galef BG Jr. Environmental enrichment for laboratory rodents: Animal welfare and the methods of science. J Appl Anim Welf Sci 1999;2(4):267–280. doi:10.1207/S15327604JAWS0204_4
5. 5. Broom DM. A history of animal welfare science. Acta Biotheor 2011;59(2):121–137. doi:10.1007/s10441-011-9123-3
6. 6. Mellor DJ, Beausoleil NJ. Extending the “Five Domains” model for animal welfare assessment to incorporate positive welfare states. Anim Welf 2015;24(3):241–253. doi:10.7120/09627286.24.3.241
7. 7. Jirkof P, Rudeck J, Lewejohann L. Assessing affective state in laboratory rodents to promote animal welfare—what is the progress in applied refinement research? Animals 2019;9(12):1026. doi:10.3390/ani9121026
8. 8. Russell WMS, Burch RL. The Principles of Humane Experimental Technique. London: Methuen; 1959.

9. 9. Flecknell P. Replacement, reduction and refinement. ALTEX 2002;19(2):73–78. ISSN: 1868-596X
10. 10. Balls M, Combes RD, Worth AP. The Three Rs and the Humanity Criterion: Past, Present and Future. ATLA 2009;37(3):217–232. doi:10.1177/026119290903700302
11. 11. National Research Council (NRC). Guide for the Care and Use of Laboratory Animals. 8th ed. 2011. doi:10.17226/12910
12. 12. European Commission. Questions and answers on revising the directive for the protection of animals used in scientific experiments [Internet]. Brussels: European Commission; 2008 Nov 5 [cited 2026 Jun 24]. Available from: https://ec.europa.eu/commission/presscorner/detail/en/memo_08_677
13. 13. Olsson IAS, Westlund K. More than numbers matter: The effect of social factors on behaviour and welfare of laboratory rodents and implications for refinement and reproducibility. Appl Anim Behav Sci 2007;103(3–4):229–254. doi:10.1016/j.applanim.2006.05.022
14. 14. Dalla Costa E, et al. Text Mining Analysis to Evaluate Stakeholders’ Perception Regarding Welfare of Equines, Small Ruminants, and Turkeys. Animals 2019;9(5):225. doi:10.3390/ani9050225
15. 15. Kwartler T. Text Mining in Practice with R. Hoboken (NJ): John Wiley & Sons; 2017.
16. 16. Fraser D. Assessing animal welfare: Different philosophies, different scientific approaches. Zoo Biol 2009;28(6):507–518. doi:10.1002/zoo.20253
17. 17. Mellor DJ. Updating animal welfare thinking: Moving beyond the “Five Freedoms” towards “A Life Worth Living”. Animals 2016;6(3):21. doi:10.3390/ani6030021
18. 18. Feinerer I, Hornik K, Meyer D. Text Mining Infrastructure in R. J Stat Softw 2008;25(5):1–54. doi:10.18637/jss.v025.i05
19. 19. Silge J, Robinson D. Text Mining with R: A Tidy Approach. Sebastopol (CA): O'Reilly Media; 2017.
20. 20. Mohammad SM, Turney PD. Emotions evoked by common words and phrases. NAACL-HLT Workshop; 2010 Jun; Los Angeles, CA, USA. p. 26–34. ACL Anthology ID: W10-0208.
21. 21. Pang B, Lee L. Opinion mining and sentiment analysis. Found Trends Inf Retr 2008;2(1–2):1–135. doi:10.1561/1500000011
22. 22. Bayne K, Turner PV. Animal welfare standards and international collaborations. ILAR J 2019;60(1):88–98. doi:10.1093/ilar/ilz019
23. 23. Taylor K, Alvarez LR, Grant R. The global framework for animal welfare: Science, ethics and law. Animals 2018;8(3):50. doi:10.3390/ani8030038
24. 24. Bayvel ACD, Cross N. Animal welfare: A complex domestic and international public-policy issue—Who are the key players? Animals 2012;2(3):480–506. doi:10.3390/ani2030480
25. 25. Fraser D. Understanding Animal Welfare: The Science in Its Cultural Context. 2nd ed. 2023. ISBN: 978-1119933816.
26. 26. Balcombe JP, Barnard ND, Sandusky C. Laboratory routines cause animal stress. Contemp Top Lab Anim Sci 2004;43(6):42–51. PMID: 15669134
27. 27. Törnqvist E, et al. Strategic focus on 3R principles reveals major reductions in the use of animals in pharmaceutical toxicity testing. PLoS One 2014;9(7):e101638. doi:10.1371/journal.pone.0101638
28. 28. Herrmann K, Pistollato F, Stephens ML. Beyond the 3Rs: Expanding the use of human-relevant replacement methods in biomedical research. ALTEX 2019;36(3):343–352. doi:10.14573/altex.1907031
29. 29. Hånell A, Marklund N. Structured evaluation of rodent behavioral tests used in drug discovery research. Front Behav Neurosci 2014;8:252. doi:10.3389/fnbeh.2014.00252
30. 30. Dominguez-Oliva A, et al. The importance of animal models in biomedical research: current insights and applications. Animals 2023;13(7):1223. doi:10.3390/ani13071223
31. 31. Ratuski AS, Weary DM. Environmental enrichment for rats and mice housed in laboratories: a metareview. Animals 2022;12(4):414. doi:10.3390/ani12040414
32. 32. Bayne K, Würbel H. The impact of environmental enrichment on the outcome variability and scientific validity of laboratory animal studies. Rev Sci Tech 2014;33(1):273–280. doi:10.20506/rst.33.1.2277
33. 33. Grimm H, et al. Advancing the 3Rs: innovation, implementation, ethics and society. Front Vet Sci 2023;10:1185706. doi:10.3389/fvets.2023.1185706