ومزدوجة-H المتاهة: اختبار السلوكي قوية للتعلم والذاكرة في القوارض

Summary

The goal of this protocol is to investigate spatial cognition in rodents. The double-H water maze is a novel test, which is particularly useful to elucidate the different components of learning, consolidation and memory, as well as the interplay of memory systems.

Abstract

بحث الإدراك المكاني في القوارض توظف عادة استخدام المهام المتاهة، والتي تختلف من متاهة إلى أخرى الصفات. هذه المهام تختلف من المرونة السلوكية والمطلوبة مدة الذاكرة، وعدد من الأهداف والممرات، وكذلك تعقيد مهمة بشكل عام. وهناك ميزة الخلط في كثير من هذه المهام هي عدم وجود رقابة على الاستراتيجية المستخدمة من قبل القوارض للوصول إلى الهدف، على سبيل المثال، غيري التركيز (الإجرائية) استراتيجيات (التقريرية مثل) أو أناني القائمة. المزدوج H المتاهة هي المياه الهروب مهمة ذاكرة الرواية التي تتناول هذه القضية، من خلال السماح للالمجرب لتوجيه النوع من الاستراتيجية المستفادة خلال فترة التدريب. المزدوج H متاهة هو جهاز شفاف، والذي يتألف من حواري المركزي مع جاحظ ثلاثة الأسلحة على كلا الجانبين، جنبا إلى جنب مع منصة الهروب المغمورة في أقصى من واحدة من هذه الأسلحة.

يمكن تدريب الفئران باستخدام استراتيجية غيري التركيز بالتناوب الواحدموقف الفن في متاهات بطريقة لا يمكن التنبؤ بها (انظر البروتوكول 1؛ §4.7)، مما يتطلب منهم لمعرفة مكان وجود منصة على أساس العظة allothetic المتاحة. بدلا من ذلك، استراتيجية التعلم أناني (بروتوكول 2؛ §4.8) يمكن استخدامها عن طريق الإفراج عن الفئران من نفس الموقف خلال كل محاكمة، حتى تعلم نمط الإجرائية اللازمة للوصول إلى الهدف. وقد ثبت هذه المهمة للسماح لتشكيل آثار الذاكرة مستقرة.

يمكن سبر الذاكرة بعد فترة التدريب في محاكمة التحقيق المضللة، التي الموقف المبدئي لالمناوبين الفئران. بعد نموذج التعلم أناني، يلجأ الفئران عادة إلى استراتيجية تستند إلى غيري التركيز، ولكن فقط عندما عرض أولي على العظة خارج المتاهة يختلف بشكل ملحوظ من مركزها الأصلي. ومناسبة بشكل مثالي لاستكشاف هذه المهمة آثار المخدرات / اضطرابات على غيري التركيز / أداء الذاكرة أناني، وكذلك التفاعلات بين عشرجنوب شرقي أنظمة الذاكرة اثنين.

Introduction

في الحيوانات، وتوسط التعلم بشكل أساسي من قبل أنظمة الذاكرة hippocampal- والقائم على العقدة المخططة ^1،2، التي تلعب الأدوار المركزية بشأن مكان-والإجرائية الذاكرة، على التوالي. العلاقة بين هذين النظامين معقدة، وأنها تعرف أن تتفاعل مع بعضها البعض بطرق تعاونية أو تنافسية ^1،3. وبالإضافة إلى ذلك، فقد أظهرت الدراسات أن تأثير أي من هذه الأنظمة الذاكرة على سلوك الحيوان يمكن أن تزيد بعد غياب أو الضرر من نظام آخر ^4-7. وترتبط كل من هذه الأنظمة إلى قشرة الفص الجبهي عبر المهاد.

اضطرابات عصبية عديدة وأمراض الاعصاب يمكن أن تؤثر على الإدراك المكاني في البشر، والتي تعتمد على التفاعل بين أنظمة الذاكرة الإجرائية والتقريرية. ومن الأمثلة على ذلك مرض باركنسون (PD)، مرض هنتنغتون (HD) ^10/08، ومرض الزهايمر (AD) ^14/11، وكذلكالتصلب الضموري الجانبي (ALS) ^15. النماذج الحيوانية، والتي هي ذات الصلة لهذه الاضطرابات يمكن أن يتسبب من خلال مختلف العلاجات التي تمنع مستقبلات معينة ^16، وكذلك من خلال الآفات المستهدفة. عندما تستخدم هذه الحيوانات مع مهام الذاكرة المكانية، وهي معلومات قيمة يمكن الحصول عليها في الآليات الكامنة المتعلقة بهذه الاضطرابات، فضلا عن خيارات العلاج المختلفة.

هناك العديد من أنواع مختلفة من المهام المتعلقة بالذاكرة المكانية في القوارض، والتي تم تصميمها بشكل جماعي لتقييم جوانب محددة من التعلم والذاكرة، فضلا عن آثار العلاجات المحتملة للاضطرابات المختلفة ^17،18. هذه المهام يمكن تمييزها من قبل عدد من الأهداف والممرات، ودرجة من المرونة السلوكية في حل هذه المهمة، ومدة الذاكرة أو تأخير، وكذلك اختيار الاستراتيجية المستخدمة في حل هذه المهمة. ويمكن الحصول على أداء جيد على أساس العظة الخارجية أو المعالم التي تستخدم لتوجيهالحيوان لتحقيق هدف (استراتيجية غيري التركيز أو مكان). بدلا من ذلك، القوارض قد وضع استراتيجية والتي تقوم على الاتجاه جسدي والعظة فيما يتعلق الاتجاه للتحرك في (استراتيجية أناني أو الإجرائية)، على سبيل المثال، إذا كان الجرذ يعرف أن الهدف هو واحد يسارا تليها يمينا واحدة ، ثم ليست هناك حاجة كبيرة لاستراتيجية غيري التركيز أو مكان. المهام متاهة غالبا ما تختلف بناء على درجة من المرونة المقدمة للالقوارض في حلها. على سبيل المثال، في المياه متاهة موريس، وهو نسخة الجاف من الأخير (على سبيل المثال، ¹⁹⁾ أو المتاهة بارنز (على سبيل المثال، ^20)، وهناك طرق لا حصر لها يمكن أن تكون الفئران يمكن أن تتخذ للوصول الى الهدف. في المياه متاهة موريس، على سبيل المثال، موقع الهدف يمكن استخلاصها بناء على المعالم الخارجية أو العظة (استراتيجية غيري التركيز) أو ببساطة عن طريق السباحة في دوائر نحو المركز حتى يتم العثور على منصة (استراتيجية أناني) ^21. مهام معينة لها أهداف متعددةوعلى درجة عالية من المرونة، مثل المهام الميدانية مخروط ²² أو شعاعي أولتون في المتاهة ^23. في الطرف الآخر من المقياس هي المهام التي توفر مرونة محدودة في الوصول إلى الهدف، على سبيل المثال، المتاهة حجر، أو النسخة بالتناوب من T-المتاهة. توفر هذه المهام واحد فقط الطريقة الصحيحة للوصول إلى الهدف، وتسهل ظهور الروتينية المعرفية التي تخضع بشكل أساسي من قبل نظام الذاكرة الإجرائية على أساس العقدة المخططة.

المزدوج H المتاهة هي المكاني جهاز اختبار الذاكرة الرواية، والذي تم تصميمه للسماح للمجرب لتوجيه نوع من الاستراتيجية التي يتم استخلاصه من قبل القوارض في حل هذه المهمة ^24. تتكون من ثلاثة المدى الأسلحة موازية يقطعها زقاق المركزي عمودي، المزدوج H متاهة مهمة المياه الهروب التي القوارض تعلم للوصول إلى منصة الهروب التي هي مغمورة في أحد المواقع المتاهة. خلال التدريب، ووضع استراتيجية إجرائية يمكن تطويرها من خلال الحفاظ على رانه يبدأ نفسها ومواقع هدف طوال الوقت. بدلا من ذلك، يمكن وضع استراتيجية غيري التركيز بالتناوب موقع البدء في ترتيب عشوائي، مما يتطلب الفئران لمعرفة مكان وجود منصة خفية بناء على الأدلة البيئية كما يجب عليها أن تفعله في متاهة مائية. هذا يتغلب على عقبة موجودة في العديد من المهام متاهات المختلفة، والتي المجرب لديه إلا القليل من السيطرة على نوع من الاستراتيجية التي القوارض الاستفادة منها. وهذا أمر مهم عند النظر أن آثار بعض المرشحين المخدرات تعزيز الإدراك تعتمد على النظام مكان الذاكرة القائمة على قرن آمون، وبالتالي فإن ظهور الروتينية أو الإجراءات المعرفية قد تربك تفسير الملاحظات السلوكية عند الحيوانات، على سبيل المثال التحول من غيري التركيز إلى الذاكرة الإجرائية أثناء التدريب. وبالمثل، قد يكون مطلوبا لتقييم آثار الأدوية والعلاجات في الذاكرة الإجرائية، من دون تأثير الذاكرة على أساس مكان غيري التركيز. وأخيرا، وهذا الجهازيمكن استخدامها لدراسة التفاعلات التعاونية أو المنافسة بين هذه النظم الذاكرة، والظروف التي القوارض قد التحول من نظام إلى آخر.

Protocol

1. اعتبارات عامة

تمت الموافقة على هذا البروتوكول من قبل لجنة رعاية الحيوان واستخدام مستشفى جامعة فرايبورغ (نفس لستراسبورغ). حدة البصر ضرورية لأداء في اختبارات التعلم المكاني. القوارض مع النظم البصرية ضعف وبالتالي لا تصلح. أيضا، يجب أن تكون الإضاءة كافية من أجل الفئران لمعرفة الإشارات المختلفة الموجودة على الجدران المحيطة بها. ومن المفيد للاستفادة من العظة الأساسية على شكل (مربع، دائرة، مثلث) ولكن يتناقض بشكل جيد (على سبيل المثال، والعظة سوداء رسمت على خلفية بيضاء رسمت). وبالمثل، فإن العجز حركية شديدة هي معايير الاستبعاد لأنه مطلوب للسباحة لهذا الاختبار والغرق قد تحدث. أخيرا، يمكن القوارض شديدة القلق تعرض سلوك البحث منحازة بقوة، مما يؤثر على الأداء.

2. جهاز محدد حتى

1. بناء مزدوج-H متاهة تتكون من 160 سم زقاق المركزي، التي تتقاطع عند كلا الطرفين وفي وسطثلاث 160 سم بالتوازي تشغيل الأسلحة (انظر الشكل 1). تأكد من أن يربطه المركزي وسلاحه عمودي و20 سم، ومحاطة 35 سم ارتفاع الجدران زجاجي شفاف. سمك زجاجي هو 6 ملم لجميع أجزاء.
2. تأمين الجدران في مكانها باستخدام الغراء والمسامير، ومقاومة للماء المتاهة باستخدام المفاصل سيليكون في جميع الزوايا الداخلية. هذه المفاصل يمكن الاستعاضة عنها بسهولة يجب أن يفقدوا مقاومة الماء الخاصة بهم. وضع منفذ استنزاف عند ذروة واحدة من الأسلحة ركنية (أو في وسط المتاهة) لتفريغ.
3. وضع المتاهة على طاولة ارتفاع 80 سم، مع مساحة كافية حوله ل) يتجول في المتاهة، وب) وضع الاشارات يتناقض بشكل جيد. تعيين كل ذراع في متاهات بموقفها، أي شمال غرب (NW)، الشمال (N)، شمال شرق (NE)، جنوب غرب (SW)، (S) إلى الجنوب، والجنوب الشرقي (SE).
4. وضع كاميرا مثبتة على السقف فوق متاهة لتحليل ما بعد اختبار سلوك الحيوان، وذلك باستخدام إما يدويا أو AUTomatic (فيديو تتبع) طرق (انظر §5).

3. تعليقات عامة

1. قبل استخدامها، وملء متاهة مع الماء إلى ارتفاع تقريبي من 18 سم (200 L). هذا هو مرتفعة بما يكفي لمنع الفئران من لمس الجزء السفلي من المتاهة بأقدامهم، ولكن الضحلة بما يكفي لمنعه من الهرب.
2. بعد مرحلة ما قبل التدريب، وتقديم مبهمة المياه عن طريق خلط 250 غرام مسحوق الحليب الخالي من الدسم. تغيير الماء بشكل يومي لمنع المياه الحليب من أن تصبح زنخ. الحفاظ على درجة حرارة الماء بين 21-23 درجة مئوية إلى توفير حافز للفئران السعي للحصول على منصة الهروب.
   ملاحظة: عندما تصبح الفئران مطلعة على موقف منصة خلال مرحلة ما قبل التدريب، يتم نقل موقفها إلى ذراع مختلفة أثناء التدريب.
3. قبل الاستخدام، وتزج 17 سم ارتفاع، 10 سم منصة قطرها في أقصى أحد الأسلحة الزاوية (NE، NW، SE أو SW). ضمان ارتفاع لتكون مغمورة هو 1 سم تحت سطح سطح الماء. تدريب الفئران للوصولالنظام الأساسي الهدف باستخدام إما غيري التركيز أو استراتيجية التعلم أناني، التي تعتمد على نوع النموذج المستخدمة (انظر §4).

4. بروتوكولات التدريب الأساسي

عادة يتم توفير الفئران مع اليوم الأول من مرحلة ما قبل التدريب، والذي يسمح لهم أن يصبحوا على دراية المتاهة: ملاحظة.

1. لمرحلة ما قبل التدريب الافراج عن الفئران من طرف واحد من مركز الأسلحة (على سبيل المثال، S الذراع) ووضع منصة الهدف عند ذروة واحدة من الأسلحة الزاوية (على سبيل المثال، NE)، ثم إعطاء الفئران 4 التوالي 60 ثانية المحاكمات التي للوصول إلى منصة الهدف.
2. عند الوصول إلى منصة الهروب، والسماح للفأر الانتظار هناك لمدة 15 ثانية، حتى يتمكنوا من الراحة ومراقبة المناطق المحيطة بها. بغض النظر عن موقف البداية، منع دائما الذراع المعاكس مع باب المقصلة شفافة، مما يمنع دخول.
   ملاحظة: خلال مرحلة ما قبل التدريب، وترك المياه شفافة، وضبط منصة التي كانآيت بحيث يبرز 1 سم فوق سطح الماء، مما يجعلها مرئية للفأر.
3. أداء دورة تدريبية يومية تتألف من عدد يصل إلى 4 محاكمات متتالية، يفصل بينهما فجوة 10 ثانية على الأقل (تدريب منفصلة، ​​أي مع فترات من عدة دقائق بين التجارب، هو بديل).
4. للتدريب ونقل المنبر من موقف ما قبل التدريب إلى الذراع المختار (على سبيل المثال، NW)، ويغرق في أقصى لها 1 سم تحت سطح الماء. الآن تجعل مبهمة المياه من خلال إضافة الحليب قوة وأداء التدريب التالي (القسم 4).
5. بالنسبة للفئران التي لا تصل إلى النظام الأساسي الهدف في غضون 60 ثانية، وإعادتها إلى نقطة الانطلاق، وبلطف يهديهم إلى منصة من قبل المجرب.
6. قياس العديد من المتغيرات خلال الدورات التدريبية والتحقيق، مثل، سبح مسافة، الكمون إلى ذراع الهدف / منصة، والوقت الذي يقضيه في كل ذراع، فضلا عن عدد من الأخطاء الأولية / المتكررة (انظر الشكل2). نضع في اعتبارنا أن الإختفاء قد يتأثر الصعوبات الحركية. إذا اقتضت الحال، وبعد المسافة والأخطاء تظهر كمتغيرات أكثر موثوقية بشأن الأداء الإدراكي.
7. غيري التركيز التدريب الاستراتيجية:
   1. يوم 1 - مرحلة ما قبل التدريب:
      1. لا تقم بإضافة مسحوق الحليب لهذه الخطوة. وضع منصة الهروب جاحظ 1 سم فوق سطح الماء في مكان ثابت. قطار الفئران في 4 محاكمات متتالية للوصول إلى المنصة.
   2. أيام 2-5 - التدريب:
      1. إضافة 250 غرام من مسحوق الحليب الخالي من الدسم إلى الماء لجعله مبهمة. نقل منصة لأسلحة مختلفة (على سبيل المثال، من NE إلى NW)، وإضافة الماء بحيث الأساسي هو 1 سم تحت سطح الماء. الفئران الإفراج عن أي من N أو S ذراع في تسلسل غير متوقعة لكل دورة، بحيث تستخدم كل الأسلحة ضعف بدء المحاكمة في جلسة واحدة (4 محاكمات / يوم، على سبيل المثال، SNNS، NSNS؛ انظر الشكل 3).
   3. اليوم 6 - الدورة التحقيق:
      1. إزالة منصة لمحاكمة التحقيق. الافراج عن الفئران من ذراع مختلفة لتلك المستخدمة أثناء التدريب (على سبيل المثال، SW)، وتمكينهم من السباحة لمدة 60 ثانية. انظر الشكل 4 لمسارات السباحة التمثيلية. تحليل من الوقت الذي يقضيه في الذراع الهدف (الموقع السابق لمنصة) تعطي مؤشرا حول ما إذا كانت الفئران تستخدم استراتيجية المكانية، نوع آخر من استراتيجية، وهو مزيج متتابعة من الاستراتيجيات المختلفة (أنظر أدناه)، أو نمط البحث غير منظم.
8. استراتيجية أناني التدريب:
   1. يوم 1 - مرحلة ما قبل التدريب:
      1. هذا هو نفس الخطوة الأولى في تدريب استراتيجية غيري التركيز (الخطوة 4.1). لا تقم بإضافة مسحوق الحليب لهذه الخطوة. وضع منصة الهروب جاحظ 1 سم فوق سطح الماء في مكان ثابت. قطار الفئران في 4 محاكمات متتالية للوصول إلى المنصة.
   2. أيام 2-5 - التدريب:
      1. إضافة 250 غرام منمسحوق الحليب الخالي من الدسم إلى الماء لجعله مبهمة. نقل منصة لأسلحة مختلفة وإضافة الماء بحيث الأساسي هو 1 سم تحت سطح الماء. الفئران الإفراج عن ذراع بداية نفسه (S أو N؛ انظر الشكل 5) لكل محاكمة (4 محاكمات / يوم).
   3. اليوم 6 - الدورة التحقيق:
      1. إزالة منصة لمحاكمة التحقيق. يتم الافراج الفئران من ذراع مختلفة من حيث تم الإفراج عنهم خلال التدريب. السماح للفئران في السباحة لمدة 60 ثانية. منع الذراع المعاكس مع باب المقصلة شفافة.
         ملاحظة: تعديل استراتيجيات التدريب المذكورة أعلاه لوفقا لمتطلبات تجربة معينة، على سبيل المثال، اختبار آثار المخدرات وما إلى ذلك.
9. تجفيف الفئران قبالة مع المناشف الماصة بعد كل دورة في الماء.

5. تحليل

1. أداء قياسات من الإختفاء، والأخطاء الأولية والمتكررة، والخيارات الأولى ونوع الاستجابة مانواLLY عن طريق تسجيل هذه المتغيرات من أشرطة الفيديو التي اتخذت من قبل الكاميرا العامة.
2. بدلا من ذلك إذا كانت متوفرة، واستخدام البرمجيات تتبع الفيديو المتاحة تجاريا وتكوين لتسجيل هذه المتغيرات تلقائيا.
3. التحليل الاحصائي:
   ملاحظة: تنفيذ محددة التحليل الإحصائي تعتمد على الدراسة التي يجري.
   1. إجراء واحد أو اثنين أو ثلاثة الطريق ANOVAs بشأن الأخطاء الأولية / المتكررة، الكمون إلى ذراع الهدف / منصة، والوقت الذي يقضيه في الذراع المستهدفة؛ مع العوامل التي تشمل يوم الاختبار، ومجموعة العلاج (ق).
   2. عند الاقتضاء، اتبع ANOVAs باستخدام ما بعد خاصة نيومان Keuls مقارنات متعددة الاختبارات. لمقارنة الأداء، استخدام القيمة المرجعية (على سبيل المثال، من الوقت الذي يقضيه في الذراع الهدف أثناء المحاكمة التحقيق مقابل مستوى فرصة)، وإجراء اختبار (ت).
   3. إذا لزم الأمر، واستخدام الإحصاءات غير المعلمية إضافة (على سبيل المثال، χ²، انظر أدناه) أو بدلا من ذلك عندما تكون الظروف لparametلم تتحقق تلك ريك.

النتائج

استراتيجية التعلم أناني

وأجريت دراسة لتحديد ما إذا كانت استراتيجية الذاكرة المختار في التغييرات الفئران على أساس التعديلات من وجهة نظرهم من الاشارات البيئية الخارجية، بعد نموذج التعلم ^{أناني-25.} تم تدريب الفئران على مدى 4 أيا...

Discussion

تعليقات على تصميم وتحليل دراسة

منذ بدايته، وقد استخدمت المزدوج H المتاهة في عدد من التجارب السلوكية في الفئران، التي تم تصميمها بشكل جماعي لدراسة الردود أناني و / أو غيري التركيز في الفئران تحت العادي ^24،25 وغيرت ^26-29 الدو?...

Materials

Name	Company	Catalog Number	Comments
Rats or Mice	Charles River
Towels for drying	University Hospital		1 / animal
Water			~200 L / day
Skim milk powder	Grocery store		250 g / 200 L water
Garden Hose	Hardware store
Drying rack for towels	Hardware store
Kinect camera	Kinect
PC computer	any
[header]
Double H Maze, (plexiglass) (Custom-Built)
External lateral walls, 1600 × 350 × 6 mm			2
Internal lateral walls, 706 × 350 × 6 mm			8
Central corridor panels, 500 × 350 × 6 mm			4
Arm extremities, 188 × 350 × 6 mm			6
Guillotine doors, 187 × 350 × 6 mm			3
Extremity covers, 200 × 250 mm			6
Crossbars, 200 × 40 mm			6
[header]
Double-H Maze Platform (to be ballasted) (Custom-Built)
Metal platform, 100 mm diameter × 150 mm			2
Platform cover, 100 mm diameter × 6 mm			2