Diese Arbeit wurde von den Canadian Institutes of Health Research (CIHR), die Townsend Familie und Jack Brown und Familie Alzheimer Research Foundation (WAS) unterstützt. WAS ist der Inhaber des Canada Research Chair in der Alzheimer-Krankheit. PL wurde von einem NSERC Alexander Graham Bell Canada Graduate Scholarship Doctoral Research Award und einen Michael Smith Foundation for Health Research Senior-Graduate Studentship unterstützt.

1. Vorbereitung <ol><li> Vorbereitung der Ausrüstung <ol><li> Besorgen Sie sich einen kreisrunden Pool mit einem Durchmesser von 150cm und einer Tiefe von 50cm (Abb. 1). Bei der Verwendung von schwarzen Mäusen, sollte eine weiße Pool verwendet werden, wenn mit weißen Mäusen, einem schwarzen Pool verwendet werden soll. </li><li> Ordnen Sie den Raum so, dass das Tier getestet kann nicht sehen, der Experimentator während der Prüfung. Dies kann mit Vorhängen oder Raumteiler erreicht werden. </li><li> Legen Sie einen hohen Kontrast räumlichen Informationen über die Zimmer und / oder auf der Innenseite des Pools an einer Stelle, über der Wasseroberfläche sein würde. </li><li> Legen Sie einen Durchmesser von 10cm-Plattform in den Pool - weiß für einen weißen Pool, klarem Plexiglas für eine schwarz-Pool. Füllen Sie den Pool mit Wasser, bis die Plattform 1cm über der Wasseroberfläche. Lassen Sie das Wasser auf Raumtemperatur (22 ° C) äquilibrieren. Je nach Wassertemperatur dies kann 1-3 Tage, oder alternativ heißes Wasser hinzugefügt werden, um Beschleunigung der Gleichgewichtseinstellung werden. </li></ol></li><li> Software Vorbereitung <ol><li> Kalibrieren Sie den Pool in der Computer-Software, so dass die Kamera räumliche Distanz Informationen von pixel-basierte Informationen erstellen können. Teilen Sie den Pool in 4 Quadranten. Geben Sie die Plattform-Zone als variable Zone, die mit jedem Versuch ändern können. Neues 5-Plattform Subzonen - eine in jedem Quadranten, und eine in der Mitte des Pools. Speichern Sie die Kalibrierung und nutzen es für die verbleibenden Testtage. (Siehe zB Abb. 2).. </li><li> Legen Sie die maximale Probezeit als 60 sek. Wenn die Maus findet die Plattform vor dieser Zeit, Programm der Software an den Versuch zu stoppen, wenn die Plattform zu finden ist. </li><li> Geben Sie das Programm zu beginnen Tracking automatisch, wenn der Experimentator beendet das Testgelände. Nutzen Sie alle &quot;Reflexion Minimierung&quot; Optionen Ihrer Software-Paket zur Verfügung stellt. </li><li> Ihre Weglänge, Flucht-Latenz, und die Zeit in jedem Quadranten verbracht. </li></ol></li></ol> 2. Tag 1: Sichtbare Plattform <ol><li> Computer-Programm <ol><li> Laden Sie die Pool-Kalibrierung in die Tracking-Software. </li><li> Create 5 Studien mit einem inter-trial-Intervall für Ihr Experiment. Programm der Plattform Standort und Ausgangspunkt Richtung mit jedem Versuch abweichen. Siehe Tabelle 1 für ein Beispiel-Protokoll. </li></ol></li><li> Prüfverfahren <ol><li> Übertragen Sie die Mäuse aus ihren Käfigen, um das Verhalten Zimmer. Halten Sie die Maus in einem Gebiet, wo sie nicht sehen können, am Pool oder räumlichen Informationen. Lassen Sie sie an die neue Umgebung anzupassen für mindestens 30 Minuten vor dem Test. </li><li> Legen Sie eine Flagge auf der Plattform, um ihre Sichtbarkeit zu erhöhen. </li><li> So testen, Lift Maus aus dem Hause Käfig durch die Basis des Schwanzes. Unterstützung bei der Maus, wie Sie es auf die Prüfung Gebiet zu bringen. Anheben der Maus durch die Basis des Schwanzes, sanft die Maus in das Wasser, mit Blick auf den Rand des Beckens. Verlassen Sie sofort den Testbereich. </li><li> Wenn die Maus findet die Plattform vor dem 60 sec cut-off, damit die Maus, um auf der Plattform für 5 Sekunden bleiben, dann schicken Sie es an seinen eigenen Käfig. Wenn die Maus nicht findet die Plattform, die Maus auf der Plattform und lassen Sie ihn dort für 20 sec vor der Rückgabe an seinen eigenen Käfig. </li><li> Wiederholen Sie dies für alle Mäuse in der Spur. Beginnen Sie jeden weiteren Versuch mit einer anderen Plattform Standort und Ausgangspunkt Richtung, wie Sie in Ihre Software programmiert haben. </li><li> Bei der Prüfung abgeschlossen ist, kehren die Mäuse ihre Wohnanlage. Mäuse sind abgetrocknet und Normothermie ist, bevor sie zu Tierhaltung wieder gesichert. </li><li> In Vorbereitung für den nächsten Tag, entfernen Sie die Markierung von der Plattform und zusätzliche Wasser in den Pool zu versenken die Plattform, um 1cm unter der Oberfläche. </li></ol></li></ol> 3. Tage 2-5: Hidden Platform <ol><li> Computer-Programm <ol><li> Laden Sie die Pool-Kalibrierung in die Tracking-Software. </li><li> Create 5 Studien mit einem inter-trial-Intervall für Ihr Experiment. Programm der Plattform Standort in der gleichen Position in allen Studien und Tage bleiben, haben aber den Ausgangspunkt Richtung unterscheiden sich jedem Versuch, jeden Tag. </li></ol></li><li> Prüfverfahren <ol><li> Für schwarze Mäuse, fügen ungiftig, weiß, gepudert Temperafarbe an den Pool und gründlich mischen. Verwenden Sie genug Farbe, so dass die untergetauchten Plattform nicht sichtbar ist von der Oberfläche des Wassers. Für weiße Mäuse, sollte ein schwarzer Pool mit klarem Wasser und einer klaren Plexiglas-Plattform verwendet werden. </li><li> Folgen Sie den Schritten 2.2.3 bis 2.2.6. </li></ol></li></ol> 4. Tag 6: Probe Testversion <ol><li> Computer-Programm <ol><li> Laden Sie die Pool-Kalibrierung in die Tracking-Software. </li><li> Schaffen Sie 1-Studie mit nicht-Plattform-Zone und eine Startrichtung. Die Startrichtung von der Plattform Quadranten Tage 2-5 verwendet weitesten bevorzugt. Stellen Sie die Pistenlänge bis 60 sek. </li></ol></li><li> Prüfverfahren <ol><li> Entfernen Sie die Plattform aus dem Pool. </li><li> Folgen Sie den Schritten 2.2.3 bis 2.2.6. </li></ol></li></ol> 5. Datenanalyse <ol><li> Für jeden Tag und jede Maus, der Mittelwert der 5 Studien einer einzigen Weglänge und Flucht Latenz für jede Testperson geben. Berechnen Sie die Summe der Fehler entsprechend. Für Tag 6, einfach sammeln die Weglänge, Flucht-Latenz, und die Zeit in der Plattform-Quadranten für jede Maus verbracht. </li><li> Wenn keine Unterschiede zwischen den Gruppen am Tag 1 existieren, ist es wahrscheinlich ein Problem mit Vision statt Lernen und Gedächtnis. Nur mit der Analyse fort, wenn keine Unterschiede am Tag 1 zu sehen sind. </li><li> Vergleichen Sie die Lernkurven für Tage 2-5 anhand von Statistiken für Ihre Daten eingestellt. Eine steilere Kurve schneller Aufgabe Akquisition, eine flachere Kurve stellt ein Defizit in Aufgabe Akquisition. Die Daten von Tag 2 bis Tag 5 werden mit Hilfe Anowa. </li><li> Für Tag 6, vergleichen Sie den Prozentsatz der Zeit, in der zuvor gelernten Plattform Quadranten verbracht, mit Statistiken für Ihre Daten eingestellt. Ein höherer Prozentsatz der Zeit, in der Plattform Quadranten verbracht wird, als eine höhere Gedächtnisleistung interpretiert. </li></ol> 6. Repräsentative Ergebnisse Wir haben die Morris Water Maze Test auf Hypoxie Wirkung auf AD Pathogenese (7) und Valproinsäure (VPA) &#39;s pharmazeutische Potenzial für AD-Behandlung (6) in transgenen AD-Modell-Mäusen zu untersuchen verwendet. Abbildung 3 ist der Vertreter Ergebnis, das wir in unserer Studie zum VPA-Effekt auf die Gedächtnisleistung in der APP23 AD-Mausmodell (6) berichtet. Am Tag 1 (sichtbare Plattform Studien), gibt es keinen Unterschied zwischen dem VPA behandelten und der Kontrollgruppe in Latenz (Abb. 3A) und Weglänge (Abb. 3A) zeigt, dass beide Gruppen ähnliche motorische und visuelle Fähigkeiten haben. Daraus können wir davon ausgehen, die Mäuse sind in der Lage, die gekennzeichnet-Plattform und die Hinweise in Umgebung zu sehen und können akzeptabel schwimmen. Seit Tagen 2-5 (Tag 1 bis 4 von versteckten Plattform Studien) das Beispiel zeigt einen Unterschied in der Flucht Latenz (Abb. 3C) und Weglänge (Abb. 3D) zwischen den Gruppen, was darauf hindeutet, dass VPA behandelten Mäuse deutlich besser als Kontrollen im Laufe der Zeit. Die Sonde Weg führt am letzten Tag (Tag 6) zeigen, dass die Anzahl der Mäuse in den dritten Quadranten, wo die versteckte Plattform zuvor gestellt wurde gereist, signifikant höher mit VPA Behandlung im Vergleich zur Kontrollgruppe (Abb. 3E) war. Diese Daten zeigen, dass VPA Behandlung verbessert die Gedächtnisleistung in APP23 Mäusen beobachtet. <img src="/files/ftp_upload/2920/2920fig1.jpg" alt="Abbildung 1"/> Abbildung 1. Ausstattung Setup für den Morris Water Maze sichtbare Plattform Testtag. Der Pool ist vom Experimentator mit Raumteiler abgeschirmt. Spatial Cues sind an den Wänden befindet, und vielleicht auf der Innenseite des Beckens gelegt, über der Wasseroberfläche, wenn gewünscht. Der Pool ist mit klarem Wasser gefüllt, mit der Plattform befinden 1cm über der Oberfläche. Eine Markierung auf der Plattform zur Verbesserung der Sichtbarkeit gelegt. <img src="/files/ftp_upload/2920/2920fig2.jpg" alt="Abbildung 2"/> Abbildung 2. Screen-Capture aus der Any-Maze ™ Video-Tracking-System demonstriert Pool Kalibrierung. Der Pool ist von oben mit einer schwarzen und weißen analogen Tracking-Kamera mit einem RTV24 Digitizer angesehen. Mehrere Zonen sind in der Software definiert und die gesamte Pool ist in 4 Quadranten unterteilt. Eine fünfte, Plattform-Zone eingegeben, können über Studien variieren, mit fünf mögliche Standorte: NW, NE, SW, SE, oder Center. Eine Kalibrierung Linie (angekreuzt Linie über Mitte) wird hinzugefügt, um damit die Software Pixel-Abständen in physische Distanzen zu konvertieren. <img src="/files/ftp_upload/2920/2920fig3.jpg" alt="Abbildung 3"/> Abbildung 3. Repräsentative Ergebnisse für die Morris Water Maze. Die 7-monatige APP23 transgene Mäuse mit menschlichen schwedischen Mutante APP-Gens wurden nach einem Monat täglich VPA (n = 30 Mäuse) oder Vehikel-Lösung (n = 30 Mäuse) Injektionen getestet. (A) Während dem ersten Tag der sichtbare Plattform-Tests zeigte der VPA behandelt und Kontrolle APP23 Mäuse eine ähnliche Latenz auf die sichtbare Plattform zu entkommen. P&gt; 0,05 von studentischen t-Test. (B) Der VPA-behandelten und unbehandelten Mäusen APP23 hatten ähnliche Schwimmstrecken vor der Flucht auf die sichtbare Plattform in der sichtbaren Plattform zu testen. P&gt; 0,05 von studentischen t-Test. (C) In versteckten Plattform-Tests, behandelt VPA APP23 Mäuse zeigten eine kürzere Latenzzeit, um auf die versteckten Plattform, auf der 3. und 4. Tag, P Flucht &lt;0,001 ANOVA. (D) Die VPA-behandelten Mäusen APP23 hatte eine kürzere Schwimmen Länge vor der Flucht auf die versteckte Plattform, auf der 3. und 4. Tag, P &lt;0,01 durch ANOVA. (E) In der Sonde Studie am 6. Tag reiste der VPA-behandelten Mäusen APP23 in den dritten Quadranten, wo die versteckte Plattform zuvor gestellt wurde, deutlich mehr Zeit als die Kontrollen. * P &lt;; 0,005 von studentischen t-Test. (Übernommen und nachgedruckt von The Journal of Experimental Medicine 205, 2781-2789, 2008, Rockefeller University Press, ursprünglich in J. Exp Med veröffentlicht doi:... 10.1084/jem.20081588) (6). <table border="1"><tbody><tr><td>&nbsp;</td><td colspan="2"> Tag 1 </td><td> Tag 2 </td><td> Tag 3 </td><td> Tag 4 </td><td> Tag 5 </td><td> Tag 6 </td></tr><tr><td></td><td> Platform Lage </td><td> Startrichtung </td><td colspan="4"> Platform Wohnort: SW Startpunkt wie folgt: </td><td> Keine Plattform. </td></tr><tr><td> Versuch 1 </td><td> SW </td><td> S </td><td> W </td><td> N </td><td> N </td><td> E </td><td> N </td></tr><tr><td> Versuch 2 </td><td> NW </td><td> N </td><td> S </td><td> W </td><td> E </td><td> S </td><td></td></tr><tr><td> Versuch 3 </td><td> NE </td><td> S </td><td> N </td><td> E </td><td> W </td><td> W </td><td></td></tr><tr><td> Versuch 4 </td><td> Center </td><td> E </td><td> E </td><td> W </td><td> S </td><td> E </td><td></td></tr><tr><td> Studie 5 </td><td> SE </td><td> W </td><td> S </td><td> S </td><td> N </td><td> N </td><td></td></tr></tbody></table> Tabelle 1. Beispiel water maze-Protokoll * * Beachten Sie, wie sowohl die Plattform Position und ab Richtung zu ändern an Tag 1, während an den Tagen 2-5 Die Plattform Position konstant bleibt, während die ab Richtung ändert. Am Tag 6, gibt es keine Plattform und einem einzigen Versuch. Die Startrichtung für Tag 6 ist von der bisherigen Plattform Standort (SW) am weitesten, so dass die Mäuse müssen in einiger Entfernung vor dem Betreten der zuvor gelernten Plattform Quadranten reisen.

<ol>
	<li>Morris, R. G. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Spatial+localization+does+not+require+the+presence+of+local+cues.">Spatial localization does not require the presence of local cues.</a> Learning and Motivation. 12, 239-260 (1981).</li><li>O'Keefe, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+review+of+the+hippocampal+place+cells.">A review of the hippocampal place cells.</a> Prog Neurobiol. 13, 419-439 (1979).</li><li>Scoville, W. B., Milner, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Loss+of+recent+memory+after+bilateral+hippocampal+lesions.">Loss of recent memory after bilateral hippocampal lesions.</a> J Neurol Neurosurg Psychiatry. 20, 11-21 (1957).</li><li>Eichenbaum, H., Stewart, C., Morris, R. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Hippocampal+representation+in+place+learning.">Hippocampal representation in place learning.</a> J Neurosci. 10, 3531-3542 (1990).</li><li>Block, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Global+ischemia+and+behavioural+deficits.">Global ischemia and behavioural deficits.</a> Progress in Neurobiology. 58, 279-295 (1999).</li><li>Qing, H., He, G., Ly, P. T., Fox, C. J., Staufenbiel, M., Cai, F., Zhang, Z., Wei, S., Sun, X., Chen, C. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Valproic+acid+inhibits+Abeta+production,+neuritic+plaque+formation,+and+behavioral+deficits+in+Alzheimer's+disease+mouse+models.">Valproic acid inhibits Abeta production, neuritic plaque formation, and behavioral deficits in Alzheimer's disease mouse models.</a> J Exp Med. 205, 2781-2789 (2008).</li><li>Sun, X., He, G., Qing, H., Zhou, W., Dobie, F., Cai, F., Staufenbiel, M., Huang, L. E., Song, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Hypoxia+facilitates+Alzheimer's+disease+pathogenesis+by+up-regulating+BACE1+gene+expression.">Hypoxia facilitates Alzheimer's disease pathogenesis by up-regulating BACE1 gene expression.</a> Proc Natl Acad Sci U S A. , 18727-18732 (2006).</li><li>D'Hooge, R., De Deyn, P. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Applications+of+the+Morris+water+maze+in+the+study+of+learning+and+memory.">Applications of the Morris water maze in the study of learning and memory.</a> Brain Research Reviews. 36, 60-90 (2001).</li><li>Brandeis, R., Brandys, Y., Yehuda, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+use+of+the+Morris+Water+Maze+in+the+study+of+memory+and+learning.">The use of the Morris Water Maze in the study of memory and learning.</a> Int J Neurosci. 48, 29-69 (1989).</li><li>Lipp, H. P., Wolfer, D. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Genetically+modified+mice+and+cognition.">Genetically modified mice and cognition.</a> Curr Opin Neurobiol. 8, 272-280 (1998).</li><li>Sandi, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+role+and+mechanisms+of+action+of+glucocorticoid+involvement+in+memory+storage.">The role and mechanisms of action of glucocorticoid involvement in memory storage.</a> Neural Plast. 6, 41-52 (1998).</li></ol>

Alle Experimente wurden in Übereinstimmung mit der University of British Columbia Animal Care und Verwenden Ausschuss und CIHR Richtlinien durchgeführt.

Alter, Geschlecht, Art und Belastung Unterschiede auf MWM Leistung (8). Studien zeigen, dass alte Mäuse schlechte Leistung in der MWM zu haben, während männliche Nager besser als Frauen durchzuführen; zusätzlich ist floating stärker in Mäusen als Ratten (9, 10). Daher sollten diese Elemente in allen Tests gleichgesetzt werden. Es gibt auch Hinweise, dass gestresste Tiere mehr schlecht in der MWM (11), so Umwelt-Faktoren, die Stress, wie Temperatur, Licht und Geräusche verursachen können, sollten überwacht und konstant gehalten werden über die Aufgabe.

<table border="1"><tbody><tr><th> Name des Reagenzes </th><th> Firma </th><th> Kommentare (optional) </th></tr><tr><td> AnyMaze Video Tracking System </td><td> Stölting Unternehmen </td><td></td></tr><tr><td> Tempera Farbe </td><td> Reeves &amp; Poole Gruppen </td><td> White, gepudert </td></tr></tbody></table>

morris water maze test for learning and memory deficits in alzheimer&#39;s disease model mice

Das Morris Water Maze (MWM) wurde zuerst von Neurowissenschaftler Richard G. Morris im Jahr 1981 gegründet, um die Hippocampus-abhängigen Lernen, einschließlich des Erwerbs der räumlichen MEMORY langfristige räumliche Gedächtnis-1-Test. Die MWM ist ein relativ einfaches Verfahren in der Regel bestehend aus 6 Tage-Studien, die wichtigsten Vorteil in der Differenzierung zwischen den räumlichen (hidden-Plattform) und nicht-räumliche (sichtbare Plattform) Bedingungen 2-4. Darüber hinaus reduziert die MWM Testumgebung Duftspur Störungen 5. Dieser hat die Aufgabe, umfassend in das Studium der Neurobiologie und Neuropharmakologie der räumlichen Lernen und Gedächtnis verwendet werden geführt. Die MWM spielt eine wichtige Rolle bei der Validierung von Tiermodellen für neurokognitiven Störungen wie Alzheimer 6, 7. In diesem Protokoll haben wir über die typische Vorgehensweise von MWM zum Testen Lernen und Gedächtnis und Datenanalyse häufig in der Alzheimer-Krankheit transgene Modell-Mäuse verwendet.

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Morris Water Maze Test for Learning and Memory Deficits in Alzheimer&#039;s Disease Model Mice

Das Morris Water Maze ist ein Verhaltens-Aufgabe Hippocampus-abhängigen Lernen und Gedächtnis zu testen. Es wurde weithin in das Studium der Neurobiologie, Neuropharmakologie und neurokognitiven Störungen in Nagetier-Modelle verwendet.

Morris Water Maze-Test für Lern-und Gedächtnisstörungen bei Alzheimer-Modell Mäuse

The Morris Water Maze (MWM) was first established by neuroscientist Richard G. Morris in 1981 in order to test hippocampal-dependent learning, including ...

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Neuroscience

Morris Water Maze Test for Learning and Memory Deficits in Alzheimer&#39;s Disease Model Mice

125.7K Aufrufe.  University of British Columbia. Das Morris Water Maze ist ein Verhaltens-Aufgabe Hippocampus-abhängigen Lernen und Gedächtnis zu testen. Es wurde weithin in das Studium der Neurobiologie, Neuropharmakologie und neurokognitiven Störungen in Nagetier-Modelle verwendet.

Serie: Morris Water Maze Test for Learning and Memory Deficits in Alzheimer's Disease Model Mice

Low-stress Route Learning Using the Lashley III Maze in Mice

Many behavior tests designed to assess learning and memory in rodents, particularly mice, rely on visual cues, food and/or water deprivation, or other aversive stimuli to motivate task acquisition. As animals age, sensory modalities deteriorate. For example, many strains of mice develop hearing deficits or cataracts. Changes in the sensory systems required to guide mice during task acquisition present potential confounds in interpreting learning changes in aging animals. Moreover, the use of aversive stimuli to motivate animals to learn tasks is potentially confounding when comparing mice with differential sensitivities to stress. To minimize these types of confounding effects, we have implemented a modified version of the Lashley III maze. This maze relies on route learning, whereby mice learn to navigate a maze via repeated exposure under low stress conditions, e.g. dark phase, no food/water deprivation, until they navigate a path from the start location to a pseudo-home cage with 0 or 1 error(s) on two consecutive trials. We classify this as a low-stress behavior test because it does not rely on aversive stimuli to encourage exploration of the maze and learning of the task. The apparatus consists of a modular start box, a 4-arm maze body, and a goal box. At the end of the goal box is a pseudo-home cage that contains bedding similar to that found in the animal&#x2019;s home cage and is specific to each animal for the duration of maze testing. It has been demonstrated previously that this pseudo-home cage provides sufficient reward to motivate mice to learn to navigate the maze1. Here, we present the visualization of the Lashley III maze procedure in the context of evaluating age-related differences in learning and memory in mice along with a comparison of learning behavior in two different background strains of mice. We hope that other investigators interested in evaluating the effects of aging or stress vulnerability in mice will consider this maze an attractive alternative to behavioral tests that involve more stressful learning tasks and/or visual cues.

The Lashley III maze is a route-learning task that does not rely on aversive stimuli or visual cues. It is thus a highly attractive option for evaluating learning and memory, especially in aging mice or otherwise where stress is a consideration.

Low-Stress-Route Learning Mit dem Lashley III Maze in Mäuse

Many behavior tests designed to assess learning and memory in rodents, particularly mice, rely on visual cues, food and/or water deprivation, or other ...

Forschung

Neurowissenschaften

Design and Construction of a Cost Effective Headstage for Simultaneous Neural Stimulation and Recording in the Water Maze

Headstage preamplifiers and source followers are commonly used to study neural activity in behavioral neurophysiology experiments. Available commercial products are often expensive, not easily customized, and not submersible. Here we describe a method to design and build a customized, integrated circuit headstage for simultaneous 4-channel neural recording and 2-channel simulation in awake, behaving animals. The headstage is designed using a free, commercially available CAD-type design package, and can be modified easily to accommodate different scales (e.g. to add channels). A customized printed circuit board is built using surface mount resistors, capacitors and operational amplifiers to construct the unity gain source follower circuit. The headstage is made water-proof with a combination of epoxy, parafilm and a synthetic rubber putty. We have successfully used this device to record local field potentials and stimulate different brain regions simultaneously via independent channels in rats swimming in a water maze. The total cost is &lt; $30/unit and can be manufactured readily.

We present a low-cost method to design and construct a light headstage pre-amplifier system with simultaneous neural recording and stimulation capability. This device can be waterproofed for use in swimming animals.

Planung und Bau eines kostengünstigen Headstage für Simultaneous Neural Stimulation und Aufnahme in the Water Maze

Headstage preamplifiers and source followers are commonly used to study neural activity in behavioral neurophysiology experiments. Available commercial ...

C. elegans Positive Butanone Learning, Short-term, and Long-term Associative Memory Assays

The memory of experiences and learned information is critical for organisms to make choices that aid their survival. C. elegans navigates its environment through neuron-specific detection of food and chemical odors1, 2, and can associate nutritive states with chemical odors3, temperature4, and the pathogenicity of a food source5.
Here, we describe assays of C. elegans associative learning and short- and long-term associative memory. We modified an aversive olfactory learning paradigm6 to instead produce a positive response; the assay involves starving ~400 worms, then feeding the worms in the presence of the AWC neuron-sensed volatile chemoattractant butanone at a concentration that elicits a low chemotactic index (similar to Toroyama et al.7). A standard population chemotaxis assay1 tests the worms' attraction to the odorant immediately or minutes to hours after conditioning.
After conditioning, wild-type animals' chemotaxis to butanone increases ~0.6 Chemotaxis Index units, its "Learning Index". Associative learning is dependent on the presence of both food and butanone during training. Pairing food and butanone for a single conditioning period ("massed training") produces short-term associative memory that lasts ~2 hours. Multiple conditioning periods with rest periods between ("spaced training") yields long-term associative memory (&lt;40 hours), and is dependent on the cAMP Response Element Binding protein (CREB),6 a transcription factor required for long-term memory across species.8
Our protocol also includes image analysis methods for quick and accurate determination of chemotaxis indices. High-contrast images of animals on chemotaxis assay plates are captured and analyzed by worm counting software in MatLab. The software corrects for uneven background using a morphological tophat transformation.9 Otsu's method is then used to determine a threshold to separate worms from the background.10 Very small particles are removed automatically and larger non-worm regions (plate edges or agar punches) are removed by manual selection. The software then estimates the size of single worm by ignoring regions that are above a specified maximum size and taking the median size of the remaining regions. The number of worms is then estimated by dividing the total area identified as occupied by worms by the estimated size of a single worm.
We have found that learning and short- and long-term memory can be distinguished, and that these processes share similar key molecules with higher organisms.6,8 Our assays can quickly test novel candidate genes or molecules that affect learning and short- or long-term memory in C. elegans that are relevant across species.

C. elegans Positive Butanone Learning, Short-term, and Long-term Associative Memory Assays

Here we describe methods to test C. elegans associative learning and short- and long-term associative memory. These population assays employ the worms abilities to chemotax toward volatile odorants, and form positive associations upon pairing food with the chemoattractant butanone. Increasing the number of conditioning periods induces long-term memory.

C. elegans Positive Butanone Learning, kurzfristige und langfristige Assoziative Speicher Assays

The memory of experiences and learned information is critical for organisms to make choices that aid their survival. C. elegans navigates its environment ...

Assaying Locomotor, Learning, and Memory Deficits in Drosophila Models of Neurodegeneration

Advances in genetic methods have enabled the study of genes involved in human neurodegenerative diseases using Drosophila as a model system1. Most of these diseases, including Alzheimer's, Parkinson's and Huntington's disease are characterized by age-dependent deterioration in learning and memory functions and movement coordination2. Here we use behavioral assays, including the negative geotaxis assay3 and the aversive phototaxic suppression assay (APS assay)4,5, to show that some of the behavior characteristics associated with human neurodegeneration can be recapitulated in flies. In the negative geotaxis assay, the natural tendency of flies to move against gravity when agitated is utilized to study genes or conditions that may hinder locomotor capacities. In the APS assay, the learning and memory functions are tested in positively-phototactic flies trained to associate light with aversive bitter taste and hence avoid this otherwise natural tendency to move toward light. Testing these trained flies 6 hours post-training is used to assess memory functions. Using these assays, the contribution of any genetic or environmental factors toward developing neurodegeneration can be easily studied in flies.

Assaying Locomotor, Learning, and Memory Deficits in Drosophila Models of Neurodegeneration

Behavior assays for measuring locomotor functions, learning, and memory abilities in Drosophila.

Assaying Bewegungsapparat, Lernen und Gedächtnis Defizite in Drosophila Modelle von Neurodegeneration

Advances in genetic methods have enabled the study of genes involved in human neurodegenerative diseases using Drosophila as a model system1. Most of ...

T-maze Forced Alternation and Left-right Discrimination Tasks for Assessing Working and Reference Memory in Mice

Forced alternation and left-right discrimination tasks using the T-maze have been widely used to assess working and reference memory, respectively, in rodents. In our laboratory, we evaluated the two types of memory in more than 30 strains of genetically engineered mice using the automated version of this apparatus. Here, we present the modified T-maze apparatus operated by a computer with a video-tracking system and our protocols in a movie format. The T-maze apparatus consists of runways partitioned off by sliding doors that can automatically open downward, each with a start box, a T-shaped alley, two boxes with automatic pellet dispensers at one side of the box, and two L-shaped alleys. Each L-shaped alley is connected to the start box so that mice can return to the start box, which excludes the effects of experimenter handling on mouse behavior. This apparatus also has an advantage that in vivo microdialysis, in vivo electrophysiology, and optogenetics techniques can be performed during T-maze performance because the doors are designed to go down into the floor. In this movie article, we describe T-maze tasks using the automated apparatus and the T-maze performance of &alpha;-CaMKII+/- mice, which are reported to show working memory deficits in the eight-arm radial maze task. Our data indicated that &alpha;-CaMKII+/- mice showed a working memory deficit, but no impairment of reference memory, and are consistent with previous findings using the eight-arm radial maze task, which supports the validity of our protocol. In addition, our data indicate that mutants tended to exhibit reversal learning deficits, suggesting that &alpha;-CaMKII deficiency causes reduced behavioral flexibility. Thus, the T-maze test using the modified automatic apparatus is useful for assessing working and reference memory and behavioral flexibility in mice.

This article presents the protocol of T-maze tests using a modified automated apparatus for assessing the learning and memory functions in mice.

T-Labyrinth Erzwungener Wechsel und die Links-Rechts-Discrimination Aufgaben für die Beurteilung der Arbeitsbedingungen und Referenz-Gedächtnis bei Mäusen

Forced alternation and left-right discrimination tasks using the T-maze have been widely used to assess working and reference memory, respectively, in ...

Optical Recording of Suprathreshold Neural Activity with Single-cell and Single-spike Resolution

Signaling of information in the vertebrate central nervous system is often carried by populations of neurons rather than individual neurons. Also propagation of suprathreshold spiking activity involves populations of neurons. Empirical studies addressing cortical function directly thus require recordings from populations of neurons with high resolution. Here we describe an optical method and a deconvolution algorithm to record neural activity from up to 100 neurons with single-cell and single-spike resolution. This method relies on detection of the transient increases in intracellular somatic calcium concentration associated with suprathreshold electrical spikes (action potentials) in cortical neurons. High temporal resolution of the optical recordings is achieved by a fast random-access scanning technique using acousto-optical deflectors (AODs)1. Two-photon excitation of the calcium-sensitive dye results in high spatial resolution in opaque brain tissue2. Reconstruction of spikes from the fluorescence calcium recordings is achieved by a maximum-likelihood method. Simultaneous electrophysiological and optical recordings indicate that our method reliably detects spikes (&gt;97% spike detection efficiency), has a low rate of false positive spike detection (&lt; 0.003 spikes/sec), and a high temporal precision (about 3 msec) 3. This optical method of spike detection can be used to record neural activity in vitro and in anesthetized animals in vivo3,4.

Understanding the function of the vertebrate central nervous system requires recordings from many neurons because cortical function arises on the level of populations of neurons. Here we describe an optical method to record suprathreshold neural activity with single-cell and single-spike resolution, dithered random-access scanning. This method records somatic fluorescence calcium signals from up to 100 neurons with high temporal resolution. A maximum-likelihood algorithm deconvolves the underlying suprathreshold neural activity from the somatic fluorescence calcium signals. This method reliably detects spikes with high detection efficiency and a low rate of false positives and can be used to study neural populations in vitro and in vivo.

Optische Aufnahme überschwellige neuronale Aktivität mit Single-Cell-und Single-Spike Auflösung

Signaling of information in the vertebrate central nervous system is often carried by populations of neurons rather than individual neurons. Also ...

In vivo Optogenetic Stimulation of the Rodent Central Nervous System

The ability to probe defined neural circuits in awake, freely-moving animals with cell-type specificity, spatial precision, and high temporal resolution has been a long sought tool for neuroscientists in the systems-level search for the neural circuitry governing complex behavioral states. Optogenetics is a cutting-edge tool that is revolutionizing the field of neuroscience and represents one of the first systematic approaches to enable causal testing regarding the relation between neural signaling events and behavior. By combining optical and genetic approaches, neural signaling can be bi-directionally controlled through expression of light-sensitive ion channels (opsins) in mammalian cells. The current protocol describes delivery of specific wavelengths of light to opsin-expressing cells in deep brain structures of awake, freely-moving rodents for neural circuit modulation. Theoretical principles of light transmission as an experimental consideration are discussed in the context of performing in vivo optogenetic stimulation. The protocol details the design and construction of both simple and complex laser configurations and describes tethering strategies to permit simultaneous stimulation of multiple animals for high-throughput behavioral testing.

In vivo Optogenetic Stimulation of the Rodent Central Nervous System

Optogenetics has become a powerful tool for use in behavioral neuroscience experiments. This protocol offers a step-by-step guide to the design and set-up of laser systems, and provides a full protocol for carrying out multiple and simultaneous in vivo optogenetic stimulations compatible with most rodent behavioral testing paradigms.

In vivo optogenetische Stimulation des Nager Central Nervous System

The ability to probe defined neural circuits in awake, freely-moving animals with cell-type specificity, spatial precision, and high temporal resolution ...

A Lateralized Odor Learning Model in Neonatal Rats for Dissecting Neural Circuitry Underpinning Memory Formation

Rat pups during a critical postnatal period (&#8804; 10 days) readily form a preference for an odor that is associated with stimuli mimicking maternal care. Such a preference memory can last from hours, to days, even life-long, depending on training parameters. Early odor preference learning provides us with a model in which the critical changes for a natural form of learning occur in the olfactory circuitry. An additional feature that makes it a powerful tool for the analysis of memory processes is that early odor preference learning can be lateralized via single naris occlusion within the critical period. This is due to the lack of mature anterior commissural connections of the olfactory hemispheres at this early age. This work outlines behavioral protocols for lateralized odor learning using nose plugs. Acute, reversible naris occlusion minimizes tissue and neuronal damages associated with long-term occlusion and more aggressive methods such as cauterization. The lateralized odor learning model permits within-animal comparison, therefore greatly reducing variance compared to between-animal designs. This method has been used successfully to probe the circuit changes in the olfactory system produced by training. Future directions include exploring molecular underpinnings of odor memory using this lateralized learning model; and correlating physiological change with memory strength and durations.

This protocol introduces lateralized early odor preference learning in rats using acute single naris occlusion. Lateralized learning permits the examination of behavioral outcomes and underpinning biological mechanisms within the same animals, reducing variance induced by between-animal designs. This protocol can be used to investigate molecular mechanisms underpinning early odor learning.

Ein lateralisierte Geruch-Lern-Modell in neugeborenen Ratten zum Präparieren Neural Circuitry Underpinning Gedächtnisbildung

Rat pups during a critical postnatal period (&#8804; 10 days) readily form a preference for an odor that is associated with stimuli mimicking maternal ...

Intracerebroventricular Injection of Amyloid-&#946; Peptides in Normal Mice to Acutely Induce Alzheimer-like Cognitive Deficits

Amyloid-&#946; (A&#946;) is a major pathological mediator of both familial and sporadic Alzheimer's disease (AD). In the brains of AD patients, progressive accumulation of A&#946; oligomers and plaques is observed. Such A&#946; abnormalities are believed to block long-term potentiation, impair synaptic function, and induce cognitive deficits. Clinical and experimental evidences have revealed that the acute increase of A&#946; levels in the brain allows development of Alzheimer-like phenotypes. Hence, a detailed protocol describing how to acutely generate an AD mouse model via the intracerebroventricular (ICV) injection of A&#946; is necessary in many cases. In this protocol, the steps of the experiment with an A&#946;-injected mouse are included, from the preparation of peptides to the testing of behavioral abnormalities. The process of preparing the tools and animal subjects before the injection, of injecting the A&#946; into the mouse brain via ICV injection, and of assessing the degree of cognitive impairment are easily explained throughout the protocol, with an emphasis on tips for effective ICV injection of A&#946;. By mimicking certain aspects of AD with a designated injection of A&#946;, researchers can bypass the aging process and focus on the downstream pathology of A&#946; abnormalities.

Intracerebroventricular Injection of Amyloid-&amp;#946; Peptides in Normal Mice to Acutely Induce Alzheimer-like Cognitive Deficits

The amyloid-&#946; (A&#946;)-injected animal model enables the administration of a defined quantity and species of A&#946; fragments and reduces individual differences within each study group. This protocol describes the intracerebroventricular (ICV) injection of A&#946; without stereotactic instruments, enabling the production of Alzheimer-like behavioral abnormalities in normal mice.

Intracerebroventricular Injektion von Amyloid-β-Peptide in normalen Mäusen zu Akut Induce Alzheimer-ähnliche kognitive Defizite

Amyloid-&#946; (A&#946;) is a major pathological mediator of both familial and sporadic Alzheimer's disease (AD). In the brains of AD patients, ...

Assessing Spatial Learning and Memory in Small Squamate Reptiles

Clinical research has leveraged a variety of paradigms to assess cognitive decline, commonly targeting spatial learning and memory abilities. However, interest in the cognitive processes of nonmodel species, typically within an ecological context, has also become an emerging field of study. In particular, interest in the cognitive processes in reptiles is growing although experimental studies on reptilian cognition are sparse. The few reptilian studies that have experimentally tested for spatial learning and memory have used rodent paradigms modified for use in reptiles. However, ecologically important aspects of the physiology and behavior of this taxonomic group must be taken into account when testing for spatially based cognition. Here, we describe modifications of the dry land Barnes maze and associated testing protocol that can improve performance when probing for spatial learning and memory ability in small squamate reptiles. The described paradigm and procedures were successfully used with male side-blotched lizards (Uta stansburiana), demonstrating that spatial learning and memory can be assessed in this taxonomic group with an ecologically relevant apparatus and protocol.

This paper describes a modification of the Barnes maze, a standard rodent paradigm used to assess spatial memory and learning, for use in small squamate reptiles.

Die Beurteilung räumliches Lernen und Gedächtnis in Klein squamate Reptilien

Clinical research has leveraged a variety of paradigms to assess cognitive decline, commonly targeting spatial learning and memory abilities. However, ...