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Method Article
El objetivo de este protocolo optimizado de "memoria cotidiana" en un escenario de eventos era emplear una base de operaciones estable que fomentara el uso de representaciones espaciales alocéntricas. Este modelo animal proporciona un banco de pruebas eficaz para futuras investigaciones sobre la formación y retención de recuerdos de eventos utilizando técnicas conductuales y fisiológicas.
El escenario del evento proporciona una plataforma óptima para investigar el aprendizaje y la memoria. La tarea de memoria cotidiana apetitiva descrita en este artículo proporciona un protocolo robusto para la investigación de la memoria episódica y espacial en roedores, que fomenta específicamente la representación de la memoria alocéntrica. Las ratas son entrenadas para encontrar y cavar en busca de comida durante la fase de codificación y, después de un retraso de tiempo, se les da la opción de encontrar la bolita de comida de recompensa en la ubicación correcta. Hay dos elementos clave que promueven el uso de una estrategia alocéntrica en este protocolo: 1) las ratas parten de diferentes lugares de inicio dentro y entre las sesiones, 2) se despliega una base de operaciones estable donde las ratas tienen que llevar su comida para comer. Con estas modificaciones, fomentamos eficazmente a los roedores a utilizar representaciones espaciales alocéntricas para realizar la tarea. Además, la tarea proporciona un buen paradigma para el diseño experimental dentro del sujeto y permite a los experimentadores manipular diferentes condiciones para reducir la variabilidad. Utilizado junto con técnicas conductuales y fisiológicas, el modelo de roedor resultante proporciona un banco de pruebas eficaz para futuras investigaciones sobre la formación y retención de la memoria.
Para investigar la neurobiología del aprendizaje y la memoria, se requieren técnicas invasivas, que generalmente no son factibles en humanos. Así, desde hace más de un siglo, se han diseñado protocolos de comportamiento para que los animales de laboratorio modelen diversas formas de memoria humana. El diseño y la elección de la tarea y el aparato son fundamentales para el éxito de los modelos efectivos de la memoria humana. Se han desarrollado numerosos paradigmas con diversa complejidad, que van desde los simples protocolos de condicionamiento clásico e instrumental 1,2,3 hasta laberintos como el laberinto en T4, el laberinto de brazo radial5, el laberinto de Barnes6, el laberinto acuático7 y el laberinto de tabla de quesos8. Sin embargo, si bien estas tareas capturan facetas del aprendizaje asociativo y la navegación espacial, no se pueden usar sin ambigüedades para estudiar la representación de la memoria de eventos momentáneos (es decir, memoria de tipo episódico). Y, aunque el nuevo reconocimiento de objetos9 y las permutaciones de esta tarea de memoria espontánea, como la memoria de objeto-lugar10, han proporcionado información valiosa sobre la memoria de reconocimiento, no prueban el recuerdo explícito de eventos. Para hacer frente a esta demanda, se desarrolló específicamente el escenario de eventos, y su uso ha permitido la investigación de la codificación y el recuerdo de la memoria asociada a largo plazo 11,12,13, así como la codificación y el recuerdo de eventos discretos que ocurren en un espacio familiar 14,15,16,17,18. Este último tema es el tema central de este manuscrito.
La arena de eventos es un área grande, cuadrada y de campo abierto donde ocurren eventos para roedores. El tamaño de la arena se puede escalar para acomodar ratas o ratones, y se anima a los roedores a entrar y explorar. Un ejemplo típico de un evento que tiene lugar dentro de la arena es el hallazgo y la recuperación de comida de un pozo de arena en un lugar específico. La arena del evento está diseñada para este tipo de tareas apetitivas, en las que se entrena a ratas o ratones para buscar, encontrar y desenterrar comida. Aprovecha su tendencia natural a llevar la comida a un entorno oscuro, que en este caso se encuentra junto a la arena, donde luego la comen. Después de un entrenamiento mínimo para cavar en busca de comida, los roedores asumen esta tarea de forma natural y se desempeñan bien en la prueba de codificación y en la prueba de elección de recuperación, que sigue a las pruebas de codificación después de un breve retraso de 30 minutos. En una prueba de elección, hay varios pozos de arena (es decir, lugares para excavar), pero solo uno es recompensado.
Se pueden realizar diferentes tareas dentro del escenario del evento (por ejemplo, memoria espacial, memoria de tipo episódico y aprendizaje asociado en parejas). Dado el interés en desarrollar modelos efectivos de memoria episódica, se desarrolló el siguiente protocolo, en el que se altera diariamente el lugar donde se puede encontrar la comida. En esta tarea, se requiere que los roedores recuerden dónde ocurrió el evento de excavar y recuperar con éxito una recompensa de comida más recientemente dentro de la arena del evento. El protocolo que se describe a continuación implica una prueba de codificación en la que las ratas buscan un arenal en un nuevo lugar cada día, seguido, después de un retraso, por una prueba de elección de recuerdo, en la que se recompensa la ubicación del arenero recientemente codificada, mientras que los otros arenales alternativos en diferentes lugares no contienen alimento accesible. Recordar dónde estaba la comida un día anterior no es útil: la ubicación correcta tiene que ser codificada y recordada, al menos por un tiempo, cada día. En consecuencia, hemos introducido el término "memoria cotidiana" para capturar la forma de memoria modelada en esta tarea, que nosotros, como humanos, usamos a diario. Un ejemplo humano de memoria cotidiana es recordar dónde se ha aparcado el coche en el centro comercial (Figura 1A) o se han dejado las gafas por la casa. En este protocolo, todas las señales dentro y fuera de la arena son estables, al igual que en los entornos de nuestra vida cotidiana (es decir, hogares, oficinas, aparcamientos, etc.). Por lo tanto, los roedores deben recordar dónde sucedió algo más recientemente dentro de un entorno familiar (Figura 1B). La tarea es análoga, pero una mejora de la tarea de coincidencia retrasada a lugar (DMP) en el laberinto acuático19. Al ser una tarea apetitiva, aprovecha el comportamiento natural de los roedores para buscar comida20, en lugar de su deseo de escapar del agua. Sin embargo, al igual que en el laberinto acuático7, no hay señales locales que diferencien las ubicaciones correctas de las incorrectas; Los animales deben usar la memoria en lugar del reconocimiento para localizar la ubicación correcta del arencillo después de variar la duración del retraso de la memoria.
Figura 1: Memoria cotidiana. (A) Memoria cotidiana humana. Esquema que muestra un coche verde aparcado en un aparcamiento. Después de un retraso, la conductora intenta recordar exactamente dónde estacionó su automóvil. (B) Memoria cotidiana animal. Esquema que muestra a una rata cavando y recuperando una bolita de un pozo de arena en un lugar dentro de la arena del evento. Después de un retraso, a la rata se le da una prueba de elección con varios pozos de arena incorrectos (gris) y un pozo de arena correcto (verde). Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
El escenario del evento ya se ha utilizado con éxito en investigaciones sobre la "memoria cotidiana". Estos son recuerdos que se codifican automáticamente cada día, se retienen en la memoria a largo plazo, pero a menudo se olvidan después de períodos de tiempo relativamente cortos. Bast et al.14 mostraron una memoria monótona de eventos dependiente del retardo, que varía desde una memoria excelente después de intervalos cortos hasta un nivel aleatorio después de 24 h. Sin embargo, la retención de la memoria puede mejorarse con éxito mediante la novedad posterior a la codificación o, con múltiples ensayos de codificación, con un espaciado de ensayo extendido15,17.
El escenario del evento es versátil y relativamente no estresante; No se utilizan estímulos aversivos. El tamaño de la arena, y las tareas que alberga, se pueden adaptar tanto para ratas14,15 como para ratones16. Además, al tratarse de una tarea terrestre, es susceptible de registros fisiológicos y estudios de imágenes de calcio, a diferencia del watermaze21. Además, de acuerdo con los principios de las 3R (reducción, refinamiento, reemplazo), los estudios que emplean la arena de eventos requieren menos animales para obtener potencia estadística, ya que son factibles los diseños experimentales dentro del sujeto (en los que cada animal sirve como su propio control para las intervenciones farmacológicas, estimulaciones optogenéticas, etc.) y no se requiere estimulación aversiva para la motivación. Aunque el entrenamiento inicial exige más tiempo y ocurre en más sesiones que, por ejemplo, en las tareas de reconocimiento de novedades, una vez que los animales alcanzan un nivel estable y asintótico de rendimiento de la tarea, las manipulaciones como la estimulación con fármacos, vehículos o optogenética pueden intercalarse con un número relativamente pequeño de sesiones de entrenamiento adicionales17. Además, distintas facetas de la representación caen bajo control experimental directo en el ámbito del evento, como la naturaleza de la representación espacial empleada al resolver la tarea.
La cuestión de la representación se refiere al marco mental empleado por las ratas al recordar dónde ocurren los acontecimientos recientes18. ¿Recuerdan dónde se encuentra la comida o solo recuerdan cómo llegar a la comida? Las ratas pueden usar representaciones espaciales alocéntricas (como un mapa) o egocéntricas (centradas en el cuerpo) para resolver una tarea apetitiva dentro de la arena18. Sin embargo, para controlar e identificar la estrategia espacial empleada por cada sujeto experimental al realizar la tarea, existen distintos protocolos de entrenamiento que son capaces de promover selectivamente el uso de una sola representación espacial. Por lo general, se emplea una representación basada en el egocentrismo cuando las ratas llevan su recompensa de comida al mismo lugar desde el que comenzaron la prueba del día, lo que permite varias oportunidades para recordar la ubicación de la recompensa durante las carreras de ida y vuelta. Esta estrategia espacial se puede emplear independientemente de si la ubicación de inicio se cambia de un día para otro o se mantiene constante. Por el contrario, se favorece una representación alocéntrica cuando se requiere que las ratas lleven la recompensa de comida a una ubicación fija de la base de operaciones al lado de la arena, que es diferente de las ubicaciones iniciales cambiantes. Existen numerosas ventajas de las representaciones alocéntricas con respecto a la capacidad de almacenamiento del cerebro.
En este artículo, hemos esbozado el protocolo de la base de operaciones, que fomenta el empleo de sólo una representación alocéntrica. Hemos proporcionado resultados representativos para esta tarea, que ilustran claramente las ventajas de utilizar este modelo de roedores de "memoria cotidiana" en la investigación del aprendizaje y la memoria y destacan cómo se pueden promover las representaciones alocéntricas de la memoria espacial de tipo episódico.
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Los métodos descritos en este documento han sido aprobados por el Comité de Revisión Ética de la Universidad de Edimburgo; cumplen con la Ley de Animales (Procedimientos Científicos) del Reino Unido de 1986 y la Directiva del Consejo de las Comunidades Europeas de 24 de noviembre de 1986 (86/609/CEE) que regula el mantenimiento de animales de laboratorio y su uso en experimentos científicos.
NOTA: El sujeto experimental del protocolo que se describe a continuación son las ratas con capucha Lister, pero se puede adaptar para otras cepas de roedores.
1. Manejo de animales, alojamiento y control de alimentos
2. Configuración del aparato
Figura 2: La arena del evento y las señales. (A) Esquema que muestra la arena del evento (Abreviaturas: N= Norte, E= Este, S= Sur, W= Oeste). (B) La arena del evento con señales dentro y fuera de la arena. (C) Las dos señales 3D dentro de la arena (de izquierda a derecha): pila de pelotas de golf y botella negra cilíndrica. (D) Varias pistas 3D extra-arena (de izquierda a derecha): linterna esférica estampada; Linterna de Estrella Roja; Linterna azul. (E) Una de las cuatro cajas negras está colocada a mitad de camino a lo largo de la pared de cada arena del evento. Tres de estas cajas negras sirven como cajas de inicio, que proporcionan una posición de inicio para las ratas al comienzo de cada prueba. La cuarta caja negra es una base de operaciones donde las ratas consumen la recompensa de comida que recuperan de la arena. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Figura 3: Arenales. (A) Esquema que muestra un arenal vacío con las secciones accesibles e inaccesibles etiquetadas. (B) Un arenal vacío con una sección accesible y otra inaccesible. (C) Esquema que ilustra la disposición de los pellets en un arenero recompensado (izquierda) y no recompensado (derecha). Tanto los pozos de arena recompensados como los no recompensados contienen un total de 12 pellets y están rellenos de arena especialmente preparada, que oculta los pellets en los pozos de arena. (D) Serie de fotografías que muestren la preparación de un arenero recompensado, incluyendo la correcta colocación de los perdigones en la sección accesible (paso 1-4). Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Figura 4: La configuración experimental de la arena de eventos. (A) Esquema que muestra la configuración experimental de las salas experimentales y de control. (B) Captura de pantalla que muestra una transmisión en vivo de la sala experimental vista a través del software informático personalizado. El software informático personalizado permite a los experimentadores controlar las puertas de la caja de arranque de forma remota y proporciona otras mediciones. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
3. Protocolo de habituación
NOTA: Durante la habituación, las ratas son entrenadas para buscar pozos de arena, cavar para obtener una recompensa de comida y explorar la arena del evento.
Figura 5: Diseño de las sesiones de habituación. De la columna izquierda a la columna derecha: la sesión de habituación (H1-H7); la caja de inicio utilizada para cada sesión (por ejemplo, H1: caja de inicio sur (SB)); el lugar donde se requiere que las ratas coman su recompensa de comida (es decir, la base de operaciones del norte); la posición de los perdigones accesibles en el arenero recompensado (tanto en forma escrita como ilustrada; p = pellet), que se colocará en el lugar designado para cada sesión; La posición de los gránulos en el arenero de base plana en la jaula individual (tanto en forma escrita como ilustrada), que tiene como objetivo promover el comportamiento de excavación y fortalecer la asociación de las ratas entre cavar en un pozo de arena y recibir una recompensa de comida. Las dos últimas columnas se refieren a los pozos de arena en las jaulas individuales (fuera de la arena). Abreviatura: N/A= no aplicable Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
4. Protocolo de entrenamiento principal
NOTA: Cada sesión de entrenamiento principal consta de dos pruebas de codificación de memoria (E1, E2) seguidas, después de un breve retraso de tiempo (~30 min), por una prueba de elección de recuerdo (C1). Durante todos los ensayos, se requiere que las ratas recuperen sucesivamente dos perdigones del pozo de arena recompensado. Después de localizar cada bolita, las ratas deben localizar y entrar en la base de operaciones para comer esta recompensa alimenticia. La ubicación del arenero correcto (es decir, recompensado) se contrarresta a lo largo de las sesiones para todas las ratas (Figura 5).
Figura 6: Contrabalanceo representativo. (A) Esquema que ilustra cómo cambia el mapa de ubicación del arenal y la ubicación correcta del arencillo encontrado por las ratas (por ejemplo, Rata 1) a lo largo de las sesiones. (B) Ejemplo de una tabla de contrapeso para una sesión (por ejemplo, Sesión 1). Se utiliza una caja de inicio diferente para cada prueba dentro de una sola sesión (es decir, la codificación de la prueba 1 (E1) comenzó desde la caja de inicio Sur (SB)), pero su orden de uso fue el mismo para cada animal (por ejemplo, Rata 1-3). Los pozos de arena utilizados para la ubicación correcta (p. ej., ubicación 2, 4, 3) y sus conjuntos asociados, utilizados en su totalidad durante la prueba de elección de recuerdo, se contrarrestaron a través de los ensayos de cada sesión (p. ej., codificación 1, codificación 2, elección de recuerdo) y los animales que realizaban la tarea (p. ej., Rata 1-3). (C) Tabla que describe los conjuntos de pozos de arena contrarrestados dentro y entre sesiones. Hay 15 pozos de arena en total y tres conjuntos (conjunto 1-3) de pozos de arena, cada uno de los cuales contiene cinco pozos (A-E). Cada rata utiliza diferentes pocillos en cada ensayo de codificación y elección de recuerdo. Por ejemplo, como se menciona en la Figura 6B, la rata 1 utilizará Sandwell 1A en la prueba de codificación 1, Sandwell 1B en la prueba de codificación 2 y Sandwell 2C en la prueba de elección de recuperación. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
5. Prueba de sonda de recuperación
6. Prueba de control no codificante
NOTA: Un ensayo no codificante es una medida de control utilizada para determinar si las ratas están utilizando artefactos olfativos, en lugar de su memoria de la ubicación correcta del arencillo, para realizar la tarea. Como su nombre indica, la "prueba de control no codificante" significa que no se realizan ensayos de codificación antes del ensayo de elección de recuerdo; Solo se lleva a cabo el ensayo de elección de revocación. La expectativa es que, sin que se les permita codificar la ubicación del evento de memoria cotidiana, el rendimiento de las ratas en la prueba de elección será al azar. Si este no es el caso, y las ratas se desempeñan bien en la prueba de control no codificante, puede ser necesario un rediseño de los pozos de arena y sus compartimentos accesibles e inaccesibles.
7. Medición del rendimiento
NOTA: Se miden varios parámetros y en la Figura complementaria 1 se muestra un ejemplo de hoja de datos.
8. Evitar sesgos involuntarios
NOTA: Las siguientes medidas de control se implementan en todo el protocolo para garantizar la reproducibilidad y confiabilidad de esta tarea de memoria cotidiana.
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Este protocolo estable se ha utilizado para entrenar con éxito a ratas para que aprendan esta tarea de memoria cotidiana utilizando representaciones alocéntricas. Hay dos elementos importantes en este protocolo. En primer lugar, los animales parten de diferentes cajas negras (por ejemplo, Este, Sur y Oeste) dentro y entre las sesiones (Figura 7A). Hay dos pruebas de codificación y una prueba de elección de recuperación por sesión (o prueba de sondeo en...
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Los seres humanos codifican automáticamente eventos individuales en la vida cotidiana. Recordamos fácilmente algunos acontecimientos y olvidamos otros. El protocolo de memoria cotidiana de tipo episódico descrito anteriormente proporciona un método sólido para los investigadores que desean investigar este tipo de memoria (memoria episódica) en roedores. Debido a que la tarea implica el acto diario de encontrar y recuperar gránulos de comida de un lugar definido, se explota el inst...
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Los autores no tienen ningún conflicto de intereses que revelar.
Este trabajo fue financiado por las subvenciones del programa del Consejo de Investigación Médica, el Consejo Europeo de Investigación (ERC-2010-AdG-268800-NEUROSCHEMA), la beca de investigador avanzado de Wellcome Trust (207481/Z/17/Z).
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Name | Company | Catalog Number | Comments |
Camera | CCTVFirst | N/A | |
Event Arena | University of Edinburgh (designed and built in house) | University of Edinburgh (designed and built in house) | Event arena for everyday memory task |
Lister-hooded rats | Charles River UK | 603 | |
Multitimer Labview | University of Edinburgh (designed and built in house) | University of Edinburgh (designed and built in house) | |
Pneumatics, frames, screws of event arena | RS Components Ltd. | University of Edinburgh (P. Spooner) | Tools for building event arena |
Sandwells | Adam Plastics (http://www.adamplastics.co.uk) | University of Edinburgh (P. Spooner) | Sandwells for arena |
Startboxes | Adam Plastics (http://www.adamplastics.co.uk) | University of Edinburgh (P. Spooner) | |
Video recording | Windows 10 computers with OBS software, Blackmagic Decklink Mini Recorder cards | N/A |
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