Le Double-H Maze: un test comportemental robuste pour l'apprentissage et la mémoire chez les rongeurs

Résumé

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.

Résumé

L'étude de la cognition spatiale chez les rongeurs emploie généralement l'utilisation de tâches de labyrinthe, dont les attributs varier d'un labyrinthe à l'autre. Ces tâches varient par leur flexibilité comportementale et la durée de la mémoire requise, le nombre de buts et de voies, et aussi la complexité globale de la tâche. Une caractéristique de confusion dans beaucoup de ces tâches est le manque de contrôle sur la stratégie employée par les rongeurs d'atteindre l'objectif, par exemple, allocentriques (de procédure) des stratégies fondées (déclaratifs-comme) ou égocentriques. Le double-H labyrinthe est une tâche de mémoire de l'eau-évasion roman qui traite de cette question, en permettant à l'expérimentateur de diriger le type de stratégie appris au cours de la période de formation. Le double-H labyrinthe est un dispositif transparent, qui se compose d'une allée centrale avec trois bras faisant saillie des deux côtés, avec une plateforme d'échappement immergé à l'extrémité de l'un de ces bras.

Les rats peuvent être formés en utilisant une stratégie allocentrique en alternant la stposition de l'art dans le labyrinthe d'une manière imprévisible (voir le protocole 1; §4.7), les obligeant ainsi à apprendre l'emplacement de la plate-forme basée sur les indices allothetic disponibles. Alternativement, une stratégie d'apprentissage égocentrique (protocole 2; §4.8) peut être utilisé en libérant les rats de la même position lors de chaque essai, jusqu'à ce qu'ils apprennent le motif de procédure nécessaire pour atteindre le but. Cette tâche a été prouvé pour permettre la formation de traces mnésiques stables.

La mémoire peut être sondé la suite de la période de formation dans un essai de la sonde trompeuse, dans lequel la position de départ pour la rats suppléants. Suite à un paradigme d'apprentissage égocentrique, les rats ont généralement recours à une stratégie basée allocentrique, mais seulement lorsque leur point de vue initial sur les extra-labyrinthe indices diffère nettement de leur position d'origine. Cette tâche est idéal pour explorer les effets de médicaments / perturbations sur les performances de la mémoire allocentrique / égocentrique, ainsi que les interactions entre èmeese deux systèmes de mémoire.

Introduction

Chez les animaux, l'apprentissage est principalement médiée par les systèmes de mémoire hippocampal- et basée ^{striatum-1,2,} qui jouent un rôle central en ce qui concerne place- et procédural mémoire, respectivement. La relation entre ces deux systèmes est complexe, et ils sont connus pour interagir les uns avec les autres dans les mœurs coopératifs ou compétitifs ^1,3. En outre, des études ont montré que l'influence de l'un de ces systèmes de mémoire sur le comportement animal peut augmenter à la suite de l'absence ou de détérioration de l'autre système ^4-7. Ces deux systèmes sont reliés au cortex préfrontal via le thalamus.

De nombreux troubles neurologiques et des maladies neurodégénératives peuvent affecter la cognition spatiale chez l'homme, qui reposent sur l'interaction entre les systèmes de mémoire procédurale et déclarative. Les exemples incluent la maladie de Parkinson (PD), la maladie (le HD) de Huntington ^10.8, la maladie d'Alzheimer (AD) ^11-14, ainsi quela sclérose latérale amyotrophique (SLA) ^15. Les modèles animaux, qui sont pertinentes pour ces troubles peuvent être induites par divers traitements médicamenteux qui bloquent certains récepteurs ^16, ainsi que par des lésions ciblées. Lorsque ces animaux sont utilisés avec des tâches de mémoire spatiale, un aperçu précieux peut être gagné dans les mécanismes sous-jacents liés à ces troubles, ainsi que diverses options de traitement.

Il ya beaucoup de différents types de tâches de mémoire spatiale chez les rongeurs, qui, collectivement, sont conçus pour évaluer les aspects spécifiques de l'apprentissage et de la mémoire, ainsi que les effets des traitements potentiels contre plusieurs types de troubles ^17,18. Ces tâches peuvent être distingués par le nombre de buts et de sentiers, le degré de flexibilité comportementale dans la résolution de la tâche, la durée de la mémoire ou de retard, ainsi que le choix de la stratégie utilisée dans la résolution de la tâche. Une bonne performance peut être acquis sur la base de signaux externes ou des repères qui servent à orienterl'animal vers le but (une stratégie allocentrique ou lieu). Alternativement, un rongeur peut élaborer une stratégie qui est basée sur l'orientation du corps et des indices quant à la direction à se déplacer dans (une stratégie égocentrique ou de procédure), par exemple, si un rat sait que l'objectif est l'un virage à gauche suivi d'un virage à droite , il ya peu de nécessité d'une stratégie allocentrique ou le lieu. Maze tâches diffèrent souvent basées sur le degré de flexibilité offert au rongeur à les résoudre. Par exemple, dans le labyrinthe d'eau de Morris, une version sèche de ce dernier (par exemple, ¹⁹⁾ ou le labyrinthe Barnes (par exemple, ^20), il ya potentiellement des routes infinies le rat peut prendre pour atteindre l'objectif. Dans le labyrinthe d'eau de Morris, par exemple, l'emplacement de l'objectif peut être appris sur la base de points de repère ou d'indices (stratégie allocentrique) externes, ou simplement nager en cercles vers le centre jusqu'à ce que la plate-forme se trouve (stratégie égocentrique) ^21. Certaines tâches ont des objectifs multipleset un degré élevé de flexibilité, comme la tâche de cône champ ²² ou la radiale de Olton labyrinthe ^23. À l'autre extrémité de l'échelle sont les tâches, qui offrent une flexibilité limitée pour atteindre l'objectif, par exemple, le labyrinthe de pierre, ou la version alternative de la T-labyrinthe. Ces tâches ne fournissent qu'une seule façon correcte d'atteindre l'objectif et de faciliter l'émergence de routines cognitives qui sont principalement régis par le système de la mémoire procédurale basée striatum.

Le double-H labyrinthe est un dispositif de contrôle de la mémoire spatiale roman, qui a été conçu pour permettre à l'expérimentateur de diriger le type de stratégie qui est appris par les rongeurs dans la résolution de la tâche ^24. Composé de trois bras d'exécution parallèles coupées par une allée centrale perpendiculaire, la double-H labyrinthe est une tâche eau évasion dans laquelle les rongeurs apprennent à atteindre une plate-forme d'évasion qui est immergé dans l'un des emplacements de labyrinthe. Pendant la formation, une stratégie procédurale peut être développé par le maintien til même commencer et but endroits à travers. Alternativement, une stratégie allocentrique peut être développé en alternant la position de départ dans un ordre aléatoire, nécessitant ainsi le rat d'apprendre l'emplacement de la plate-forme cachée basée sur les indices environnementaux comme il doit le faire dans un labyrinthe d'eau. Ceci surmonte un obstacle présent dans de nombreuses tâches de labyrinthe différentes, dans lequel l'expérimentateur a par ailleurs peu de contrôle sur le type de stratégie que les rongeurs utilisent. Ceci est important lorsque l'on considère que les effets de certains médicaments candidats cognition améliorant comptent sur le système lieu-mémoire sur la base de l'hippocampe, ainsi l'émergence de routines ou procédures cognitives peut confondre l'interprétation des observations comportementales lorsque les animaux, par exemple passage de allocentrique à la mémoire procédurale au cours de la formation. De même, il peut être souhaitable d'évaluer les effets des médicaments et des traitements sur la mémoire procédurale, sans l'influence de la mémoire sur la base de lieu-allocentrique. Enfin, ce dispositifpeut être utilisé pour étudier les interactions coopératives ou de concurrence entre ces systèmes de mémoire, et les conditions dans lesquelles les rongeurs peuvent passer d'un système à un autre.

Protocole

1. Considérations générales

Ce protocole est approuvé par le soin et l'utilisation des animaux Comité de l'hôpital universitaire de Fribourg (même pour Strasbourg). L'acuité visuelle est nécessaire pour la performance dans les tests de l'apprentissage spatial. Rongeurs avec les systèmes visuels douteux ne sont pas appropriées. En outre, l'éclairage doit être suffisante pour que les rats pour voir les différents indices situés sur les murs environnants. Il est utile d'utiliser des indices de base en forme (carré, cercle, triangle), mais bien contrastées (par exemple, les indices peintes en noir sur un fond peint en blanc). De même, de troubles moteurs graves sont les critères d'exclusion, car la natation est nécessaire pour ce test et la noyade peut se produire. Enfin, les rongeurs hyper-anxieux peuvent afficher un comportement de recherche fortement biaisé, qui a une incidence sur les performances.

2. Appareil Set Up

1. Construire un double H labyrinthe constitué d'une allée centrale de 160 cm, qui est coupé aux deux extrémités et au centrepar trois bras parallèles courir 160 cm (voir la figure 1). Veiller à ce que l'allée centrale et ses bras perpendiculaires sont 20 cm de large, et sont entourés par 35 cm de haut murs de plexiglas transparent. Epaisseur de la plexiglas est de 6 mm pour toutes les parties.
2. Fixer les murs en place avec de la colle et des vis, et étanche le labyrinthe en utilisant des joints de silicone à tous les angles internes. Ces joints peuvent être remplacés facilement devraient-ils perdre leur étanchéité. Placer une sortie de vidange à l'extrémité d'un des bras d'angle (ou dans le milieu du labyrinthe) pour la vidange.
3. Placez le labyrinthe sur une table haute de 80 cm, avec un espace suffisant autour de) la marche autour du labyrinthe, et b) le placement de repères bien contrastées. Désigner chaque bras dans le labyrinthe par sa position, à savoir, au nord-ouest (NW), au nord (N), au nord-est (NE), sud-ouest (SW), le sud (S), et au sud-est (SE).
4. Placer une caméra montée au plafond au-dessus du labyrinthe pour l'analyse post-test du comportement animal, en utilisant soit manuel ou aut(vidéo) suivi méthodes OMATIC (voir §5).

3. Commentaires généraux

1. Avant de l'utiliser, remplissez le labyrinthe avec de l'eau à une hauteur approximative de 18 cm (200 L). Cela est suffisamment élevé pour empêcher les rats de toucher le fond du labyrinthe avec leurs pieds, mais suffisamment pour empêcher la fuite peu profonde.
2. Après le pré-formation, rendre la opaque de l'eau en mélangeant 250 g de lait écrémé en poudre. Changez l'eau sur une base quotidienne pour empêcher le mélange lait-eau de devenir rances. Maintenir la température de l'eau entre 21 à 23 ° C pour fournir un incitatif pour les rats à rechercher la plate-forme d'évasion.
   NOTE: Comme les rats se familiariser avec la position de la plate-forme lors de la pré-formation, sa position est déplacé vers un autre bras pendant l'entraînement.
3. Avant utilisation, immerger, une plate-forme de 17 cm de diamètre 10 cm à l'extrémité de l'un des bras de coin (NE, NW, SE ou SW). Assurer la hauteur à être immergé est de 1 cm en dessous de la surface de la surface de l'eau. Former les rats pour atteindrela plate-forme cible en utilisant soit un allocentrique ou d'une stratégie d'apprentissage égocentrique, qui dépend du type de paradigme utilisé (voir §4).

4. Protocoles de formation de base

NOTE: Les rats sont généralement fournis avec une première journée de pré-formation, ce qui leur permet de se familiariser avec le labyrinthe.

1. Pour pré-formation libérer le rat de l'extrémité de l'un des bras du centre (par exemple, S bras) et placer la plate-forme de but à l'extrémité d'un des bras de coin (par exemple, NE), puis donner les rats 4 consécutive 60 sec essais dans lesquels pour atteindre la plate-forme cible.
2. En arrivant à la plate-forme d'évasion, le rat permettent d'attendre là pendant 15 sec, afin qu'ils puissent se reposer et observer leur environnement. Indépendamment de la position de départ, toujours bloquer le bras opposé avec une porte guillotine transparent, ce qui empêche l'entrée.
   REMARQUE: Pendant la pré-formation, laisser l'eau transparente, et d'ajuster la plate-forme, ilroite de telle sorte qu'elle fait saillie de 1 cm au-dessus de la surface de l'eau, ce qui rend visible le rat.
3. Effectuer session de formation quotidienne comprenant jusqu'à 4 essais consécutifs, séparés par un intervalle de 10 secondes au moins (de formation discrète, à savoir, avec des intervalles de plusieurs minutes entre les essais, est une alternative).
4. Pour la formation, de déplacer la plate-forme à partir de sa position de pré-formation au bras choisi (par exemple, NW), et plonger à son extrémité 1 cm en dessous de la surface de l'eau. Maintenant rendre la opaque de l'eau par l'addition de poudre de lait et effectuer la formation suivante (article 4).
5. Pour les rats qui ne parviennent pas à la plate-forme cible dans les 60 secondes, les renvoient à la position de départ, et doucement les guider vers la plate-forme par l'expérimentateur.
6. Mesurer plusieurs variables durant les sessions de formation et de sondes, tels que, nagé la distance, temps de latence à bras but / plate-forme, le temps passé dans chaque bras, ainsi que le nombre d'erreurs initiales / répétitives (voir Figure2). Gardez à l'esprit que les latences peuvent être influencés par des difficultés motrices. Le cas échéant, la distance et les erreurs apparaissent comme des variables les plus fiables sur les performances cognitives.
7. Allocentrique Stratégie de formation:
   1. Jour 1 - Pré-formation:
      1. Ne pas ajouter de la poudre de lait pour cette étape. Placez plateforme d'échappement dépassant 1 cm au-dessus de la surface de l'eau à un endroit fixe. rats train en 4 essais consécutifs pour atteindre la plate-forme.
   2. Jours 2 - 5 - Formation:
      1. Ajouter 250 g de lait écrémé en poudre à l'eau pour la rendre opaque. Déplacer la plate-forme à un bras différent (par exemple, du NE au NW) et ajouter de l'eau de sorte que la plate-forme est de 1 cm en dessous de la surface de l'eau. rats de sortie soit le bras de N ou S dans les séquences imprévisibles pour chaque session, de sorte que les deux bras sont utilisés deux fois début de l'essai en une seule séance (4 essais / jour, par exemple, SNNS, NSNS; voir la figure 3).
   3. Jour 6 - Session Probe:
      1. Retirer la plate-forme pour le procès de la sonde. Relâchez les rats d'un bras différentes de celles utilisées lors de la formation (par exemple, SW), et leur permettre de nager pendant 60 secondes. Voir Figure 4 pour les pistes de natation représentatifs. Analyse du temps passé dans le bras de cible (ancien emplacement de la plate-forme) donne une indication quant à savoir si les rats utilisent une stratégie spatiale, un autre type de stratégie, une combinaison séquentielle des différentes stratégies (voir ci-dessous), ou un motif de recherche désorganisée.
8. Egocentric formation de la stratégie:
   1. Jour 1 - Pré-formation:
      1. Ceci est la même que la première étape dans la formation de la stratégie allocentrique (étape 4.1). Ne pas ajouter de la poudre de lait pour cette étape. Placez plateforme d'échappement dépassant 1 cm au-dessus de la surface de l'eau à un endroit fixe. rats train en 4 essais consécutifs pour atteindre la plate-forme.
   2. Jours 2 - 5 - Formation:
      1. Ajouter 250 g depoudre de lait écrémé dans l'eau pour la rendre opaque. Déplacer la plate-forme à un bras différent et ajouter de l'eau de sorte que la plate-forme est de 1 cm en dessous de la surface de l'eau. rats de sortie de la même branche de départ (S ou N; voir la Figure 5) pour chaque épreuve (4 essais / jour).
   3. Jour 6 - Session Probe:
      1. Retirer la plate-forme pour le procès de la sonde. Les rats sont libérés à partir d'un bras différent de celui où ils ont été libérés au cours de la formation. Autoriser les rats à nager pendant 60 secondes. Bloquer le bras opposé avec une porte guillotine transparent.
         REMARQUE: Modifier les stratégies de formation ci-dessus car, selon les exigences de l'expérience particulière, par exemple, les essais effets des médicaments etc.
9. Sécher le rat avec des serviettes absorbantes après chaque session dans l'eau.

5. Analyse

1. Effectuer des mesures de temps de latence, les erreurs initiales et répétitives, premiers choix et le type de réponse manually en enregistrant ces variables des vidéos prises par l'appareil photo en tête.
2. Alternativement, si possible, utilisez un logiciel commercial vidéo-tracking et configuré pour enregistrer ces variables automatiquement.
3. Analyse Statistique:
   REMARQUE: La mise en œuvre spécifique de l'analyse statistique dépend de l'étude, qui se déroule.
   1. Effectuer un, deux ou trois voies ANOVAs concernant les erreurs initiales / répétitives, la latence à bras but / plate-forme, et le temps passé dans le bras de cible; avec des facteurs qui comprennent le jour du test, et le groupe (s) de traitement.
   2. Le cas échéant, suivez ces analyses de variance à l'aide de comparaisons multiples post-hoc de Newman-Keuls tests. Pour comparer les performances, utilisez une valeur de référence (par exemple, le temps passé dans le bras de cible lors d'un procès de la sonde par rapport au niveau de la chance), et d'effectuer un test t.
   3. Si nécessaire, utiliser des statistiques non paramétriques en plus (par exemple,? ², voir ci-dessous) ou au contraire lorsque les conditions de PARAMETceux ric ne sont pas remplies.

Résultats

Stratégie d'apprentissage Egocentric

Une étude a été effectuée pour déterminer si la stratégie de la mémoire choisie chez le rat des changements fondés sur des modifications de leur perspective d'indices environnementaux externes, à la suite d'un paradigme égocentrique-learning ^25. Les rats ont été formés sur 4 jours (4 essais / jour) pour atteindre un bras de but situé au nord, et ont ensuite été testées sur le cinquième jour à l'aide d'un ess...

Discussion

Commentaires sur la conception et l'analyse d'études

Depuis sa conception, le double-H labyrinthe a été utilisée dans un certain nombre d'expériences comportementales chez les rats, qui, collectivement, ont été conçus pour étudier les réponses égocentriques et / ou allocentriques chez les rats dans des conditions normales ^24,25 et ^26-29 modifiés états du cerveau. Les dernières études comprennent la stimulation du striatum cérébrale profonde (DB...

matériels

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