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Method Article
L’objectif de ce protocole optimisé de « mémoire quotidienne » dans une arène événementielle était d’utiliser une base d’accueil stable qui encourage l’utilisation de représentations spatiales allocentriques. Ce modèle animal fournit un banc d’essai efficace pour les recherches futures sur la formation et la rétention des souvenirs d’événements à l’aide de techniques comportementales et physiologiques.
L’arène événementielle offre une plate-forme optimale pour étudier l’apprentissage et la mémoire. La tâche de mémoire quotidienne appétitive décrite dans cet article fournit un protocole robuste pour l’étude de la mémoire épisodique et spatiale chez les rongeurs, qui favorise spécifiquement la représentation de la mémoire allocentrique. Les rats sont entraînés à trouver et à creuser pour trouver de la nourriture pendant la phase d’encodage et, après un certain délai, les rats ont le choix de trouver la pastille de nourriture de récompense au bon endroit. Il y a deux éléments clés qui favorisent l’utilisation d’une stratégie allocentrique dans ce protocole : 1) les rats commencent à partir de différents points de départ pendant et entre les sessions, 2) une base d’accueil stable est déployée où les rats doivent porter leur nourriture pour manger. Grâce à ces modifications, nous encourageons efficacement les rongeurs à utiliser des représentations spatiales allocentriques pour effectuer la tâche. De plus, la tâche fournit un bon paradigme pour la conception expérimentale intra-sujet et permet aux expérimentateurs de manipuler différentes conditions pour réduire la variabilité. Utilisé en conjonction avec des techniques comportementales et physiologiques, le modèle de rongeur qui en résulte fournit un banc d’essai efficace pour les recherches futures sur la formation et la rétention de la mémoire.
Pour étudier la neurobiologie de l’apprentissage et de la mémoire, des techniques invasives sont nécessaires, ce qui n’est généralement pas réalisable chez l’homme. Ainsi, depuis plus d’un siècle, des protocoles comportementaux ont été conçus pour que les animaux de laboratoire modélisent diverses formes de mémoire humaine. La conception et le choix de la tâche et de l’appareil sont essentiels au succès de modèles efficaces de mémoire humaine. De nombreux paradigmes ont été développés avec une complexité diverse, allant de simples protocoles de conditionnement classiques et instrumentaux 1,2,3 à des labyrinthes tels que le labyrinthe en T4, le labyrinthe à bras radial5, le labyrinthe de Barnes6, le labyrinthe d’eau7 et le labyrinthe de plateau de fromages8. Pourtant, bien que ces tâches capturent des facettes de l’apprentissage associatif et de la navigation spatiale, elles ne peuvent pas être utilisées sans ambiguïté pour étudier la représentation mémorielle d’événements momentanés (c’est-à-dire une mémoire épisodique). Et, bien que la nouvelle reconnaissance d’objets9 et les permutations de cette tâche de mémoire spontanée, telles que la mémoire objet-lieu10, aient fourni des informations précieuses sur la mémoire de reconnaissance, elles ne testent pas le rappel explicite des événements. Pour répondre à cette demande, l’arène événementielle a été spécialement développée, et son utilisation a permis la recherche sur l’encodage et le rappel à long terme, en mémoire associée par paires 11,12,13 ainsi que sur l’encodage et le rappel d’événements discrets se produisant dans un espace familier 14,15,16,17,18. Ce dernier thème est au centre de ce manuscrit.
L’arène événementielle est une grande zone carrée en plein champ où se déroulent des événements pour les rongeurs. La taille de l’arène peut être adaptée pour accueillir des rats ou des souris, et les rongeurs sont encouragés à entrer et à explorer. Un exemple typique d’un événement qui se déroule dans l’arène est la recherche et la récupération de nourriture dans un puits de sable à un endroit précis. L’arène événementielle est conçue pour de telles tâches appétitives, dans lesquelles des rats ou des souris sont entraînés à rechercher, trouver et déterrer de la nourriture. Il capitalise sur leur tendance naturelle à ramener la nourriture dans un environnement sombre, qui dans ce cas est situé à côté de l’arène, où ils la mangent ensuite. Après une formation minimale pour creuser pour trouver de la nourriture, les rongeurs s’acquittent naturellement de cette tâche et obtiennent de bons résultats dans l’essai d’encodage et dans l’essai de choix de rappel, qui suit les essais d’encodage après un court délai de 30 minutes. Dans un essai de choix, plusieurs puits de sable (c’est-à-dire des endroits pour creuser) sont disponibles, mais un seul est récompensé.
Différentes tâches peuvent être effectuées dans l’arène de l’événement (par exemple, la mémoire spatiale, la mémoire épisodique et l’apprentissage par paires). Compte tenu de l’intérêt pour le développement de modèles efficaces de mémoire épisodique, le protocole suivant a été développé, dans lequel l’endroit où l’on peut trouver de la nourriture est modifié quotidiennement. Dans cette tâche, les rongeurs doivent se rappeler où l’événement consistant à creuser et à récupérer avec succès une récompense alimentaire s’est produit le plus récemment dans l’arène de l’événement. Le protocole décrit ci-dessous comprend un essai d’encodage dans lequel les rats recherchent chaque jour un puits de sable dans un nouvel endroit, suivi, après un certain délai, d’un essai de choix de rappel, où l’emplacement du puits de sable récemment codé est récompensé, tandis que les autres puits de sable alternatifs à différents endroits ne contiennent pas de nourriture accessible. Se rappeler où se trouvait la nourriture la veille n’est pas utile : l’emplacement correct doit être encodé et mémorisé, au moins pendant un certain temps, chaque jour. En conséquence, nous avons introduit le terme « mémoire quotidienne » pour capturer la forme de mémoire modélisée dans cette tâche, que nous, en tant qu’humains, utilisons au quotidien. Un exemple humain de la mémoire quotidienne est de se rappeler où l’on a garé sa voiture au centre commercial (Figure 1A) ou où on a posé ses lunettes dans la maison. Dans ce protocole, tous les indices intra et extra-arène sont tous stables, tout comme ils le sont dans les paramètres de notre vie quotidienne (c’est-à-dire les maisons, les bureaux, les parkings, etc.). Ainsi, les rongeurs doivent se rappeler où quelque chose s’est passé le plus récemment dans un environnement familier (Figure 1B). La tâche est analogue à la tâche DMP (Delayed-matching-to-place) du watermaze19, mais il s’agit d’une amélioration. Étant une tâche appétitive, il exploite le comportement naturel des rongeurs pour chercher de la nourriture20, au lieu de leur désir de s’échapper de l’eau. Cependant, comme dans le labyrinthe d’eau7, il n’y a pas de repères locaux différenciant les emplacements corrects des emplacements incorrects ; Les animaux doivent utiliser le rappel plutôt que la reconnaissance pour localiser l’emplacement correct du puits de sable après des durées de retard de mémoire variables.
Figure 1 : Mémoire quotidienne. (A) Mémoire quotidienne humaine. Schéma montrant une voiture verte garée sur un parking. Après un retard, la conductrice tente de se rappeler exactement où elle a garé sa voiture. (B) Mémoire quotidienne des animaux. Schéma montrant un rat creusant et récupérant une pastille dans un puits de sable à un endroit de l’arène de l’événement. Après un certain délai, le rat est soumis à un essai de choix avec plusieurs puits de sable incorrects (gris) et un puits de sable correct (vert). Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.
L’arène événementielle a déjà été utilisée avec succès dans les recherches sur la « mémoire quotidienne ». Ce sont des souvenirs qui sont automatiquement encodés chaque jour, conservés dans la mémoire à long terme, mais souvent oubliés après des périodes de temps relativement courtes. Bast et al.14 ont montré une mémoire d’événements monotone dépendante du retard, qui varie d’une excellente mémoire après de courts intervalles à un niveau aléatoire après 24 heures. La rétention de la mémoire peut cependant être améliorée avec succès par la nouveauté post-encodage ou, avec plusieurs essais de codage, par un espacement d’essai étendu15,17.
L’arène événementielle est polyvalente et relativement peu stressante ; Aucun stimuli aversif n’est utilisé. La taille de l’arène et les tâches qu’elle peut accueillir peuvent être adaptées à la fois pour les rats14,15 et les souris16. De plus, en tant que tâche terrestre, il se prête à l’enregistrement physiologique et aux études d’imagerie calcique, contrairement au labyrinthe d’eau21. De plus, conformément aux principes des 3R (réduction, raffinement, remplacement), les études utilisant l’arène événementielle nécessitent moins d’animaux pour obtenir une puissance statistique, car des modèles expérimentaux intra-sujet sont réalisables (dans lesquels chaque animal sert de son propre contrôle pour les interventions pharmacologiques, les stimulations optogénétiques, etc.) et aucune stimulation aversive n’est requise pour la motivation. Bien que l’entraînement initial demande plus de temps et se déroule sur plus de séances que, par exemple, dans les tâches de reconnaissance de nouveautés, une fois que les animaux atteignent un niveau stable et asymptotique de performance de tâche, les manipulations telles que le contrôle des médicaments, le contrôle du véhicule ou la stimulation optogénétique peuvent être entrecoupées d’un nombre relativement faible de séances d’entraînement supplémentaires17. De plus, des facettes distinctes de la représentation font l’objet d’un contrôle expérimental direct dans l’arène événementielle, telles que la nature de la représentation spatiale utilisée lors de la résolution de la tâche.
La question de la représentation concerne le cadre mental employé par les rats lorsqu’ils se souviennent de l’endroit où se produisent les événements récents18. Se souviennent-ils de l’endroit où se trouve la nourriture ou se souviennent-ils seulement comment s’y rendre ? Les rats peuvent utiliser des représentations spatiales allocentriques (semblables à une carte) ou égocentriques (centrées sur le corps) pour résoudre une tâche appétitive dans l’arène18. Cependant, pour contrôler et identifier la stratégie spatiale employée par chaque sujet expérimental lors de l’exécution de la tâche, il existe des protocoles d’entraînement distincts qui sont capables de promouvoir sélectivement l’utilisation d’une seule représentation spatiale. Habituellement, une représentation égocentrique est utilisée lorsque les rats ramènent leur récompense alimentaire au même endroit où ils ont commencé l’essai de la journée, ce qui permet plusieurs occasions de se souvenir de l’emplacement de la récompense pendant les allers-retours. Cette stratégie spatiale peut être utilisée, que l’emplacement de départ soit modifié d’un jour à l’autre ou qu’il reste constant. En revanche, une représentation allocentrique est favorisée lorsque les rats doivent transporter la récompense alimentaire à un endroit fixe sur le côté de l’arène, qui est différent des lieux de départ changeants. Les représentations allocentriques présentent de nombreux avantages en ce qui concerne la capacité de stockage du cerveau.
Dans cet article, nous avons décrit le protocole de base, qui encourage l’utilisation d’une représentation allocentrique uniquement. Nous avons fourni des résultats représentatifs pour cette tâche, qui illustrent clairement les avantages de l’utilisation de ce modèle de rongeur de la « mémoire quotidienne » dans l’étude de l’apprentissage et de la mémoire et mettent en évidence comment les représentations allocentriques de la mémoire spatiale de type épisodique peuvent être promues.
Les méthodes décrites dans cet article ont été approuvées par le comité d’éthique de l’Université d’Édimbourg ; ils sont conformes à la loi britannique de 1986 sur les animaux (procédures scientifiques) et à la directive du Conseil des Communautés européennes du 24 novembre 1986 (86/609/CEE) régissant l’entretien des animaux de laboratoire et leur utilisation dans des expériences scientifiques.
REMARQUE : Le sujet expérimental du protocole décrit ci-dessous est le rat à capuchon Lister, mais il peut être adapté à d’autres souches de rongeurs.
1. Manipulation des animaux, logement et contrôle des aliments
2. Mise en place de l’appareil
Figure 2 : L’arène de l’événement et les repères. (A) Schéma montrant l’arène de l’événement (abréviations : N = Nord, E = Est, S = Sud, W = Ouest). (B) L’arène événementielle avec des indices intra et extra-arène. (C) Les deux queues 3D intra-arène (de gauche à droite) : pile de balles de golf et bouteille noire cylindrique. (D) Plusieurs repères 3D extra-arène (de gauche à droite) : lanterne sphérique à motifs ; lanterne étoile rouge ; lanterne bleue. (E) L’une des quatre cases noires est positionnée à mi-chemin le long de chaque mur de l’arène de l’événement. Trois de ces boîtes noires servent de boîtes de départ, qui fournissent une position de départ aux rats au début de chaque essai. La quatrième boîte noire est une base où les rats consomment la récompense alimentaire qu’ils récupèrent dans l’arène. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.
Figure 3 : Puits de sable. (A) Schéma montrant un puits de sable vide avec les sections accessibles et inaccessibles étiquetées. (B) Un puits de sable vide avec une section accessible et une section inaccessible. (C) Schéma illustrant la disposition des pastilles dans un puits de sable récompensé (à gauche) et non récompensé (à droite). Les puits de sable récompensés et non récompensés contiennent un total de 12 granulés et sont remplis de sable spécialement préparé, qui dissimule les granulés dans les puits de sable. (D) Série de photographies montrant la préparation d’un puits de sable récompensé, y compris le placement correct des granulés dans la section accessible (étape 1-4). Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.
Figure 4 : La configuration expérimentale de l’arène événementielle. (A) Schéma montrant la configuration expérimentale des salles d’expérimentation et de contrôle. (B) Capture d’écran montrant un flux en direct de la salle d’expérimentation visualisé à l’aide du logiciel informatique personnalisé. Le logiciel informatique personnalisé permet aux expérimentateurs de contrôler à distance les portes de la boîte de départ et fournit d’autres mesures. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.
3. Protocole d’accoutumance
REMARQUE : Pendant l’accoutumance, les rats sont entraînés à chercher des puits de sable, à creuser pour trouver une récompense alimentaire et à explorer l’arène de l’événement.
Figure 5 : La conception des séances d’habituation. De la colonne de gauche à la colonne de droite : la séance d’habituation (H1-H7) ; la startbox utilisée pour chaque session (par exemple, H1 : South startbox (SB)) ; l’endroit où les rats doivent manger leur récompense alimentaire (c.-à-d. le port d’attache nord) ; la position des granules accessibles dans le puits de sable récompensé (sous forme écrite et illustrée ; p = pastille), qui sera placée à l’endroit désigné pour chaque séance ; La position des granulés dans le puits de sable plat dans la cage unique (sous forme écrite et illustrée), qui vise à promouvoir le comportement de creusement et à renforcer l’association des rats entre le fait de creuser dans un puits de sable et de recevoir une récompense alimentaire. Les deux dernières colonnes font référence aux puits de sable dans les cages simples (à l’extérieur de l’arène). Abréviation : N/A = sans objet Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.
4. Protocole d’entraînement principal
REMARQUE : Chaque séance d’entraînement principale se compose de deux essais d’encodage de mémoire (E1, E2) suivis, après un court délai (~30 min), d’un essai de choix de rappel (C1). Au cours de tous les essais, les rats doivent récupérer successivement deux granulés dans le puits de sable récompensé. Après avoir localisé chaque boulette, les rats doivent localiser et entrer dans la base pour manger cette récompense alimentaire. L’emplacement du puits de sable correct (c’est-à-dire récompensé) est contrebalancé d’une session à l’autre pour tous les rats (figure 5).
Figure 6 : Contrepoids représentatif. (A) Schéma illustrant comment la carte de localisation du puits de sable et l’emplacement correct du puits de sable rencontrés par les rats (par exemple, le rat 1) changent au cours des sessions. (B) Exemple de tableau de contrepoids pour une session (par exemple, Session 1). Une boîte de départ différente est utilisée pour chaque essai au cours d’une même session (c’est-à-dire que l’essai d’encodage 1 (E1) a commencé à partir de la boîte de départ sud (SB)), mais leur ordre d’utilisation était le même pour chaque animal (par exemple, Rat 1-3). Les puits de sable utilisés pour l’emplacement correct (p. ex., emplacement 2, 4, 3) et leurs ensembles associés, utilisés intégralement pendant l’essai de choix de rappel, ont été contrebalancés entre les essais de chaque session (p. ex., codage 1, codage 2, choix de rappel) et les animaux effectuant la tâche (p. ex., rat 1-3). (C) Tableau décrivant les ensembles de puits de sable contrebalancés à l’intérieur et entre les sessions. Il y a 15 puits de sable au total et trois ensembles (ensembles 1-3) de puits de sable, chacun contenant cinq puits (A-E). Chaque rat utilise des puits différents dans chaque essai de choix d’encodage et de rappel. Par exemple, comme mentionné dans la figure 6B, le Rat 1 utilisera Sandwell 1A dans l’essai d’encodage 1, Sandwell 1B dans l’essai d’encodage 2 et Sandwell 2C dans l’essai de choix de rappel. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.
5. Test de la sonde de rappel
6. Test de contrôle sans codage
REMARQUE : Un essai sans codage est une mesure de contrôle utilisée pour déterminer si les rats utilisent des artefacts olfactifs, plutôt que leur mémoire de l’emplacement correct du puits de sable, pour effectuer la tâche. Comme son nom l’indique, le « test de contrôle sans codage » signifie qu’aucun essai de codage n’a été effectué avant l’essai de choix de rappel ; Seul l’essai Recall Choice est mené. On s’attend à ce que, sans être autorisé à coder l’emplacement de l’événement de mémoire quotidien, la performance des rats dans l’essai de choix sera au niveau du hasard. Si ce n’est pas le cas et que les rats obtiennent de bons résultats dans l’essai de contrôle sans codage, il pourrait être nécessaire de redessiner les puits de sable et leurs compartiments accessibles et inaccessibles.
7. Mesure du rendement
REMARQUE : Plusieurs paramètres sont mesurés et la figure supplémentaire 1 montre un exemple de fiche technique.
8. Éviter les biais involontaires
REMARQUE : Les mesures de contrôle suivantes sont mises en œuvre dans l’ensemble du protocole pour garantir la reproductibilité et la fiabilité de cette tâche de mémoire quotidienne.
Ce protocole de base stable a été utilisé pour entraîner avec succès des rats à apprendre cette tâche de mémoire quotidienne à l’aide de représentations allocentriques. Ce protocole comporte deux éléments importants. Tout d’abord, les animaux partent de différentes boîtes noires (p. ex., est, sud et ouest) à l’intérieur et entre les sessions (figure 7A). Il y a deux essais d’encodage et un essai de rappel par session (ou un essai de s...
Les humains encodent automatiquement des événements uniques de la vie quotidienne. Nous nous souvenons volontiers de certains événements et en oublions d’autres. Le protocole de mémoire quotidienne de type épisodique décrit ci-dessus fournit une méthode robuste pour les chercheurs souhaitant étudier ce type de mémoire (mémoire épisodique) chez les rongeurs. Parce que la tâche implique l’acte quotidien de trouver et de récupérer des granulés de nourriture à un endroit...
Les auteurs n’ont aucun conflit d’intérêts à divulguer.
Ce travail a été soutenu par des subventions de programme du Conseil de recherches médicales, le Conseil européen de la recherche (ERC-2010-AdG-268800-NEUROSCHEMA), la bourse Wellcome Trust Advanced Investigator Grant (207481/Z/17/Z).
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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