Ce travail a été soutenu par les Instituts canadiens de recherche en santé du Canada (IRSC), la famille Townsend, et Jack Brown et la famille d&#39;Alzheimer Research Foundation (WAS). WS est le titulaire de la Chaire de recherche du Canada sur la maladie d&#39;Alzheimer. PL a été soutenue par une CRSNG Alexander Graham Bell Canada bourse d&#39;études supérieures de recherche au doctorat et d&#39;une Fondation Michael Smith pour la recherche en santé diplômés bourse d&#39;études supérieurs.

1. Préparation <ol><li> Préparation de l&#39;équipement <ol><li> Obtenir un bassin circulaire avec un diamètre de 150cm et une profondeur de 50cm (Fig. 1). Si vous utilisez la souris noire, une piscine blanc doit être utilisé; si vous utilisez la souris blanche, une piscine noire doit être utilisé. </li><li> Disposer la salle de telle sorte que l&#39;animal testé ne pouvez pas voir l&#39;expérimentateur lors des essais. Ceci peut être accompli avec des rideaux ou des cloisons. </li><li> Placez des repères spatiaux à haut contraste sur la salle, et / ou à l&#39;intérieur de la piscine à un endroit qui serait au-dessus de la surface de l&#39;eau. </li><li> Placez une plateforme 10 cm de diamètre dans la piscine - blanc pour une piscine de blanc, en plexiglas transparent pour une piscine de noir. Remplissez la piscine à l&#39;eau jusqu&#39;à la plateforme est 1cm au-dessus de la surface de l&#39;eau. Laissez l&#39;eau s&#39;équilibrer à température ambiante (22 ° C). Selon la température de l&#39;eau ce qui peut prendre un à trois jours, ou encore l&#39;eau chaude peut être ajouté pour accélérer l&#39;équilibrage. </li></ol></li><li> Logiciels de préparation <ol><li> Calibrer la piscine dans le logiciel informatique afin que la caméra peut créer des informations de distance physique à base de pixels d&#39;information. Divisez la piscine en 4 quadrants. Spécifiez la zone comme une zone plate-forme de variable qui peut changer à chaque procès. Créer cinq sous-zones plateforme - un dans chaque quadrant, et un dans le centre de la piscine. Enregistrer l&#39;étalonnage et l&#39;utiliser pour les jours d&#39;essai restant. (Voir Fig exemple. 2). </li><li> Réglez le temps d&#39;essai maximale de 60 sec. Si la souris trouve la plate-forme avant ce temps, programmer le logiciel pour arrêter le procès lorsque la plate-forme est trouvée. </li><li> Spécifiez le programme pour commencer à suivre automatiquement, lorsque l&#39;expérimentateur quitte la zone de test. Utiliser toute «réflexion minimisation&quot; des options de votre logiciel fournit. </li><li> Suivre la longueur du trajet, la latence s&#39;échapper, et le temps passé dans chaque quadrant. </li></ol></li></ol> 2. Jour 1: Plate-forme visible <ol><li> Programme informatique <ol><li> Chargez le calibrage piscine dans le logiciel de suivi. </li><li> Créer cinq essais, avec un intervalle entre les essais appropriés pour votre expérience. Programme de l&#39;emplacement et la direction plateforme de départ diffèrent à chaque procès. Voir tableau 1 pour un protocole par exemple. </li></ol></li><li> Procédure d&#39;essai <ol><li> Transférer la souris de leur logement à la salle de comportement. Gardez la souris dans une zone où ils ne peuvent pas voir la piscine ou des indices spatiaux. Laissez-les s&#39;adapter à leur nouvel environnement pendant au moins 30 minutes avant le test. </li><li> Placez un drapeau sur la plate-forme pour accroître sa visibilité. </li><li> Pour commencer le test, ascenseur souris à partir de la cage par la base de la queue. Soutien de la souris comme vous l&#39;apporter à la zone d&#39;essai. Lifting de la souris par la base de la queue, placez doucement la souris dans l&#39;eau, face au bord de la piscine. Quitter rapidement la zone de test. </li><li> Si la souris trouve la plate-forme avant le sec 60 de coupure, permettant la souris pour rester sur la plate-forme pour 5 secondes, puis le retourner dans sa cage à la maison. Si la souris ne trouve pas la plate-forme, placez la souris sur la plate-forme et lui permettre d&#39;y rester pendant 20 sec avant de le retourner dans sa cage à la maison. </li><li> Répétez l&#39;opération pour toutes les souris dans le sentier. Commencez chaque procès subséquent avec un emplacement autre plate-forme et le sens de départ, comme vous avez programmé dans votre logiciel. </li><li> Lorsque le test est terminé, retournez la souris de leur logement en question. Les souris sont taries et les normothermie est assuré avant de revenir à l&#39;animalerie. </li><li> En préparation pour le jour suivant, retirer le drapeau de la plate-forme et ajouter de l&#39;eau à la piscine de submerger la plate-forme de 1 cm en dessous de la surface. </li></ol></li></ol> 3. Jours 2-5: plate-forme cachée <ol><li> Programme informatique <ol><li> Chargez le calibrage piscine dans le logiciel de suivi. </li><li> Créer cinq essais, avec un intervalle entre les essais appropriés pour votre expérience. Programme de l&#39;emplacement plateforme de rester dans la même position tout au long des essais et des jours, mais ils ont le sens de départ différents à chaque essai, chaque jour. </li></ol></li><li> Procédure d&#39;essai <ol><li> Pour les souris noire, ajouter non-toxique, blanc, peinture en poudre température de la piscine et bien mélanger. Utilisez suffisamment de peinture tels que la plate-forme immergée n&#39;est pas visible de la surface de l&#39;eau. Pour les souris blanches, une piscine noire avec de l&#39;eau claire et d&#39;une plateforme en plexiglas transparent doit être utilisé. </li><li> Suivez les étapes 2.2.3 à 2.2.6. </li></ol></li></ol> 4. Jour 6: Essai de la sonde <ol><li> Programme informatique <ol><li> Chargez le calibrage piscine dans le logiciel de suivi. </li><li> Créer une zone de non essai avec plate-forme et une direction de départ. La direction de départ la plus éloignée du quadrant plate-forme utilisée, les 2-5 jours est préférable. Réglez la longueur du tracé à 60 sec. </li></ol></li><li> Procédure d&#39;essai <ol><li> Retirez la plate-forme de la piscine. </li><li> Suivez les étapes 2.2.3 à 2.2.6. </li></ol></li></ol> 5. L&#39;analyse des données <ol><li> Pour chaque jour et chaque souris, la moyenne des 5 essais pour donner une longueur de voie unique et la latence d&#39;échappement pour chaque sujet d&#39;essai. Calculer l&#39;erreur combinée de manière appropriée. Pour le jour 6, il suffit de recueillir la longueur du chemin, la latence s&#39;échapper, et le temps passé dans le quadrant plate-forme pour chaque souris. </li><li> Si des différences existent entre les groupes sur une journée, il est probablement un problème avec la vision plutôt que de l&#39;apprentissage et la mémoire. Seuls procéder à l&#39;analyse si aucune différence n&#39;est vu le jour 1. </li><li> Comparer les courbes d&#39;apprentissage pour les Jours 2-5 à l&#39;aide de statistiques appropriées pour votre ensemble de données. Une plus forte courbe représente une acquisition plus rapide des tâches; une plus faible courbe représente un déficit dans l&#39;acquisition de la tâche. Les données du jour 2 au jour 5 sont analysées à l&#39;aide Anowa. </li><li> Pour 6 jours, comparez les pour cent du temps passé dans le quadrant plateforme déjà appris, à l&#39;aide de statistiques appropriées pour votre ensemble de données. Un pourcentage plus élevé de temps passé dans le quadrant plateforme est interprété comme un niveau plus élevé de rétention de la mémoire. </li></ol> 6. Les résultats représentatifs Nous avons utilisé le test Morris Water Maze pour examiner l&#39;effet d&#39;hypoxie sur la pathogenèse AD (7) et l&#39;acide valproïque (VPA) de l &#39;potentiel pharmaceutique pour le traitement AD (6) dans le modèle de souris transgéniques MA. La figure 3 est le résultat représentatif nous avons signalé dans notre étude sur l&#39;effet de l&#39;APV sur les déficits de la mémoire dans le modèle AD APP23 souris (6). Le jour 1 (essais plateforme visibles), il n&#39;ya aucune différence entre l&#39;APV et de traiter des groupes de contrôle de la latence (figure 3A) et la longueur du trajet (figure 3A), indiquant que les deux groupes ont à moteur similaire et des capacités visuelles. De cela, nous supposons que les souris sont capables de voir la plate-forme et le pavillon-repères dans le milieu environnant, et peut nager de façon acceptable. Pendant des jours 2-5 (jour 1 à 4 du procès plateforme cachée) de l&#39;exemple montre une différence dans la latence d&#39;échappement (figure 3C) et la longueur du trajet (figure 3D) entre les groupes, ce qui suggère que les souris traitées APV nettement mieux que les contrôles au fil du temps. Les résultats sentiers sonde sur la dernière journée (Jour 6) montrent que le nombre de fois où la souris a voyagé dans le troisième quadrant, où la plate-forme cachée était auparavant placé, était significativement supérieure avec le traitement APV par rapport au témoin (Fig. 3E). Ces données indiquent que le traitement améliore significativement l&#39;APV déficits de mémoire vu dans APP23 souris. <img src="/files/ftp_upload/2920/2920fig1.jpg" alt="Figure 1"/> Figure 1. Configuration de l&#39;équipement pour l&#39;eau de Morris test du labyrinthe plateforme visible de jour. La piscine est à l&#39;abri de l&#39;expérimentateur en utilisant des cloisons. Indices spatiaux sont situés sur les murs, et peut-être placée à l&#39;intérieur de la piscine, au-dessus de la surface de l&#39;eau, si désiré. La piscine est remplie d&#39;eau claire, avec la plate-forme située 1cm au-dessus de la surface. Un indicateur a été mis sur la plate-forme pour améliorer la visibilité. <img src="/files/ftp_upload/2920/2920fig2.jpg" alt="Figure 2"/> Figure 2. Capture d&#39;écran de la Toute-Maze Tracking System ™ Vidéo montrant l&#39;étalonnage de la piscine. La piscine est vu de dessus par une caméra de suivi analogiques en noir et blanc avec un numériseur RTV24. Plusieurs zones sont définies dans le logiciel et le pool total est divisé en quatre quadrants. Un cinquième, une zone plate-forme est entré qui peut varier selon les essais, avec cinq emplacements possibles: NO, NE, SO, SE, ou le Centre. Une droite d&#39;étalonnage (ligne cochée dans le centre) est ajouté pour permettre au logiciel pour convertir des distances pixel dans les distances physiques. <img src="/files/ftp_upload/2920/2920fig3.jpg" alt="Figure 3"/> Figure 3. Les résultats représentatifs pour la piscine de Morris. Le APP23 de 7 mois souris transgéniques portant humaine suédoises gène mutant APP ont été testés après un mois de la vie quotidienne APV (n = 30 souris) ou de solution véhicule (n = 30 souris) injections. (A) pendant la première journée de tests plate-forme visible, l&#39;APV traités et témoins APP23 souris présentaient un temps de latence de fuite similaires sur la plateforme visible. P&gt; 0,05 par étudiant t-test (B). L&#39;APV-traités et le contrôle APP23 souris avaient similaires distances de natation avant de s&#39;échapper vers la plate-forme visible dans le test de la plate-forme visible. P&gt; 0,05 par étudiant t-test. (C) Dans les tests plate-forme cachée, l&#39;APV traité APP23 souris a montré une latence plus courte pour échapper sur la plate-forme cachée sur le 3 ème et 4 ème jour, P &lt;0,001 par ANOVA. (D) L&#39; APV-traitée APP23 souris avaient une longueur plus courte de natation avant de s&#39;échapper vers la plate-forme cachée sur le 3 ème et 4 ème jour, P &lt;0,01 par ANOVA. (E) Dans l&#39;essai de sonde sur le 6ème jour, l&#39;APV APP23 souris traitées voyagé dans le troisième quadrant, où la plate-forme cachée était auparavant placé, parfois beaucoup plus que les témoins. * P &lt;; 0,005 par étudiant t-test. (Adapté et réimprimé dans le Journal of Experimental Medicine 205, 2781-2789, 2008, Rockefeller University Press, publié initialement dans J. Exp Med doi:... 10.1084/jem.20081588) (6). <table border="1"><tbody><tr><td>&nbsp;</td><td colspan="2"> Jour 1 </td><td> Jour 2 </td><td> Jour 3 </td><td> Jour 4 </td><td> Jour 5 </td><td> Jour 6 </td></tr><tr><td></td><td> Lieu Platform </td><td> Direction de départ </td><td colspan="4"> Lieu Plate-forme: SO partir Localisation comme suit: </td><td> Aucune plate-forme. </td></tr><tr><td> Essai 1 </td><td> SO </td><td> S </td><td> W </td><td> N </td><td> N </td><td> E </td><td> N </td></tr><tr><td> Essai 2 </td><td> NO </td><td> N </td><td> S </td><td> W </td><td> E </td><td> S </td><td></td></tr><tr><td> Essai 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> Essai 4 </td><td> Centre </td><td> E </td><td> E </td><td> W </td><td> S </td><td> E </td><td></td></tr><tr><td> Essai 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> Tableau 1. L&#39;échantillon d&#39;eau du protocole labyrinthe * * Notez comment la fois la position de départ plate-forme et changer de direction le 1er jour, alors que sur la position jours 2-5 plateforme reste constant tandis que les changements de direction de départ. Au jour 6, il n&#39;ya pas de plate-forme et un seul essai. La direction de départ pour le jour 6 est le plus éloigné de l&#39;emplacement de la plate-forme précédente (SW) de sorte que la souris doit parcourir une certaine distance avant d&#39;entrer dans le quadrant plateforme appris précédemment.

<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>

Toutes les expériences ont été menées en conformité avec l&#39;Université de la Colombie Soins des animaux-Britannique et le comité de l&#39;utilisation et les lignes directrices des IRSC.

Age, sexe, espèce, souche et les différences influent sur les performances MWM (8). Des études indiquent que des souris âgées ont mauvaise performance dans le MWM, tandis que les rongeurs mâles performants que les filles; de plus, flottant est plus prononcée chez les souris que les rats (9, 10). Par conséquent, ces éléments devraient être assimilée à travers toutes les épreuves. Les preuves suggèrent également que les animaux stressés effectuer plus mal dans le MWM (11), donc des facteurs environnementaux qui peuvent causer du stress, comme la température, la lumière et le bruit, doivent être surveillées et maintenues constantes au cours de la tâche.

<table border="1"><tbody><tr><th> Nom du réactif </th><th> Société </th><th> Commentaires (optionnel) </th></tr><tr><td> Système de suivi AnyMaze Vidéo </td><td> Société Stoelting </td><td></td></tr><tr><td> Peinture Tempera </td><td> Groupes Reeves &amp; Poole </td><td> Blanc, en poudre </td></tr></tbody></table>

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

La piscine de Morris (MWM) a été créé par Richard Morris neuroscientifique G. en 1981 afin de tester l&#39;hippocampe apprentissage dépendant, y compris l&#39;acquisition de données spatiales memoryand à long terme la mémoire spatiale 1. Le MWM est une procédure relativement simple consistant généralement de six essais par jour, le principal avantage étant la différenciation entre le spatial (cachés-plateforme) et non-spatiales (visible plate-forme) les conditions de 2-4. En outre, l&#39;environnement de test MWM réduit les interférences sentiers odeurs 5. Cela a conduit la tâche à être largement utilisé dans l&#39;étude de la neurobiologie et neuropharmacologie de l&#39;apprentissage spatial et la mémoire. Le MWM joue un rôle important dans la validation des modèles de rongeurs pour les troubles neurocognitifs comme la maladie d&#39;Alzheimer 6, 7. Dans ce protocole, nous avons discuté de la procédure typique de MWM pour l&#39;apprentissage et la mémoire des tests et des analyses de données couramment utilisés dans la maladie d&#39;Alzheimer souris modèle transgénique.

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

La piscine de Morris est une tâche comportementale afin de tester l&#39;hippocampe dépend apprentissage et la mémoire. Il a été largement utilisée dans l&#39;étude de la neurobiologie, la neuropharmacologie et les troubles neurocognitifs dans des modèles rongeurs.

Test Morris Water Maze pour les déficits d&#39;apprentissage et de mémoire chez la souris modèle de la maladie d&#39;Alzheimer

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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Research

JoVE Journal

Neuroscience

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

125.7K vues.  University of British Columbia. La piscine de Morris est une tâche comportementale afin de tester l'hippocampe dépend apprentissage et la mémoire. Il a été largement utilisée dans l'étude de la neurobiologie, la neuropharmacologie et les troubles neurocognitifs dans des modèles rongeurs.

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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.

Apprendre la route à faible stress en utilisant le labyrinthe Lashley III chez des souris

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

Recherche

Neurosciences

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.

Conception et construction d&#39;un Headstage rentable pour la stimulation neuronale et enregistrement simultanés dans le labyrinthe de l&#39;eau

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 à l&#39;apprentissage butanone, à court terme et à long terme Tests mémoire associative

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.

Déficits locomoteur Dosage, apprentissage et mémoire dans Drosophile Modèles de la neurodégénérescence

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-labyrinthe alternance forcé et des tâches de discrimination gauche-droite pour l&#39;évaluation de travail et de la mémoire de référence chez la souris

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.

D&#39;enregistrement optique de l&#39;activité neuronale supraliminaire avec une résolution à cellule unique et un seul pic

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 optogénétiques stimulation du système nerveux central pour rongeurs

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.

Un modèle d&#39;apprentissage latéralisé odeur chez les rats nouveau-nés pour dissection Formation Neural Circuits Soutenir la mémoire

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.

Injection intracérébroventriculaire de Peptides amyloïde-ß chez les souris normales à Provoquer Pleinement Déficits cognitifs de type Alzheimer

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.

Évaluation de l&#39;apprentissage spatial et la mémoire dans les petits squamate Reptiles

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