We thank M. Forney, R. Maged, and K. Hellwinkle for data collection and two anonymous reviewers for comments on a previous version of this manuscript. This research was supported by an NSF award to LDL (IOS-0918268).

Toutes les procédures ont été approuvées par le Penn State University Institutional Animal Care et utilisation Commission (IACUC - Protocole ID: 43242) et respectées toutes les lois et les règlements fédéraux. 1. Préparation <ol><li> Achat ou construire le labyrinthe Barnes, assurant que les trous de but sont correctement dimensionnés pour les espèces d&#39;intérêt. Pour ce protocole, utiliser sept lézards de côté-blotched adultes (Uta stansburiana). Déterminer la taille d&#39;échantillon adéquate pour les études utilisant d&#39;autres espèces. <ol><li> Si la construction du labyrinthe Barnes, acheter un standard, table ronde non poreuse (106 cm de diamètre), élevées de 76,2 cm du sol. </li><li> L&#39;utilisation d&#39;un ruban à mesurer, marquer 10 points équidistants espacés de 26 cm de distance autour du périmètre de la table et de 6,35 cm du bord de la table. Utilisez 10 trous alors que les labyrinthes rongeurs ont généralement plus de trous. Cela permet une réduction du nombre d&#39;options d&#39;échappement. </li><li> L&#39;utilisation d&#39;un bit de scie à trou (2,54cm de diamètre), percer les 10 trous de but et le sable des bords tranchants. </li><li> Monter quatre chevilles de support d&#39;étagère dans chaque trou avec des vis, en utilisant une enceinte à la maison comme un guide pour les dimensions. </li></ol></li><li> Placez le labyrinthe dans une pièce calme avec un éclairage lumineux et frais généraux repères spatiaux disponibles pour la navigation (portes, armoires, etc.). </li><li> Monter une mise au point automatique, webcam grand-angle (11,3 cm x 3,99 cm) ou un autre appareil approprié directement au-dessus du labyrinthe. Soyez certain que le champ de vision du flux vidéo englobe l&#39;ensemble du labyrinthe. </li><li> Placez l&#39;ordinateur et chaise d&#39;observateur au moins 1 m du labyrinthe. </li><li> Marquez les jambes du labyrinthe sur le sol avec un marqueur ou d&#39;une bande permanente. Cela permet de corriger tout mouvement de minutes du labyrinthe au cours des essais. </li><li> Aléatoirement assigner un des trous que &quot;1&quot; et le nombre des autres trous consécutivement par &quot;10&quot;. Avec un marqueur permanent, écrire les nombres sur le côté de l&#39;extérieurdu labyrinthe pour faciliter la référence. Veiller à ce que les chiffres ne sont pas visibles à un animal dans le labyrinthe. </li><li> attribuer au hasard objectif trous pour les sujets en utilisant un générateur de nombres aléatoires. </li></ol> 2. Essais de formation REMARQUE: Les reptiles ont une température corporelle préférée qui peut être obtenu à partir de la littérature. Si les animaux deviennent lent sur plusieurs essais de formation, le labyrinthe peut être trop cool et cela peut affecter le comportement. Un petit appareil de chauffage ou de la bande de chaleur sur la face inférieure du labyrinthe peuvent augmenter de manière adéquate labyrinthe température de surface, la meilleure indication thermique de la température du corps, afin de maintenir la température du corps et des performances optimales de comportement. <ol><li> Si les sujets sont logés à l&#39;extérieur de la salle d&#39;examen, amener des animaux dans leurs enclos à la maison dans la pièce au moins 30 minutes avant le test. Assurez - vous de fournir de la chaleur dans des enclos à domicile (par exemple, des lampes chauffantes, ruban de chaleur) afin de maintenir la température du corps avant l&#39; essai. <ol><li> logiciel de suivi ouvert et application webcam pour le flux vidéo. Le logiciel de suivi personnalisé a été écrit pour Matlab et la boîte à outils de traitement d&#39;image; un autre logiciel de suivi est disponible dans le commerce. </li><li> Évaluer le champ de vision du flux vidéo. Si le labyrinthe est pas dans le champ de vision, vérifier que le labyrinthe est dans les marques sur le sol. </li><li> Ouvrez la feuille de calcul contenant des informations sur la date, commencer / temps des essais de formation, sous réserve ID, trou de but assigné, le nombre d&#39;essais de formation organisés, les notes et les initiales de l&#39;observateur fin. </li><li> Randomize l&#39;ordre dans lequel les sujets seront testés. Les sujets testés de manière systématique. </li></ol></li><li> Retirer le premier sujet de sa cage et placez doucement le sujet au milieu du labyrinthe. Placez une baignoire en plastique sur l&#39;animal; Ce faisant empêche le biais de l&#39;orientation inconsciente par le chercheur. Autoriser 30 s à acclimater. </li><li> Monter la maison de la cage de l&#39;animal dans le labyrinthe, directement sous l&#39;ensigné trou de but, en faisant glisser la partie supérieure de l&#39;enceinte dans les supports de cheville. Soyez certain que la roche pèlerin dans la cage de la maison est directement sous le trou, qui servira de perchoir quand l&#39;animal descend dans le trou. À ce stade, l&#39;utilisation d&#39;indices thermiques ou chimiques de l&#39;enceinte de la maison pour une utilisation dans la navigation est sans importance. <ol><li> labyrinthes rongeurs utilisent une enceinte propre comme une échappatoire pour le sujet. Cependant, encourager l&#39;entrée dans le trou lors de la formation des essais par le montage chez l&#39;enceinte de l&#39;animal dans le labyrinthe. </li></ol></li><li> Retirez délicatement le bac en plastique à partir du haut du labyrinthe. </li><li> Démarrez l&#39;enregistrement du procès de formation avec l&#39;application webcam. <ol><li> Laisser le sujet à explorer le labyrinthe pendant 10 min. Si quelque chose se produit atypique, noter dans la feuille de calcul. </li><li> Si le sujet tombe ou coule la table, revenez doucement le sujet au milieu du labyrinthe. Continuer le calendrier et l&#39;enregistrement si l&#39;animal est hors du labyrinthe pendant 30 s ou moins.Si le sujet est hors du labyrinthe pendant plus de 30 s, annuler le procès. Notez ces informations dans la section des notes du classeur. </li><li> Si le sujet descend dans le trou sans aide de but, considérer le procès comme plus à ce moment-là. </li><li> Si le sujet ne descend pas dans le trou de but, considérer le procès comme terminée après 10 min se sont écoulées. </li></ol></li><li> Si le sujet ne descend pas dans le trou de but après 10 minutes, à la main guider doucement l&#39;animal, la tête la première, dans le trou de but approprié. </li><li> Arrêtez vidéo et logiciel de suivi. Enregistrer des images vidéo. </li><li> Laisser le sujet de se reposer pendant au moins 2 min dans son enceinte de la maison tandis que l&#39;enceinte est encore monté dans le labyrinthe. </li><li> En utilisant une bouteille de pulvérisation et des serviettes en papier, nettoyer le dessus du labyrinthe avec un mélange de savon dilué de 1:10 du savon à l&#39;eau. Cela empêche l&#39;utilisation des signaux chimiques lors de la navigation dans le labyrinthe. Certaines espèces, en particulier ceux qui font un usage intensif de l&#39;information chemosensory, nÉcessitate rinçage supplémentaire du labyrinthe avec de l&#39;eau chaude pour éliminer tous les indices de parfum. </li><li> Retirez le boîtier sous le labyrinthe et répétez l&#39;essai de formation avec le même individu ou d&#39;un nouvel individu. Chaque sujet peut être exécuté dans un maximum de 5 essais de formation par jour, avec 30 intervalle min entre les essais d&#39;un individu. </li><li> Répétez cette procédure jusqu&#39;à ce qu&#39;un objet descend dans son trou sans aide de but, dans 3 essais de formation différents, ce qui indique que l&#39;apprentissage de l&#39;emplacement de but a eu lieu. Les trois essais de formation ne doivent pas être consécutives. Si un sujet atteint ce critère, le sujet se déplace à l&#39;essai de la sonde afin d&#39;évaluer la mémoire spatiale. </li></ol> 3. Les essais de la sonde NOTE: Une fois un sujet atteint critère, le sujet a appris à naviguer vers le but. Cependant, à ce stade, il est encore difficile de savoir si le sujet navigue en utilisant une stratégie spatiale ou d&#39;une autre stratégie de navigation. essai de la sondes test pour cela et doit être effectué le jour après que le sujet atteint critère dans les essais de formation. <ol><li> Faire tourner le labyrinthe de 180 °, en assurant que les branches du labyrinthe se trouvent dans les repères sur le sol. Rotation du labyrinthe permet de repères locaux qui identifient directement l&#39;objectif d&#39;être en conflit direct avec les indices spatiaux plus stables. </li><li> Répétez les étapes 2.1 - 2.5.2, étape 2.3 de montage chez l&#39;enceinte du sujet sous le labyrinthe omettant. Cela empêche l&#39;utilisation de olfactives ou d&#39;autres indices émanant de l&#39;enceinte de la maison lors de l&#39;exploration du labyrinthe. </li><li> Au cours des essais de sonde, les sujets sont libres d&#39;explorer le labyrinthe pour la totalité des 10 minutes pour évaluer le comportement exploratoire. Au bout de 10 min, arrêter les logiciels vidéo et de suivi. </li><li> Retirer le sujet du labyrinthe et le retourner à sa cage. </li><li> Nettoyez le dessus du labyrinthe avec le mélange de savon dilué. </li></ol> 4. Les mesures comportementales NOTE: Pour la formation trials, inclure des mesures de comportement tels que la latence pour arriver au niveau du trou de but, nombre d&#39;erreurs commises (enquête sur un trou nongoal; le museau de l&#39;animal doit être à moins de 1 cm du trou), et la proportion de temps passé dans le quadrant correct de la Labyrinthe. <ol><li> Pour les essais de formation, déterminer une stratégie de recherche. Une stratégie directe est définie comme descendant dans le trou de but avec moins de 3 erreurs. Une stratégie de série est l&#39;examen de 3 ou plusieurs trous de labyrinthe consécutifs le long du périmètre du labyrinthe. Une stratégie aléatoire est un examen non-série de trous de labyrinthe avec 3 ou plusieurs erreurs. NOTE: Pour les essais de sonde, les mesures comportementales comprennent la latence pour arriver au trou spatialement correct, nombre d&#39;erreurs commises avant d&#39;étudier le trou spatialement correct, et la proportion de temps passé dans le quadrant spatialement correcte du labyrinthe. </li><li> Pour une évaluation plus rigoureuse de choix non aléatoire du trou de but spatialement correct, employer l&#39;échantillonnage sans remplacement lors du calcultaux de hasard. </li></ol>

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The authors declare that they have no competing financial interests.

Lors du test expérimental pour l&#39;apprentissage spatial et la mémoire, il y a plusieurs problèmes conceptuels importants qui sont abordés dans certaines des principales étapes du protocole. Tout d&#39;abord, les sujets doivent démontrer qu&#39;ils apprennent l&#39;emplacement du trou de but au cours des essais de formation. Parvenir le critère prédéfini démontre que l&#39;apprentissage de l&#39;emplacement du trou de but a eu lieu. Si les sujets n&#39;apprennent l&#39;emplacement du trou de but, il n&#39;y ...

Beaucoup de maladies neurodégénératives telles que la présente d&#39;Alzheimer avec une baisse progressive de la capacité cognitive, concurrente généralement avec la dégradation du cerveau 1-4. Pour tester l&#39;influence des lésions cérébrales et de la dégradation sur les processus cognitifs, la recherche clinique a mis à profit les avantages du modèle des espèces de rongeurs et de la normalisation des appareils d&#39;essai et de protocole. En particulier, les processus d&#39;apprentissage et de mémoire spatiale ont été évalués par plusieurs paradigmes standards tels que le labyrinthe Morris de l&#39; eau, Barnes labyrinthe et labyrinthe de bras radial (pour un examen complet de ces et d&#39; autres paradigmes, voir 5,6). La riche histoire de ces paradigmes apprentissage et de mémoire spatiale a démontré un certain succès, ce qui permet aux chercheurs de comprendre un grand nombre de facettes et les nuances de la relation entre la mémoire humaine, la fonction cérébrale et la maladie. Bien que l&#39;évaluation des processus cognitifs a été examiné dans la recherche clinique pour cesser de fumere quelque temps, la recherche orientée vers les capacités cognitives des espèces nonmodel est relativement nouveau. Les chercheurs qui étudient la cognition chez les espèces nonmodel sont généralement intéressés par la pertinence écologique et l&#39;évolution des processus cognitifs, en particulier dans le contexte de la survie et la reproduction. Certaines études chez les reptiles ont suggéré que les capacités cognitives avancées, notamment la mémoire spatiale, peuvent sous-tendre certains comportements, en particulier ceux concernant la navigation et l&#39;orientation. Cependant, alors que de nombreuses études ont démontré que les reptiles peuvent réorienter après le déplacement 7,8, les mécanismes cognitifs comportement de réorientation sous - jacente n&#39;a pas encore été taquiné dehors. De ce fait , certaines études ont tenté d&#39;évaluer expérimentalement l&#39;importance de l&#39; apprentissage spatial et la mémoire pendant la navigation 9-17. La méthodologie de ces études sont principalement modelée après des paradigmes et des protocoles rongeurs, parfois modifiés pour l&#39;usage chez les reptiles, mais ces étudesont eu un succès variable dans l&#39;évaluation de la mémoire spatiale. Certaines études ont démontré l&#39; apprentissage spatial et la mémoire chez certaines espèces 11-17 tandis que d&#39; autres études ont trouvé aucune preuve d&#39; une telle 9,10. Ainsi, le rôle ou l&#39;existence de l&#39;apprentissage spatial et la mémoire pendant la navigation dans les reptiles est encore incertain. Une question qui peut être problématique lors de l&#39;évaluation expérimentale d&#39;apprentissage spatial et la mémoire chez les reptiles est la pertinence écologique de la tâche. Les reptiles sont un groupe taxonomique spéciale distincte de rongeurs, ce qui démontre une grande variation dans l&#39;écologie, le comportement et la physiologie. Les différences de comportement entre les espèces reptiliennes pourraient éventuellement avoir une incidence évaluation des capacités cognitives spatiales, en particulier si le paradigme utilisé ne touchez pas à un comportement naturel. Par exemple, dans une espèce qui cherche habituellement refuge dans de petites crevasses, les capacités spatiales peuvent être facilement évalués à l&#39;aide d&#39;un labyrinthe Barnes alors ce labyrinthe ne peut pas être le choix de paradigme idéaldans une espèce qui reste généralement immobile. De même, la plupart des reptiles squamates ne sont pas aquatiques et donc le labyrinthe d&#39;eau de Morris peuvent ne pas être un choix approprié pour tester l&#39; apprentissage spatial et la mémoire (mais voir 15); toutefois, ce labyrinthe peut être un choix idéal pour tester les capacités spatiales des tortues 16. Enfin, la physiologie de ce groupe doit être pris en compte, comme les reptiles sont des animaux ectothermes maintien de la température et appropriée, en particulier du substrat, doit être examinée au cours de la procédure de test. Le protocole et le paradigme présenté ici ont été utilisés pour sonder l&#39; apprentissage spatial et la mémoire chez les lézards adultes de côté-blotched (Uta stansburiana) 13, un petit lézard qui fuit généralement des prédateurs dans de petites crevasses dans les roches 18. Connaissant cet aspect de l&#39;histoire naturelle et du comportement de l&#39;espèce, nous avons utilisé une modification du labyrinthe traditionnel Barnes pour tester l&#39;apprentissage spatial et la mémoire. Le Barnes labyrinthe isa labyrinthe des terres arides et généralement utilisé pour tester la cognition spatiale dans les modèles de rongeurs. Nous avons modifié notre labyrinthe de plusieurs façons de le labyrinthe des rongeurs, dans la conception et le protocole (décrit ci-dessous). Notre labyrinthe consistait en une plate - forme circulaire avec 10 trous équidistants les uns des autres le long du périmètre de la plate - forme (figure 1). Le protocole décrit ici implique un sujet participant à des essais de formation pour apprendre l&#39;emplacement d&#39;un trou de but, puis, une fois que le sujet apprend l&#39;emplacement du trou de but, un essai de sonde est utilisé pour déterminer l&#39;utilisation spatiale de mémoire pendant la navigation vers le but.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="851">
	<tbody>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:255px;">Barnes maze</td>
			<td style="width:239px;">TSE Systems</td>
			<td style="width:176px;">302050-BM/M</td>
			<td style="width:183px;">Available from other vendors. Alternatively, a Barnes maze can be constructed from a standard, non-porous round table.</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Heat tape</td>
			<td>Big Apple Pet Supply</td>
			<td></td>
			<td>May also use a small space heater situated on the floor under the maze.</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Pet keeper for small animals</td>
			<td>Petco</td>
			<td>1230204</td>
			<td>Housing enclosure that can be mounted under the maze.</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Nickel plated shelf support pegs</td>
			<td>Newegg</td>
			<td>241941</td>
			<td>Pegs attached to underside of maze. Secures enclosure to maze during trials.</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">LifeCam Studio webcam</td>
			<td>Microsoft</td>
			<td>Q2F-00013</td>
			<td>Available from other vendors. Other brands of webcams may also be used.</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;">Tracking software</td>
			<td style="width:239px;">Code custom written for Matlab 
			and the Image Toolbox</td>
			<td></td>
			<td>Video tracking software. Other tracking software such as VideoMot 2 from TSE Systems can be used.</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

assessing spatial learning and memory in small squamate reptiles

La recherche clinique a mis à profit une variété de paradigmes pour évaluer le déclin cognitif, ciblant généralement apprentissage et de mémoire capacités spatiales. Cependant, l&#39;intérêt pour les processus cognitifs des espèces nonmodel, généralement dans un contexte écologique, est également devenue un nouveau domaine d&#39;étude. En particulier, l&#39;intérêt pour les processus cognitifs chez les reptiles se développe bien que des études expérimentales sur la cognition reptilien sont rares. Les quelques études reptiliens qui ont expérimentalement testées pour l&#39;apprentissage spatial et la mémoire ont utilisé des paradigmes de rongeurs modifiés pour l&#39;usage chez les reptiles. Cependant, sur le plan écologique des aspects importants de la physiologie et le comportement de ce groupe taxonomique doivent être pris en compte lors de l&#39;essai de la cognition à base spatialement. Ici, nous décrivons les modifications de la terre sèche Barnes labyrinthe et protocole de test associé qui peut améliorer les performances lors de palpage pour l&#39;apprentissage spatial et la capacité de mémoire dans de petits reptiles squamates. Le paradigme décrit et proprocédures ont été utilisés avec succès avec des lézards mâles côté-blotched (Uta stansburiana), ce qui démontre que l&#39; apprentissage spatial et la mémoire peuvent être évalués dans ce groupe taxonomique avec un appareil et d&#39;un protocole écologique pertinent.

Ce protocole permet l&#39;évaluation expérimentale de navigation basée sur l&#39;espace dans les petits lézards. Une étude précédente utilisé avec succès ce protocole pour sonder pour la navigation spatiale dans des lézards de côté-blotched mâles 13. Dans cette étude particulière, les hommes ont été formés pour naviguer vers un trou de but et, une fois que le critère a été atteint, a progressé à un essai de la sonde pour évaluer les signaux prioritaires...

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Assessing Spatial Learning and Memory in Small Squamate Reptiles

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, ...

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Research

JoVE Journal

Neuroscience

7.1K vues.  Penn State Altoona. 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.

Vidéo: Assessing Spatial Learning and Memory in Small Squamate Reptiles

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 ...

Recherche

Neurosciences

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 ...

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

The Morris Water Maze (MWM) was first established by neuroscientist Richard G. Morris in 1981 in order to test hippocampal-dependent learning, including acquisition of spatial memoryand long-term spatial memory 1. The MWM is a relatively simple procedure typically consisting of six day trials, the main advantage being the differentiation between the spatial (hidden-platform) and non-spatial (visible platform) conditions 2-4. In addition, the MWM testing environment reduces odor trail interference 5. This has led the task to be used extensively in the study of the neurobiology and neuropharmacology of spatial learning and memory. The MWM plays an important role in the validation of rodent models for neurocognitive disorders such as Alzheimer&#x2019;s Disease 6, 7. In this protocol we discussed the typical procedure of MWM for testing learning and memory and data analysis commonly used in Alzheimer&#x2019;s disease transgenic model mice.

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

The Morris Water Maze is a behavioral task to test hippocampal-dependent learning and memory. It has been widely used in the study of neurobiology, neuropharmacology and neurocognitive disorders in rodent models.

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 ...

Using MazeSuite and Functional Near Infrared Spectroscopy to Study Learning in Spatial Navigation

MazeSuite is a complete toolset to prepare, present and analyze navigational and spatial experiments1. MazeSuite can be used to design and edit adapted virtual 3D environments, track a participants' behavioral performance within the virtual environment and synchronize with external devices for physiological and neuroimaging measures, including electroencephalogram and eye tracking.
Functional near-infrared spectroscopy (fNIR) is an optical brain imaging technique that enables continuous, noninvasive, and portable monitoring of changes in cerebral blood oxygenation related to human brain functions2-7. Over the last decade fNIR is used to effectively monitor cognitive tasks such as attention, working memory and problem solving7-11. fNIR can be implemented in the form of a wearable and minimally intrusive device; it has the capacity to monitor brain activity in ecologically valid environments. 
Cognitive functions assessed through task performance involve patterns of brain activation of the prefrontal cortex (PFC) that vary from the initial novel task performance, after practice and during retention12. Using positron emission tomography (PET), Van Horn and colleagues found that regional cerebral blood flow was activated in the right frontal lobe during the encoding (i.e., initial na&iuml;ve performance) of spatial navigation of virtual mazes while there was little to no activation of the frontal regions after practice and during retention tests. Furthermore, the effects of contextual interference, a learning phenomenon related to organization of practice, are evident when individuals acquire multiple tasks under different practice schedules13,14. High contextual interference (random practice schedule) is created when the tasks to be learned are presented in a non-sequential, unpredictable order. Low contextual interference (blocked practice schedule) is created when the tasks to be learned are presented in a predictable order.
Our goal here is twofold: first to illustrate the experimental protocol design process and the use of MazeSuite, and second, to demonstrate the setup and deployment of the fNIR brain activity monitoring system using Cognitive Optical Brain Imaging (COBI) Studio software15. To illustrate our goals, a subsample from a study is reported to show the use of both MazeSuite and COBI Studio in a single experiment. The study involves the assessment of cognitive activity of the PFC during the acquisition and learning of computer maze tasks for blocked and random orders. Two right-handed adults (one male, one female) performed 315 acquisition, 30 retention and 20 transfer trials across four days. Design, implementation, data acquisition and analysis phases of the study were explained with the intention to provide a guideline for future studies.

MazeSuite is a complete toolset to prepare, present and analyze navigational and spatial experiments. Functional near-infrared spectroscopy (fNIR) is an optical brain imaging technique that enables noninvasive and portable monitoring of cerebral blood oxygenation changes. This paper summarizes collective use of MazeSuite and fNIR within a cognitive processing learning paradigm.

Utiliser MazeSuite et fonctionnelle proche infrarouge pour étudier l&#39;apprentissage de la navigation spatiale

MazeSuite is a complete toolset to prepare, present and analyze navigational and spatial experiments1. MazeSuite can be used to design and edit adapted ...

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 ...

Hippocampal Insulin Microinjection and In vivo Microdialysis During Spatial Memory Testing

Glucose metabolism is a useful marker for local neural activity, forming the basis of methods such as 2-deoxyglucose and functional magnetic resonance imaging. However, use of such methods in animal models requires anesthesia and hence both alters the brain state and prevents behavioral measures. An alternative method is the use of in vivo microdialysis to take continuous measurement of brain extracellular fluid concentrations of glucose, lactate, and related metabolites in awake, unrestrained animals. This technique is especially useful when combined with tasks designed to rely on specific brain regions and/or acute pharmacological manipulation; for example, hippocampal measurements during a spatial working memory task (spontaneous alternation) show a dip in extracellular glucose and rise in lactate that are suggestive of enhanced glycolysis1-3,4-5, and intrahippocampal insulin administration both improves memory and increases hippocampal glycolysis6. Substances such as insulin can be delivered to the hippocampus via the same microdialysis probe used to measure metabolites. The use of spontaneous alternation as a measure of hippocampal function is designed to avoid any confound from stressful motivators (e.g. footshock), restraint, or rewards (e.g. food), all of which can alter both task performance and metabolism; this task also provides a measure of motor activity that permits control for nonspecific effects of treatment. Combined, these methods permit direct measurement of the neurochemical and metabolic variables regulating behavior.

Hippocampal Insulin Microinjection and In vivo Microdialysis During Spatial Memory Testing

Modulation of hippocampally-dependent spatial working memory by direct intrahippocampal microinjection, accompanied and followed by in vivo microdialysis for metabolites in conscious, behaving animals.

La micro-injection d&#39;insuline de l&#39;hippocampe et<em&gt; In vivo</emMicrodialyse&gt; Test de la mémoire spatiale cours

Glucose metabolism is a useful marker for local neural activity, forming the basis of methods such as 2-deoxyglucose and functional magnetic resonance ...

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 ...

Immunohistochemical Visualization of Hippocampal Neuron Activity After Spatial Learning in a Mouse Model of Neurodevelopmental Disorders

Induction of phosphorylated extracellular-regulated kinase (pERK) is a reliable molecular readout of learning-dependent neuronal activation. Here, we describe a pERK immunohistochemistry protocol to study the profile of hippocampal neuron activation following exposure to a spatial learning task in a mouse model characterized by cognitive deficits of neurodevelopmental origin. Specifically, we used pERK immunostaining to study neuronal activation following Morris water maze (MWM, a classical hippocampal-dependent learning task) in Engrailed-2 knockout (En2-/-) mice, a model of autism spectrum disorders (ASD). As compared to wild-type (WT) controls, En2-/- mice showed significant spatial learning deficits in the MWM. After MWM, significant differences in the number of pERK-positive neurons were detected in specific hippocampal subfields of En2-/- mice, as compared to WT animals. Thus, our protocol can robustly detect differences in pERK-positive neurons associated to hippocampal-dependent learning impairment in a mouse model of ASD. More generally, our protocol can be applied to investigate the profile of hippocampal neuron activation in both genetic or pharmacological mouse models characterized by cognitive deficits.

We describe an immunohistochemistry protocol to study the profile of hippocampal neuron activation following exposure to a spatial learning task in a mouse model characterized by cognitive deficits of neurodevelopmental origin. This protocol can be applied to both genetic or pharmacological mouse models characterized by cognitive deficits.

Visualisation immunohistochimique de l&#39;hippocampe Neuron Activité Après l&#39;apprentissage spatial dans un modèle de souris de troubles neurodéveloppementaux

Induction of phosphorylated extracellular-regulated kinase (pERK) is a reliable molecular readout of learning-dependent neuronal activation. Here, we ...

Drosophila Courtship Conditioning As a Measure of Learning and Memory

Many insights into the molecular mechanisms underlying learning and memory have been elucidated through the use of simple behavioral assays in model organisms such as the fruit fly, Drosophila melanogaster. Drosophila is useful for understanding the basic neurobiology underlying cognitive deficits resulting from mutations in genes associated with human cognitive disorders, such as intellectual disability (ID) and autism. This work describes a methodology for testing learning and memory using a classic paradigm in Drosophila known as courtship conditioning. Male flies court females using a distinct pattern of easily recognizable behaviors. Premated females are not receptive to mating and will reject the male&#39;s copulation attempts. In response to this rejection, male flies reduce their courtship behavior. This learned reduction in courtship behavior is measured over time, serving as an indicator of learning and memory. The basic numerical output of this assay is the courtship index (CI), which is defined as the percentage of time that a male spends courting during a 10 min interval. The learning index (LI) is the relative reduction of CI in flies that have been exposed to a premated female compared to na&#239;ve flies with no previous social encounters. For the statistical comparison of LIs between genotypes, a randomization test with bootstrapping is used. To illustrate how the assay can be used to address the role of a gene relating to learning and memory, the pan-neuronal knockdown of Dihydroxyacetone phosphate acyltransferase (Dhap-at) was characterized here. The human ortholog of Dhap-at, glyceronephosphate O-acyltransferase (GNPT), is involved in rhizomelic chondrodysplasia punctata type 2, an autosomal-recessive syndrome characterized by severe ID. Using the courtship conditioning assay, it was determined that Dhap-at is required for long-term memory, but not for short-term memory. This result serves as a basis for further investigation of the underlying molecular mechanisms.

Drosophila Courtship Conditioning As a Measure of Learning and Memory

This protocol describes a Drosophila learning and memory assay called courtship conditioning. This classic assay is based on a reduction of male courtship behavior after sexual rejection by a non-receptive premated female. This natural form of behavioral plasticity can be used to test learning, short-term memory, and long-term memory.

Drosophila Courtship Conditionnement en tant que mesure de l&#39;apprentissage et de la mémoire

Many insights into the molecular mechanisms underlying learning and memory have been elucidated through the use of simple behavioral assays in model ...