זוגי H-המבוך: מבחן חזק התנהגות למידה וזיכרון במכרסמים

Summary

The goal of this protocol is to investigate spatial cognition in rodents. The double-H water maze is a novel test, which is particularly useful to elucidate the different components of learning, consolidation and memory, as well as the interplay of memory systems.

Abstract

מחקר קוגניציה מרחבית במכרסמים בדרך כלל מעסיק את השימוש של משימות מבוך, תכונותיהם משתנות ממבוך אחד למשנהו. משימות אלה משתנות בגמישותם ההתנהגות ומשך זיכרון הנדרש, מספר היעדים ומסלולים, וגם את מורכבות משימה הכוללות. תכונה מבלבלת רבים של משימות אלה היא חוסר שליטה על האסטרטגיה שננקטה על ידי המכרסמים כדי להגיע למטרה, למשל אסטרטגיות, allocentric (הצהרתית-כדומה) או אגוצנטריות (פרוצדורלי) מבוססות. המבוך הכפול-H הוא משימת זיכרון מים בריחת רומן העוסקת בנושא זה, כך שהוא מאפשר הנסיין לכוון את הסוג של אסטרטגיה למדה בתקופת ההכשרה. המבוך הכפול-H הוא מכשיר שקוף, אשר מורכב מסמטה מרכזית עם שלוש זרועות בולטות משני הצדדים, יחד עם פלטפורמת בריחה השקועה בקצה של אחת מהזרועות אלה.

ניתן לאמן חולדות באמצעות אסטרטגית allocentric לסירוגין stעמדת אמנות במבוך בצורה בלתי צפויה (ראה פרוטוקול 1; §4.7), וכן הוא מחייב אותם ללמוד את המיקום של הפלטפורמה הבוסס על רמזי allothetic הזמינים. לחלופין, אסטרטגיה אגוצנטרית למידה (פרוטוקול 2; §4.8) יכולה להיות מועסק על ידי שחרור החולדות מאותה התנוחה במשך כל ניסוי, עד שהם לומדים את הדפוס פרוצדורליים הנדרש כדי להגיע למטרה. משימה זו הוכחה כדי לאפשר ההיווצרות של עקבות זיכרון יציבים.

זיכרון יכול להיות נחקר לאחר תקופת ההכשרה במשפט בדיקה מטעה, שבו המצב ההתחלתי לחלופות חולדות. בעקבות הפרדיגמה למידה אגוצנטרית, חולדות בדרך כלל לנקוט אסטרטגיה מבוססת allocentric, אבל רק כאשר התצוגה הראשונית שלהם על הרמזים נוסף מבוך שונה במידה ניכרת מהמיקום המקורי שלהם. משימה זו היא אידיאלית כדי לחקור את ההשפעות של תרופות / הפרעות בביצועי זיכרון allocentric / אגוצנטריים, כמו גם את יחסי הגומלין בין ה! רוץ שתי מערכות זיכרון.

Introduction

בבעלי חיים, למידה מתווכת בעיקר על ידי מערכות hippocampal- ומבוסס striatal זיכרון ^1,2, אשר ממלאות תפקידים מרכזיים לגבי במקומה ופרוצדורליים-זיכרון, בהתאמה. מערכת היחסים בין שתי מערכות אלה הוא מורכבים, והם ידועים לתקשר אחד עם השני בנימוסים שיתופיים או תחרותיים ^1,3. בנוסף, מחקרים הראו כי ההשפעה של שתי מערכות זיכרון אלה על התנהגות בעלי חיים יכולה להגדיל הבאה העדר או הנזק של המערכת אחרת ^4-7. שתי מערכות אלו מחוברות לקליפת מוח הקדם חזיתית דרך התלמוס.

הפרעות נוירולוגיות רבות ומחלות ניווניות יכולות להשפיע על קוגניציה מרחבית בבני אדם, הנשענים על יחסי הגומלין בין מערכות זיכרון פרוצדורלי והצהרתיות. דוגמאות כוללות מחלת פרקינסון (PD), המחלה (HD) הנטינגטון ^8-10, מחלת אלצהיימר (AD) ^11-14, כמו גםמחלת ניוון (ALS) ^15. מודלים של בעלי חיים, אשר רלוונטיים להפרעות אלו יכולים להיגרם באמצעות טיפולים שונים תרופה שחוסמים רצפטורים מסוימים ^16, כמו גם באמצעות נגעים ממוקדים. כאשר בעלי חיים כגון משמשים עם משימות של זכרון מרחבי, תובנה חשובה יכולה להיות שנרכש לתוך המנגנונים הקשורים להפרעות אלה, כמו גם לאפשרויות טיפול שונות.

ישנם סוגים רבים ושונים של משימות של זכרון מרחבי במכרסמים, שביחד הם נועדו להעריך היבטים ספציפיים של למידה וזיכרון, כמו גם את ההשפעות של טיפולים פוטנציאליים להפרעות שונות ^17,18. ניתן להבחין משימות אלה במספר היעדים ומסלולים, את מידת הגמישות התנהגותית בפתרון המשימה, משך הזיכרון או עיכוב, כמו גם הבחירה של אסטרטגיה בשימוש בפתרון המשימה. ביצועים טובים ניתן לרכוש מבוססים על רמזים חיצוניים או אתרים המשמשים ללהתמצאבעלי החיים לקראת המטרה (אסטרטגית allocentric או מקום). לחלופין, מכרסמים עשויים לפתח אסטרטגיה המבוססת על כיוון גוף ורמזים לגבי הכיוון לנוע ב( אסטרטגיה אגוצנטרית או פרוצדורלי), למשל, אם חולדה יודעת שהמטרה היא פנייה שמאלה אחד אחרי סיבוב אחד תקין , אז יש צורך הקטן לאסטרטגית allocentric או מקום. משימות מבוך לעתים קרובות שונה המבוססות על המידה של הגמישות המוצעת למכרסמים בפתרונן. לדוגמא, במבוך המים של מוריס, גרסה יבשה של האחרון (לדוגמא, ¹⁹⁾ או במבוך בארנס (למשל, ^20), יש פוטנציאל אינסופי מסלולי החולדה יכולה לקחת כדי להגיע למטרה. במבוך מוריס המים, למשל, את המיקום של המטרה ניתן ללמוד על סמך ציוני דרך או רמזים (אסטרטגית allocentric) חיצוניות, או פשוט על ידי שחייה בחוגים לכיוון המרכז עד הפלטפורמה נמצאת (אסטרטגיה אגוצנטרית) ^21. יש משימות מסוימות מטרות מרובותורמה גבוהה של גמישות, כמו משימת קונוס-שדה ²² או רדיאלי של Olton מבוך ^23. בקצה השני של הסקאלה הן משימות, אשר מציעות גמישות מוגבלת בהשגת המטרה, לדוגמא, במבוך האבן, או הגרסה לסירוגין של T-המבוך. משימות אלה מספקות דרך נכונה יחיד להגיע למטרה ולהקל את הופעתה של שגרה קוגניטיביים שנשלטות בעיקר על ידי מערכת זיכרון פרוצדורלי מבוסס striatal.

המבוך הכפול-H הוא מכשיר חדשני במרחב בדיקת זיכרון, שנועד לאפשר לניסוי לכוון את הסוג של אסטרטגיה שהוא למד על ידי מכרסמים בפתרון המשימה ^24. בהרכב של שלוש זרועות ריצה מקבילות הצטלבו ידי סמטה מרכזית בניצב, המבוך הכפול-H הוא משימת מים-בריחה שבי ללמוד מכרסמים להגיע פלטפורמת בריחה שהוא שקוע באחד מקומות המבוך. במהלך אימון, אסטרטגיה פרוצדורליים ניתן לפתח על ידי שמירה על tהוא זהה להתחיל ומקומות מטרה לאורך כל דרך. לחלופין, אסטרטגית allocentric עשויה להיות מפותחת על ידי לסירוגין המיקום מתחיל בסדר אקראי, וכן הוא מחייב את העכברוש ללמוד את המיקום של הפלטפורמה הנסתרת המבוסס על רמזים סביבתיים שכן יש לעשות במבוך מים. זה מתגבר מכשול נוכחי במשימות מבוך רבות ושונות, שבו יש הניסוי אחרת מעט מאוד שליט על הסוג של אסטרטגיה שמכרסמים לנצל. זה חשוב כאשר שוקל כי ההשפעות של תרופות פוטנציאליות לשיפור הכרה מסוימות להסתמך על מערכת מקום-הזיכרון מבוסס בהיפוקמפוס, ובכך את הופעתה של שגרה או נהלים קוגניטיבית עלולה לבלבל את הפרשנות של התצפיות התנהגותיות כאשר בעלי חיים, למשל מתג מallocentric לזיכרון פרוצדורלי במהלך אימון. כמו כן, זה עשוי להיות רצוי כדי להעריך את ההשפעות של תרופות וטיפולים בזיכרון פרוצדורלי, ללא ההשפעה של זיכרון מבוסס מקום allocentric. לבסוף, מכשיר זהיכול להיות מנוצל כדי ללמוד את יחסי הגומלין שיתופיים או תחרותיים בין מערכות זיכרון אלה, והתנאים שבם מכרסמים עשויים לעבור ממערכת אחת לשנייה.

Protocol

1. שיקולים כלליים

פרוטוקול זה אושר על ידי ועדת הטיפול בבעלי חיים ושימוש באוניברסיטת בית החולים פרייבורג (זהה לשטרסבורג). חדות ראייה היא הכרחיות לביצועים במבחנים של למידה מרחבית. מכרסמים עם מערכות ראייה לקויה ולכן הם אינם מתאימים. כמו כן, תאורה צריכה להיות מספיק על מנת שהחולדות לראות רמזים השונים הממוקמים על הקירות מסביב. זה שימושי לנצל רמזים (ריבוע, עיגול, משולש) בצורת בסיסית, אבל בניגוד היטב (למשל, רמזים צבועים שחורים על רקע צבוע בלבן). כמו כן, גירעונות מוטוריים חמורים קריטריונים הדרה משום שחייה נדרשת לבדיקה זו וטביעה יכול להתרחש. לבסוף, מכרסמים היפר-חרדה יכולים להציג התנהגות חיפוש מאוד מוטה, המשפיע על ביצועים.

2. מכשירי הגדר

1. לבנות מבוך כפול-H בהיקף של סמטה מרכזית 160 סנטימטר, שהצטלבה בשני הקצוות ובמרכזעל ידי שלוש זרועות מקבילות לרוץ 160 סנטימטר (ראה איור 1). ודא שהסמטה המרכזית וזרועות ניצבה הן רחבות 20 סנטימטרים, והם מוקפים 35 סנטימטר גבוה קירות פרספקס שקופים. עובי של פרספקס הוא 6 מ"מ לכל החלקים.
2. אבטח את הקירות במקום באמצעות דבק וברגים, ועמיד למים במבוך באמצעות מפרקי סיליקון בכל הזוויות הפנימיות. ניתן להחליף מפרקים אלה בקלות הם צריכים לאבד waterproofness. הנח שקע ניקוז בקצה של אחת מזרועות הפינה (או באמצע המבוך) לרוקן.
3. מניחים את המבוך על שולחן גבוה 80 סנטימטר, עם מרחב מספיק סביבו ל) מסתובב במבוך, וב מיקום) של רמזים בניגוד היטב. לייעד כל זרוע במבוך על ידי עמדתה, כלומר, מצפון-מערב (NW), צפון (N), מצפון-מזרח (NE), דרום-מערב (SW), דרום (S), ודרום מזרח (SE).
4. מניחים מצלמה רכוב תקרה מעל המבוך לניתוח שלאחר הבדיקה של התנהגות בעלי חיים, או באמצעות ידני או AUTשיטות omatic (וידאו-מעקב) (ראה סעיף 5).

3. הערות כלליות

1. לפני השימוש, למלא את המבוך במים לגובה של כ -18 סנטימטרים (200 ליטר). זה הוא גבוה מספיק כדי למנוע מחולדות נוגעים בתחתית המבוך עם הרגליים שלהם, אבל רדוד מספיק כדי למנוע בריחה.
2. לאחר שלפני אימון, להפוך את אטום מים על ידי ערבוב אבקת חלב דל שומן 250 גרם. להחליף את המים על בסיס יומי כדי למנוע את חלב-מים מלהפוך מעופש. לשמור על טמפרטורת המים בין 21 - C ° 23 כדי לספק תמריץ לחולדות לחפש פלטפורמת הבריחה.
   הערה: כחולדות להכיר את עמדתה של הפלטפורמה בלפני אימון, עמדתה היא עברה לזרוע שונה במהלך אימון.
3. לפני השימוש, לטבול פלטפורמת קוטר 17 סנטימטר, 10 סנטימטרים בקצה של אחת מזרועות הפינה (NE, NW, SE או SW). להבטיח את הגובה להיות שקוע הוא 1 סנטימטר מתחת לפני השטח של משטח המים. לאמן החולדות להגיעפלטפורמת היעד או באמצעות allocentric או אסטרטגיה למידה אגוצנטרית, אשר תלויה בסוג של הפרדיגמה משמש (ראה סעיף 4).

4. פרוטוקולי הדרכה בסיסיות

הערה: חולדות מסופקות בדרך כלל עם יום ראשון של טרום הכשרה, המאפשר להם להכיר את המבוך.

1. לטרום הכשרה לשחרר את העכברוש מהגפיים של אחת מזרועות המרכז (למשל, זרוע S) ולמקם את פלטפורמת המטרה בקצה של אחת מזרועות הפינה (למשל, NE), ואז לתת החולדות 4 60 שניות ברציפות ניסויים שבי להגיע פלטפורמת היעד.
2. כשהגיע לפלטפורמת הבריחה, לאפשר העכברוש לחכות שם במשך 15 שניות, כך שהם יכולים לנוח ולהתבונן סביבתם. ללא קשר למיקום ההתחלה, תמיד לחסום את היד הנגדית עם דלת הגיליוטינה שקופה, המונעת כניסה.
   הערה: במהלך אימון מראש, לעזוב את המים שקופים, ולהתאים את הפלטפורמה שight כך שהוא בולט 1 סנטימטר מעל פני השטח של המים, ובכך הופך אותו גלוי לחולדה.
3. בצע פגישה יומית הכשרה בהיקף של עד 4 משפטים רצופים, מופרדת על ידי פער 10 שניות לפחות (אימונים בדידים, כלומר, במרווחים של כמה דקות בין ניסויים, הוא אלטרנטיבה).
4. לאימונים, מיקום מחדש של הפלטפורמה מהתפקיד לפני האימון שלה לזרוע נבחרה (לדוגמא, NW), ולהטביע אותו בגפיים שלה 1 סנטימטר מתחת לפני המים. עכשיו להפוך אטום מים על ידי תוספת של כוח חלב ולבצע את האימון הבא (סעיף 4).
5. לחולדות שלא להגיע לפלטפורמת היעד בתוך 60 שניות, להחזיר אותם למצב ההתחלתי, ולהנחות אותם בעדינות לפלטפורמה על ידי הנסיין.
6. למדוד כמה משתנים במהלך האימונים ובדיקה, כגון, שחו מרחק, חביון זרוע מטרה / פלטפורמה, זמן מושקע בכל זרוע, כמו גם מספר השגיאות חוזרות / ראשוניות (ראה איור2). זכור כי שיהוי עשוי להיות מושפע קשיים מוטוריים. צריך להתעורר המקרה, מרחק ושגיאות מופיעים כמשתנים אמינות יותר בנוגע לביצועים קוגניטיביים.
7. Allocentric אסטרטגיה הדרכה:
   1. יום 1 - טרום הדרכה:
      1. אל תוסיף אבקת חלב לצעד זה. מניחים פלטפורמת בריחה בולטת 1 סנטימטר מעל פני השטח של המים במיקום קבוע. חולדות רכבת ב 4 משפטים רצופים כדי להגיע לפלטפורמה.
   2. ימים 2 - 5 - הדרכה:
      1. הוסף 250 גרם של אבקת חלב דל שומן למים כדי להבהיר את זה אטום. הזז את הפלטפורמה לזרוע שונה (לדוגמא, מNE לNW) ולהוסיף מים כך שהפלטפורמה היא 1 סנטימטר מתחת לפני המים. חולדות שחרור משתי זרוע N או S ברצפים בלתי צפויים לכל מפגש, כך ששני הזרועות משמשות פעמיים כתחילת משפט בפגישה אחת (4 ניסויים / יום, למשל, SNNS, NSNS; ראו איור 3).
   3. יום 6 - הבדיקה מושב:
      1. הסר פלטפורמה לניסוי הבדיקה. לשחרר חולדות מזרוע שונה לאלה המשמשים במהלך אימון (למשל, SW), ולאפשר להם לשחות במשך 60 שניות. ראה איור 4 למסלולי שחיית נציג. ניתוח של הזמן בילה בזרוע היעד (מיקום לשעבר של הפלטפורמה) נותן אינדיקציה לגבי האם חולדות להשתמש באסטרטגיה מרחבית, סוג אחר של אסטרטגיה, שילוב רציף של אסטרטגיות שונות (ראה בהמשך), או תבנית חיפוש מאורגנת.
8. הדרכת אסטרטגיה אגוצנטרית:
   1. יום 1 - טרום הדרכה:
      1. זה אותו הדבר כמו צעד ראשון באימון allocentric אסטרטגיה (שלב 4.1). אל תוסיף אבקת חלב לצעד זה. מניחים פלטפורמת בריחה בולטת 1 סנטימטר מעל פני השטח של המים במיקום קבוע. חולדות רכבת ב 4 משפטים רצופים כדי להגיע לפלטפורמה.
   2. ימים 2 - 5 - הדרכה:
      1. הוסף 250 גרם שלאבקת חלב רזה למים כדי להבהיר את זה אטום. הזז את הפלטפורמה לזרוע שונה ולהוסיף מים כך שהפלטפורמה היא 1 סנטימטר מתחת לפני המים. חולדות שחרור מאותה זרוע ההתחלה (S או N; ראו איור 5) לכל משפט (4 ניסויים / יום).
   3. יום 6 - הבדיקה מושב:
      1. הסר פלטפורמה לניסוי הבדיקה. חולדות משתחררות מזרוע שונה משם הם שוחררו במהלך האימון. לאפשר החולדות לשחות במשך 60 שניות. חסום את היד הנגדית עם דלת הגיליוטינה שקופה.
         הערה: שנה את אסטרטגיות אימון מעל לבהתאם לדרישות של ניסוי המסוים, למשל, אפקטי בדיקת סמים וכו '.
9. ייבש את העכברוש עם מגבות סופגים לאחר כל פגישה במים.

5. ניתוח

1. לבצע מדידות של שיהוי, שגיאות ראשוניות וחוזרות על עצמו, בחירות הראשונות וmanua סוג התגובהlly ידי ההקלטה משתנה אלה מסרטי הווידאו שצולמו מהמצלמה מעל.
2. לחלופין, אם זמין, לנצל תוכנת מעקב וידאו זמינה מסחרי ומוגדר להקליט המשתנים הללו באופן אוטומטי.
3. ניתוח סטטיסטי:
   הערה: היישום הספציפי של ניתוח סטטיסטי תלויה במחקר, שמתרחש.
   1. בצע אחד, שתיים או שלוש דרך ANOVAs לגבי / שגיאות חוזר על עצמו ראשוניים, חביון זרוע מטרה / פלטפורמה, ואת משך זמן בזרוע היעד; עם גורמים הכוללים את יום הבדיקה, וקבוצת טיפול (ים).
   2. במידת צורך, בצע ANOVAs אלה באמצעות פוסט-הוק בדיקות השוואות מרובות ניומן-Keuls. כדי להשוות את הביצועים, השתמש ערך התייחסות (למשל, המשך הזמן בזרוע היעד במהלך משפט בדיקה מול רמת הסיכוי), ולבצע מבחן t.
   3. במידת צורך, להשתמש בנתונים סטטיסטיים שאינם פרמטרית בנוסף (לדוגמא, χ², ראה בהמשך) או במקום כאשר תנאים לparametריק אלה לא יתקיימו.

תוצאות

אגוצנטרי למידה אסטרטגיה

מחקר בוצע על מנת לקבוע אם אסטרטגית הזיכרון נבחרה בחולדות שינויים המבוססים על שינויים של נקודת המבט שלהם של רמזים סביבתיים חיצוניים, הבאים הפרדיגמה למידה אגוצנטרית ^25. חולדות אומנו על 4 ימים (4 ניסויים / ...

Discussion

תגובות על עיצוב הלימוד וניתוח

מאז ראשיתה, המבוך הכפול H נוצל במספר הניסויים התנהגותיים בחולדות, שביחד תוכננו כדי לחקור תגובות אגוצנטריות ו / או allocentric בחולדות תחת ^24,25 רגילים ושינו ^26-29 מדינות מוח. המחקרים האחרונים כוללים ?...

Materials

Name	Company	Catalog Number	Comments
Rats or Mice	Charles River
Towels for drying	University Hospital		1 / animal
Water			~200 L / day
Skim milk powder	Grocery store		250 g / 200 L water
Garden Hose	Hardware store
Drying rack for towels	Hardware store
Kinect camera	Kinect
PC computer	any
[header]
Double H Maze, (plexiglass) (Custom-Built)
External lateral walls, 1600 × 350 × 6 mm			2
Internal lateral walls, 706 × 350 × 6 mm			8
Central corridor panels, 500 × 350 × 6 mm			4
Arm extremities, 188 × 350 × 6 mm			6
Guillotine doors, 187 × 350 × 6 mm			3
Extremity covers, 200 × 250 mm			6
Crossbars, 200 × 40 mm			6
[header]
Double-H Maze Platform (to be ballasted) (Custom-Built)
Metal platform, 100 mm diameter × 150 mm			2
Platform cover, 100 mm diameter × 6 mm			2