この資料では、マウスの学習と記憶機能を評価するために変更された自動化装置を用いてT-迷路試験のプロトコルを提案する。
強制的な交替とT迷路を用いた左右弁別課題は広くげっ歯類では、それぞれの作業と参照記憶を評価するために使用されている。当研究室では、我々はこの装置の自動化されたバージョンを使用して遺伝子組み換えマウスの30以上の株で2種類のメモリを評価した。ここでは、ビデオトラッキングシステムとムービー形式で私たちのプロトコルを搭載したコンピュータによって運営変更されたT-迷路装置を提示します。 T-迷路装置が自動的に下向きに開くことができます。ドア、開始ボックスを使用し、それぞれT字路地、ボックスの1つの側で自動ペレットディスペンサーを持つ2つのボックス、および2つのL字型の路地をスライドさせてから、パーティションの滑走路で構成されています。マウスは、マウスの動作に関する実験処理の影響を除外する開始ボックスに戻すことができるように、各L字型の路地は、開始ボックスに接続されています。この装置は、その生体内マイクロダイアリシスでは、in vivo電気生理学、及びoptogenetics technの利点もありドアが床に下がるように設計されているためiquesは、T-迷路のパフォーマンス中に実行することができます。 8アーム放射状迷路タスクでの作業記憶障害を示すことが報告されているマウスでは、 - この映画の記事では、自動化された装置およびα-CaMKIIの+ /のT-迷路のパフォーマンスを使用してT-迷路のタスクについて説明します。マウスのワーキングメモリの赤字が、参照メモリーの障害を示し、我々のプロトコルの妥当性をサポートしています8アーム放射状迷路タスクを使用して、以前の知見と一致している - 我々のデータは、α-CaMKIIの+ /であることが示された。さらに、我々のデータは、変異体はα-CaMKIIの欠乏が減少し、行動の柔軟性を引き起こすことを示唆し、逆転学習障害を示す傾向にあったことを示しています。したがって、変更された自動装置を用いてT-迷路試験は、作業と参照記憶およびマウスの行動の柔軟性を評価するために有用である。
1。装置の設定
2。動物の準備
3。食事制限
4。装置と事前訓練への馴化
5。強制的に交替作業
6。左右弁別課題
7。画像解析
8。統計分析
双方向(実験条件(例えば、遺伝子型)Xセッションまたは実験条件×遅延)分散の反復測定分析により、それぞれの行動データを分析します。
9。代表的な結果
MA - α-CaMKIIの+ /によるT-迷路のパフォーマンスの例ルマウスとその野生型の対照同腹子(C57BL/6J背景)(11月18日週齢、nは強制的に交替するためのグループごとに= 10または左右弁別課題)は、図2-4に示されています。 α-CaMKIIのため、+ / -マウスはケージメイト2,3に向かって攻撃の高いレベルを示し、両方の変異株と対照マウスは、単独離乳後(22.7×32.3×12.7 cm)のプラスチックケージに収容した。実験は、藤田保健衛生大学の動物実験及び利用委員会により承認されました。
強制的に交代タスクでは、対照マウスはますます正しい選択を行う方法を学習します、通常約1〜2週間(図2A)の平均80パーセント正しい応答の基準に達することができます。と短い待ち時間(遺伝子型:F(1,18)= 8.88: - 対照マウスに比べて、α-CaMKIIの+ /マウスは有意に低い正答率(F(1,18)= 29.04、P <0.0001ジェノタイプ)を示したは、p = 0.008、ジェノタイプXセッション:F(9162)= 2.24、P = 0.0218)と短いdを旅してistance(遺伝子型:F(1,18)= 8.67、P = 0.0086、ジェノタイプXセッション:F(9162)= 3.19、P = 0.0014)は、コントロールマウス(図2A、A、B、およびC)を超える。遺伝子型の有意な効果が脱落エラー(図2D)に見つかりませんでした。 、DELAY F(1,18)= 38.781、P <0.0001 - また、遅延交替タスクで、α-CaMKIIの+ /の正しい選択の割合マウスは、任意の遅延時間(遺伝子型では野生型マウスより有意に低かった:F(3,54)= 8.074、P = 0.0002、ジェノタイプX DELAY:F(3,54)= 0.223、P = 0.88;図3)。これらの結果は、変異体は変異マウスではα-CaMKIIの欠乏はワーキングメモリの赤字を誘導することが示唆され、より高速なコントロールよりもタスクを実行することができるが、マウスを制御するために比較して障害のあるパフォーマンスを表示していることを示します。
左右弁別課題では、α-CaMKIIの+ /の正しい選択の割合 - 変異体は徐々に、セッションをまたいでコントロールマウス(図4A)に似て増加した。また、1ヶ月の遅延がセッションの間に挿入されたとき、変異体およびコントロールマウスとの間の正しいパーセントに有意差は認められなかった。強制的に交替作業のように、α-CaMKIIの+ / - 変異体は、セッションを完了するために大幅に短縮待ち時間を示した(遺伝子型:F(1,18)= 12.12、P = 0.0027)と距離が短い(遺伝子型セッション中に装置内に移動し:F(1,18)= 25.08、P <0.0001;ジェノタイプXセッション:トレーニングセッションの向こう側にコントロールマウス(図4BとC)よりF(15270)= 2.83、P = 0.0004)。これらのデータは、このタスクによって評価されるようにα-CaMKIIの欠損量が基準メモリに影響を与えないことを示しています。 P = 0.0039 F(1,18)= 10.92;ジェノタイプXセッション: - 逆転学習セッションでは、しかし、α-CaMKIIの+ /変異体が有意に低い正答率(遺伝子型を示したF(5,90)= 5.54、P = 0.0002、図4A)、さらに脱落エラー(遺伝子型:F(1,18)であった= 17.12、P = 0.0006、コントロールマウスよりも図4Dを参照)。変異マウスの行動の柔軟性が低下している - これらの知見は、α-CaMKIIの+ /することが示唆された。
図2:T-迷路交替作業を余儀なくされた。マウスはsessioあたり10毎日の試験を受けN。 (A)正答率、(B)レイテンシは(秒)、(C)距離(cm)を旅し、(D)省略エラーの数が2つのセッションの各ブロックの標準誤差を持つ手段として表され、だったのデータ双方向の反復測定ANOVAにより分析した。 α-CaMKIIの+ / - マウスは、正しい応答の割合が低い(P <0.0001)と短い待ち時間(P = 0.008)を示し、セッションをまたいでコントロールマウスよりも短い距離た(p = 0.0086)を旅した。
図3。T-迷路3の遅延、10、30、と60秒で交互に作業を余儀なくされた。約24時間の最後のトレーニングセッションの後、マウスは5つのディレイ·セッションを行った。各遅延の正答率は、標準的なエラーが発生した手段として表され、双方向の反復測定ANOVAにより分析した。 α-CaMKIIの+ / - マウスで任意の遅延では対照マウスより正確な応答の低い割合を示した時間(p <0.0001)であった。
図4 T-迷路左右弁別課題。マウスは、セッションで毎日10または20の試験を受けた。のデータ(A)正答率、(B)の待ち時間(秒)、(C)距離(cm)を旅し、(D)脱落誤りの数は20試行のブロックごとに標準誤差の手段として表され、双方向の反復測定ANOVAにより分析した。変異体と制御 - マウス初期研修および再学習セッションの間に1ヶ月の最後のトレーニングセッションの後、正答率が有意にα-CaMKIIの+ /の間に差は認められなかった。変異マウスは、しかし、た(p = 0.0039)逆転学習セッションの間、対照マウスより正確な応答の有意に低い割合を示した。
T-迷路を用いた強制的な交替と左右弁別課題が4,5げっ歯類では、それぞれの作業と参照記憶を評価するために広く使用されています。 T-迷路のタスクでは、げっ歯類などの余分な迷路の手がかりは、部屋の手がかりの構成では、迷路の向きなどのような空間および非空間的な手がかりに基づいて、タスクを実行するために異なる戦略を使用することが知られている6,7,8。部屋と部屋のその安定性、不在や偏光手がかりの存在下で迷路の向き、部屋の合図を確認するにはげっ歯類の能力は、戦略に影響を与える可能性があります。したがって、研究者は、実験や行動データの解釈を行う際の部屋で装置およびキューの構成と方向を考慮する必要があります。当研究室では、我々はこのような部屋のドアなど防音室とセットオブジェクト内の壁に向かって同じ方向に対向する2つの装置であって、天井の蛍光灯、部屋の壁、CCDカメラを配置(図1Cを参照)マウスの余分な迷路空間的な手がかりとして働くことができる装置、およびマウスのケージを収容するラック。
多くの場合、T-迷路試験は、手動で次のように人間の実験者によって行われている:各試験では、実験者は、食品トレイにスクロースペレットを配置し、テストを開始するための装置のギロチンドアを開きます。次に、マウスのどちらかの腕に入ったときに、実験者はドア、レコードマウスの動作を閉じて、腕から手の開始ボックスにマウスを転送します。マウスの遺伝子型または実験条件との相互作用を扱う可能性のある交絡変数は、T-迷路のパフォーマンスに影響を与える可能性があります。過去10年間の間に、スタートボックスに戻ってゴールのアームから、被験者のマニュアルでの転送を伴わない連続的な交替作業のために修飾されたT-迷路試験が使用されています。9月11日場合でも、装置、テストプロトコル、および多くの環境変数は、精力的に、STAを同一視されているndardized行動テストは常に別の研究室12,13にも同様の結果を生成しません。テストを実行する特定の実験者は各研究室に一意であることがあり、また、マウスの動作に影響を与えることができます。さらに、人間の実験は、試験番号および計時を追跡し、他のドアと同様に、ミスを開いたり閉じ、一般にスクロースペレットをなくすなどのエラーを作るためにaptがあります。交絡変数とヒューマンエラーの発生の影響を軽減するために、我々は画像TMプログラムを使ってビデオ·トラッキング·システムによって制御される自動化されたT-迷路装置を開発し、使用しています。改良されたT-迷路装置は、ドアが床に下がるように設計されているため私たちはT-迷路のパフォーマンスの間に微小透析、電気生理学、及びoptogenetics技術を使用できるようにする利点があります。したがって、自動化された装置は、作業とげっ歯類で参照記憶の神経生物学の研究を容易にする便利なツールです。
セッション内の一連の試験の自動および連続的な実行を有効にするには、我々のプロトコルはいくつかの潜在的な欠点があります。たとえば、強制的に交替タスクで、マウスは、A1またはA2からS1に戻るための時間は、潜在的に彼らのパフォーマンスに影響を与える可能性があります。滞在P1またはP2領域自体が空間的手掛かりと強制選択の実行のいずれかの領域における長期または短期滞在メモリの負荷を変更することはできませんすることができますので、それは、しかし、深刻な問題ではありません。別の潜在的な問題ではなく、空間的ワーキングメモリのうち、使用することができ、マウスによって行われたその匂い証跡です。ただし、いくつかの臨床試験などの後、臭気のトレイルは、複数回上書きされる可能性があり、手がかりとして利用することが困難になるだろう。また、左側の光弁別課題では、臭気のトレイルは、連続試験全体の報酬の場所を見つけるためにマウスの嗅覚として機能する可能性があります。手がかりは、潜在的に問題があるかもしれない、セッション内の複数の試験学習および記憶のプロセスに影響を与える可能性があります。しかし、マウスは、セッション内の最初の試験で臭気証跡戦略を使用することはできませんので、最初の試験の性能は臭気トレイル戦略の潜在的な使用の欠けているインデックスとして機能するでしょう。
として代表的な結果に示すように、制御C57BL/6Jマウスのパーセント正しい応答が徐々に両方のタスクでセッションを越えて増加した。調査結果は、C57BL/6Jマウスは、T-迷路変更された自動で正しい選択をするために学ぶことができることを確認します。本研究では、マウス(図2Aを参照)にも広範なトレーニングの後にさらに約80%が正しい選択肢に滞在していません。パフォーマンスの高いレベルに到達するように彼らは研修を通して、いくつかの省略のエラーを表示しておくことを考えると、彼らの動機は、マウスのように高くないかもしれません。強制的に交代タスクでは、α-CaMKIIの+ / - マウスはコントロールマウスより正確な応答の低い割合を示した。したがって、変異マウスは、このTAのコントロールマウスと比較して障害のあるパフォーマンスを表示SK。この結果は、α-CaMKIIの欠乏はワーキングメモリの赤字を誘導し、自動化されたT-迷路装置の強制交代タスクが正確に検出されたというさらなる証拠を提供し、8腕放射状迷路試験を2,14にして得られたこれまでの知見と一致しています変異マウスの記憶障害を働く。左右弁別課題では、結果は、α-CaMKIIの欠損量が基準メモリに影響を与えないことを示しています。逆転学習セッションの結果に示すように、しかし、α-CaMKIIの欠乏は、行動の柔軟性を減らすことができます。変異マウスはまた、逆転学習セッション中に、対照マウスよりも省略のエラーが表示されました。脱落誤りの数の増加は、報酬に関連付けられているアーム学ぶ機会を減らすことができます。したがって、遅延学習の買収は、最初のセッション中に脱落誤りの数の増加ではなく、障害反転さlが原因である可能性があり獲得した。もう一つの可能性は、突然変異体が漏れのエラーを誘発し、執行機能を妨害する可能性がありますルールの変更によって混乱するかもしれないということです。したがって、合理的な結論を引き出すために、省略のエラーも同様に正しい選択の割合として検討する必要があります。
画像TMプログラムでは、待ち時間や距離のための追加の結果はセッションと同様に正しい応答と脱落誤りの数の割合を完了するために旅を生成します。タスク、異なる学習戦略について等へのセッションを完了するには、旅の遅延との距離の違いは自発運動量の差として解釈される可能性があり、選択肢の腕に衝動的な傾向が、タスクを実行するための動機、馴化レベル代表的な結果、α-CaMKIIの+ / - マウスは、短い待ち時間とコントロールのものよりも走行距離が短くしていた。実際には、αCaMKIIの+ / - マウスは、Tに比べてhyperlocomotor活性を示した彼は、マウス3を制御し、この表現型は、インデックスの違いの根底にある可能性があります。
私たちの研究室では、遺伝子、脳、行動15,16の間の関係を解明するために自動化された装置を用いてT-迷路試験における遺伝子改変マウスと野生型コントロールマウス以上の36株を評価している。我々は1200以上のマウスの生データの大規模なセットを取得しており、変異マウス3,16-22、いくつかの系統のT-迷路のパフォーマンスデータを報告しています。既に研究論文で発表さ株のデータは公開データベース(:URLとして"マウスの行動表現型データベース"に含まれていますhttp://www.mouse-phenotype.org/~~V )。研究の一部は、変異体Dtnbp1 1 Nrd1 20、またはPLP1 21遺伝子を持つマウスは記憶障害の作業を示すことを実証した。したがって、自動化されたT迷路タスクのための私たちの標準化されたプロトコル装置は、変異体と野生型コントロールマウスとの間のメモリ機能の遺伝的影響を検出するのに適しています。行動試験プロトコルは、標準化され複製され、研究室間で比較結果である必要があります。改良されたT-迷路装置は研究室全体で使用されるプロトコルの標準化に貢献することができるテスト手順の自動化につながります。
このビデオの記事で示したように、装置およびプログラムの現在のバージョンでは、私たちは、黒またはアグーチマウスをテストすることができますが、アルビノないマウスができます。今、私たちは、テストするアルビノマウスを有効にするには、システムの修正版を生産しています。システムは、ドアが床の下に下がるように設計されていますので、生体内マイクロダイアリシスでは、in vivo電気生理学では、とoptogenetics実験は、T-迷路試験中に行うことができるという利点があります。たとえば、一部の研究者は、武器の選択時に海馬の神経細胞の電気生理学的特性を調査しようとするかもしれません装置のいくつかの改善は、ドアやペレットの除去機構のアクチュエータからの電気ノイズを最小限にするために必要とされるかもしれませんが。
一緒に、変更された自動装置を用いてT-迷路強制的に交替し、左右弁別課題では、作業と参照記憶およびマウスの行動の柔軟性を評価するために有用である。
利害の衝突が宣言されません。
我々は、行動分析のための画像TMプログラムの開発に彼の助け和夫中西に感謝します。本研究では、革新的な領域に科学研究費補助金(総合脳科学研究ネットワーク)、科学研究費補助金(B)(21300121)、萌芽研究費補助金(19653081)でからサポートされていました教育、科学、スポーツ、日本の文化、ニューロインフォマティクス日本センター(NIJC)からの助成、日本科学技術振興機構(JST)のCREST&BIRDからの補助金の省。
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