この作品は、カナダ衛生研究所（CIHR）、タウンゼント家族、そしてジャックブラウンと家族のアルツハイマー病研究財団（WSする）によってサポートされていました。 WASは、アルツハイマー病におけるカナダリサーチチェアのホルダーです。 PLは、NSERCアレクサンダーグラハムベルカナダ大学院奨学金博士研究賞及び保健研究シニア大学院学生の身分のためのマイケルスミス財団によってサポートされていました。

1。準備<ol><li>機器の準備<ol><li> 150センチメートルの直径と50​​CM（図1）の深さを持つ円形のプールを取得します。黒いマウスを使用している場合は、白いプールを使用する必要があります。白色マウスを使用している場合は、黒のプールを使用する必要があります。 </li><li>テストされる動物が試験中に実験者を見ることができないような部屋を手配する。これは、カーテンや部屋の仕切りを行うことができます。 </li><li>部屋について空間的な手がかり、および/または水の表面の上になる場所でのプールの内部で高コントラストを置きます。 </li><li>ホワイトプールの白、黒のプールのための明確なプレキシガラス - プール内の直径10cmのプラットフォームを置きます。プラットフォームが水面上に1センチメートルになるまで水でプールを満たす。水は室温（22℃）に平衡化してみましょう。水温にもよりますが、これは1〜3日かかる場合があります、あるいはお湯が平衡をスピードアップするために追加することができます。 </li></ol></li><li>ソフトウェアの準備<ol><li>カメラはピクセルベースの​​情報から、物理的な距離情報を作成できるように、コンピュータソフトウェアのプールをキャリブレーション。 4象限にプールを分ける。各試行で変更できる可変ゾーンとしてのプラットフォームのタイムゾーンを指定します。各象限に1つ、およびプールの中央に1 - 5プラットフォームのサブゾーンを作成します。キャリブレーションを保存し、残りのテストの日のためにそれを使用してください。 （例の図2参照）。 </li><li> 60秒として、最大試行時間を設定します。マウスがこの時間より前にプラットフォームを検出した場合、プラットフォームが検出された場合に裁判を停止するプログラムソフトウェア。 </li><li>自動的にトラッキングを開始するプログラムが、実験は終了し、テスト領域を指定します。お使いのソフトウェアパッケージが提供する任意の&quot;反射の最小化&quot;オプションを利用する。 </li><li>パスの長さ、脱出レイテンシ、および各象限で費やされた時間を追跡する。 </li></ol></li></ol> 2。 1日目：可視プラットフォーム<ol><li>コンピュータプログラム<ol><li>トラッキングソフトウェアにプールのキャリブレーションをロードします。 </li><li>テスト用の適切な期日間間隔で、5つの試験を作成します。各試験で異なることがプログラムのプラットフォームの場所と開始方向を。例のプロトコルについては、表1を参照してください。 </li></ol></li><li>テスト手順<ol><li>彼らの住宅施設から動作の部屋にマウスを移す。彼らは、プールや空間的な手がかりが表示されない領域でマウスをおいてください。それらは、テスト前に少なくとも30分間、新しい環境に調整することができます。 </li><li>その可視性を向上させるプラットフォームにフラグを置きます。 </li><li>テストを開始するには、尾の付け根で、ホームケージからマウスを持ち上げて。あなたがテストの領域にそれを持って来るようにマウスをサポートしています。尾の付け根でマウスを持ち上げ、ゆっくりとプールの端に面して、水の中にマウスを置きます。迅速にテスト領域を残す。 </li><li> 60秒がカットオフする前にマウスがプラットフォームを見つけた場合、マウスがホームケージに戻してから5秒間のプラットフォームに滞在することができます。マウスがプラットフォームを見つけられない場合は、プラットフォーム上でマウスを置き、それがホームケージに返す前に20秒のためにそこに滞在することができます。 </li><li>証跡内のすべてのマウス操作を繰り返します。お使いのソフトウェアにプログラムされているように、異なるプラットフォームの場所と開始方向を持つ後続の各試験を始める。 </li><li>テストが完了したら、彼らの住居施設にマウスを返します。マウスがオフ乾燥していると正常体温は、動物施設に戻る前に保証されています。 </li><li>次の日の準備では、プラットフォームからフラグを削除し、水面下1センチメートルに水没プラットフォームをプールに追加の水を加える。 </li></ol></li></ol> 3。日2-5：隠しプラットフォーム<ol><li>コンピュータプログラム<ol><li>トラッキングソフトウェアにプールのキャリブレーションをロードします。 </li><li>テスト用の適切な期日間間隔で、5つの試験を作成します。プログラムプラットフォームのすべての試験と日全体で同じ位置に保つために場所が、出発の方向を持って、毎日、各試験で異なります。 </li></ol></li><li>テスト手順<ol><li>黒いマウスの場合、プールに非毒性、白、粉末テンペラ絵の具を追加し、よく攪拌します。十分に浸水プラットフォームが水の表面からは見えないようなペイントを使用してください。白いマウスの場合は、澄んだ水と透明なプレキシガラスのプラットフォームを持つ黒のプールを使用する必要があります。 </li><li> 2.2.6手順2.2.3に従ってください。 </li></ol></li></ol> 4。 6日目：プローブ試験<ol><li>コンピュータプログラム<ol><li>トラッキングソフトウェアにプールのキャリブレーションをロードします。 </li><li>ないプラットフォームのゾーン1の試験、一つの開始方向を作成します。日2-5で使用されているプラ​​ットフォームの象限から最も遠い始まる方向が好ましい。 60秒に歩道の長さを設定します。 </li></ol></li><li>テスト手順<ol><li>プールからプラットフォームを削除します。 </li><li> 2.2.6手順2.2.3に従ってください。 </li></ol></li></ol> 5。データの分析<ol><li>毎日、各マウス、平均では5試験では、各被験者に対して、単一のパスの長さと脱出レイテンシを提供する。適切に結合されたエラーを計算する。 6日目の場合は、単にパスの長さ、脱出レイテンシ、および各マウスのためのプラットフォームの象限で費やされた時間を収集する。 </li><li>どんな違いが1日目のグループ間に存在する場合、それは可能性が高いのではなく、学習と記憶よりも視力に問題があります。差異が1日目に見られない場合にのみ解析を進める。 </li><li>データセットの適切な統計情報を使用して、日2-5学習曲線を比較する。急なカーブは、より高速なタスクの買収を表し、浅くカーブは、タスクの買収で赤字を表します。 2日目から5日目までのデータがANOWAを用いて分析している。 </li><li> 6日目は、使用してデータセットの適切な統計情報を使用して、以前に学習したプラットフォームの象限に費やされる時間の割合を比較する。プラットフォームの象限に費やされる時間の割合が高いが、メモリの保持のより高いレベルと解釈されます。 </li></ol> 6。代表的な結果我々は、ADの病因（7）とバルプロ酸（VPA）トランスジェニックADのモデルマウスでのADの治療（6）用の医薬品の潜在的に低酸素の影響を調べるためにモリス水迷路テストを用いている。図3は、我々はAPP23 ADのマウスモデル（6）における記憶障害に対するVPAの影響に関する我々の研究で報告された代表的な結果です。 1日目（可視プラットフォームの試験）で、何VPAとの違い治療と待ち時間の対照群（図3A）がないとパスの長さ（図3A）グループの両方が同じような運動と視覚能力を持っていることを示している。このことから、我々は、マウスは周囲の環境でフラグが設定され、プラットフォームや手がかりを見ることができるものと仮定し、許容できる泳ぐことができる。日2-5（隠されたプラットフォームの試験の4〜1日目）の例では、VPA投与したマウスは、対照より有意に優れて行うことを示唆し、エスケープ待ち時間（図3C）とグループ間のパスの長さ（図3D）の違いを示しています。時間をかけて。プローブの道のマウスは、隠されたプラットフォームが以前に置かれた第三象限、に走行回数は、コントロール（図3E）に比べ、VPAの治療で有意に大きいことが最後の日（6日）ショーの結果。これらのデータは、VPAの治療は、APP23マウスで見られる記憶障害を大幅に向上させることを示している。 <img src="/files/ftp_upload/2920/2920fig1.jpg" alt="図1"/> 図1。モリス水迷路可視プラットフォームの試験日のための機器のセットアップ。プールは、部屋の仕切りを使用して実験者から遮蔽されている。必要に応じて空間的な手がかりは、水面の上に、壁に位置し、そして多分プールの内側に配置されます。プールは、表面上に1センチメートルにあるプラットフォームで、透明な水で満たされている。フラグは、視認性を向上させるプラットフォーム上に配置されています。 <img src="/files/ftp_upload/2920/2920fig2.jpg" alt="図2"/> 図2。プールのキャリブレーションを示す任意の-迷路™ビデオトラッキングシステムからのスクリーンキャプチャー。プールはRTV24デジタイザと黒と白のアナログトラッキングカメラが上から見ている。いくつかのゾーンは、ソフトウェア内で定義されており、合計プールは、4象限に分かれています。 NW、NE、SW、SE、またはセンター：5番目、プラットフォームゾーンは5つの可能な場所で、試験ごとに異なる​​ことができる入力されます。検量線は（センター全体のチェックが入ってライン）ソフトウェアは、物理的な距離にピクセルの距離を変換できるように追加されます。 <img src="/files/ftp_upload/2920/2920fig3.jpg" alt="図3"/> 図3。モリス水迷路のための代表的な結果。7月は人間のスウェーデン変異型APPの遺伝子を運ぶAPP23トランスジェニックマウスは、毎日のVPA（N = 30匹）または車両のソリューション（nは= 30匹）の注射の1ヶ月後試験を行った。（）中目に見えるプラットフォームテストの初日は、VPA治療とコントロールAPP23マウスは、目に見えるのプラットフォームにエスケープするために同様の遅延を示した。 P&gt; 0.05スチューデントt -検定による。（B）VPA -治療とコントロールAPP23マウスは、目に見えるプラットフォームのテストに見えるのプラットフォーム上に脱出する前に同じような水泳の距離を持っていた。 Pスチューデントt -検定で&gt; 0.05。（C）隠されたプラットフォームのテストでは、VPAは、APP23マウスを処理したANOVAによりP &lt;0.001、3次および4日目の隠しプラットフォームに逃れるために短い待ち時間を示した。（D） VPA処理したAPP23マウスはANOVAで3番目と4日目に隠されたプラットフォームの上に逃げる前に短い水泳の長さ、P &lt;0.01を持っていた。（E）6日目のプローブ試験では、VPA処理されたAPP23マウスが移動したに隠されたプラットフォームが以前に置かれた第三象限、、コントロールより有意に多くの回。 * P &lt;、スチューデントt検定で0.005。 （適応し、元来メッド土井J.の経験に掲載された実験医学205、2781年から2789年、2008年、ロックフェラー大学出版、 雑誌から転載：。。。10.1084/jem.20081588）（6）。 <table border="1"><tbody><tr><td>&nbsp;</td><td colspan="2"> 日1 </td><td> 日2 </td><td> 日3 </td><td> 日4 </td><td> 日5 </td><td> 日6 </td></tr><tr><td></td><td> プラットフォームの位置 </td><td> 開始方向 </td><td colspan="4"> プラットフォームの場所：次のようにSWの開始場所： </td><td> Noプラットフォーム。 </td></tr><tr><td> 試行1 </td><td> SW </td><td> S </td><td> W </td><td> N </td><td> N </td><td> E </td><td> N </td></tr><tr><td> 試行2 </td><td> NW </td><td> N </td><td> S </td><td> W </td><td> E </td><td> S </td><td></td></tr><tr><td> 裁判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> 裁判4 </td><td>センター</td><td> E </td><td> E </td><td> W </td><td> S </td><td> E </td><td></td></tr><tr><td> トライアル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> 表1。サンプル水迷路のプロトコル* 開始方向を変更しながらプラットフォームの位置と1日目の方向の変化を開始し、双方は日2-5プラットフォームの位置が一定であるのに対し、どのように*注意。 6日目に、どのプラットフォームおよび単一の試験はありません。 6日目の開始方向は、マウスは以前に学習したプラットフォームの象限に入る前にいくつかの距離を移動しなければならないように、以前のプラットフォームの場所（SW）から最も遠い。

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	<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>

全ての実験は、ブリティッシュコロンビア州の動物ケアの大学に準拠して行われ、委員会とCIHRのガイドラインを使用していた。

年齢、性別、種、および系統差は、MWMのパフォーマンス（8）に影響。男性のげっ歯類では雌に比べて性能が向上しながらの研究では、老齢マウスはMWMでパフォーマンスの低下を持っていることを示し、さらに、フローティングは、ラット（9、10）より、マウスでより顕著である。したがって、これらの要素はすべてのテスト全体と同一視されるべきである。証拠がまたストレス動物はMWM（11）でより多くの不完全な動作となることを示唆し、そのような温度、光、およびノイズなどのストレスを、原因となるため、環境要因は、監視され、タスクに渡って一定に保つ必要があります。

<table border="1"><tbody><tr><th>試薬の名前</th><th>会社</th><th>コメント（省略可能） </th></tr><tr><td> AnyMazeのビデオトラッキングシステム</td><td> Stoelting会社</td><td></td></tr><tr><td>テンペラペイント</td><td>リーブス＆プールグループ</td><td>白、粉末</td></tr></tbody></table>

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

モリス水迷路（MWM）は、最初の空間memoryand長期的空間記憶1の買収を含めて海馬依存性学習を、テストするために1981年に神経科学者のリチャードG.モリスによって設立されました。 MWMは、空間的な（隠されたプラットフォーム）および非空間的な（目に見えるプラットフォーム）の間に差別化が主な利点は、通常、6日間の試験で構成される比較的簡単な手順で条件2-4。さらに、MWMのテスト環境では、匂い道の干渉5を低減します。これは、空間学習と記憶の神経生物学と神経薬理学の研究で​​頻繁に使用されることにタスクをリードしてきました。 MWMは、アルツハイマー病6、7などの神経認知障害のための齧歯類モデルの検証において重要な役割を果たしている。このプロトコルでは、一般的にアルツハイマー病トランスジェニックモデルマウスで使用されているテストの学習と記憶とデータ解析のためのMWMの典型的な手順を説明します。

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

モリス水迷路は、海馬依存性学習と記憶をテストするために行動課題です。これは、広く齧歯類モデルにおける神経生物学、神経薬理学と神経認知障害の研究に使用されています。

アルツハイマー病モデルマウスにおける学習記憶障害のためのモリス水迷路試験

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 ビュー.  University of British Columbia. モリス水迷路は、海馬依存性学習と記憶をテストするために行動課題です。これは、広く齧歯類モデルにおける神経生物学、神経薬理学と神経認知障害の研究に使用されています。

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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.

マウスでラシュリーIIIの迷路を用いた低ストレスルートの学習

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

神経科学

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.

水迷路における同時神経刺激および記録のためのコスト効率のヘッドステージの設計と構築

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の正ブタノンの学習、短期、および長期連想記憶アッセイ

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.

でアッセイする運動、学習、記憶障害ショウジョウバエ</em神経変性の>モデル

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.

マウスで作業していて、メモリの参照を評価するためのT-迷路強制交替と左右弁別課題

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.

単一セルと単スパイク分解能で閾値上神経活動の光記録

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.

齧歯類の中枢神経系の生体光遺伝学的刺激

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.

神経回路基盤記憶形成を解剖するための新生児ラットの左右で非対称匂い学習モデル

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.

急性アルツハイマーなどの認知障害を誘発するために正常マウスにおけるアミロイドβペプチドの脳室内注射

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.

小さなうろこに覆われた爬虫類の空間学習と記憶を評価します

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