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).

すべての手順は、ペンシルベニア州立大学の施設内動物管理使用委員会によって承認された（IACUC - プロトコルID：43242）、すべての地域、州、および連邦規制に付着しました。 1.準備<ol><li>購入または構築物バーンズ迷路を、その目標穴を確保する適切に対象の種のためにサイズ調整されています。このプロトコルでは、7大人の側-blotchedトカゲ（ うたのstansburiana）を使用します。他の種を用いた研究のための十分なサンプルサイズを決定します。 <ol><li>バーンズ迷路を構築する場合は、床から任意の標準的な、非多孔質ラウンドテーブル（直径106センチ）、上昇し76.2センチメートルを購入。 </li><li>巻尺を使用して、テーブルの周囲に26センチメートル離間10等距離点とテーブルの端から6.35センチメートルをマーク。げっ歯類迷路は、一般的に複数の穴を持っているのに対し、10ホールを使用してください。そうすることでエスケープオプションの数の削減を可能にします。 </li><li>ホールソービットを使用して（2.54直径cm）で、すべての10ゴールの穴と砂の任意のシャープなエッジをドリルアウト。 </li><li>寸法のためのガイドとして家庭用エンクロージャを使用して、ネジで各ホールの下4棚支持ペグをマウントします。 </li></ol></li><li>明るい頭上の照明やナビゲーション（ドア、キャビネットなど ）に利用可能な空間キューと静かな部屋で迷路を置きます。 </li><li>直接迷路上記のオートフォーカス、広角レンズウェブカメラ（11.3センチメートルのx 3.99センチメートル）または他の適切なカメラをマウントします。ビデオフィードからの視野が全体の迷路を包含するようにしてください。 </li><li>迷路からコンピュータとオブザーバー椅子少なくとも1メートルを配置します。 </li><li>永久的なマーカーまたはテープで床の上に迷路の脚をマークします。これは、裁判の過程で迷路の任意の微小移動を補正することができます。 </li><li>ランダムに &quot;10&quot;を介して連続して「1」として、穴の1と番号他の穴を割り当てます。永久的なマーカーで、外側の側面に沿って番号を書き込みます参照を容易にするための迷路の。数字は迷路内の動物には見えないことを確認してください。 </li><li>ランダムに乱数発生器を使用して、被験体にゴール穴を割り当てます。 </li></ol> 2.訓練試行注：爬虫類、文献から得ることができる好適な体温を有します。動物は複数の訓練試行の上に遅くなる場合は、迷路はあまりにもクールであってもよく、これは動作に影響を与える可能性があります。迷路の下に小さなスペースヒーター、熱テープが適切に最適な体温および行動性能を維持するために、迷路の表面温度、体温の最良の熱指標を増加させることができます。 <ol><li>被験者は、試験室の外に収納されている場合は、試験前に室温で少なくとも30分に自宅エンクロージャ内の動物をもたらします。試験前に体温を維持するために、ホーム・エンクロージャ（ 例えば 、加熱ランプ、加熱テープ）の熱を提供するために必ず。 <ol><li>ビデオフィードのためのオープン追跡ソフトウェアとウェブカメラアプリケーションです。カスタムトラッキングソフトウェアは、Matlabの画像処理ツールボックスのために書かれました。他の追跡ソフトウェアは、市販されています。 </li><li>ビデオフィードからの視野を評価します。迷路が視野にない場合は、迷路は床にマークの範囲内であることを確認してください。 </li><li>日付に関する情報を含むワークシートを開き、スタート/訓練試行の終了時刻、件名ID、割り当てられた目標の穴、数回の訓練試験の実行、ノート、観察者のイニシャル。 </li><li>被験者が試験される順序をランダム化します。体系的に被験者。 </li></ol></li><li>そのホームケージから第一の主題を外し、静かに迷路の中央に被写体を配置します。動物の上にプラスチック製の浴槽を置きます。そうすることは研究者が無意識の向きの偏りを防ぐことができます。 30秒が順応することを可能にします。 </li><li>直接以下のように、迷路の下で動物のホームケージをマウントペグマウントに囲いの上部をスライドさせることで、目標穴を締結しました。ホームケージでの日光浴の岩は、動物が穴に下降するときの止まり木となる穴、直下にあることは確かです。この時点で、ナビゲーションで使用するための家庭用筐体の熱的または化学的手がかりの使用は無関係です。 <ol><li>げっ歯類の迷路は、被写体のエスケープとしてクリーンな筐体を使用しています。しかし、迷路の下で動物のホームエンクロージャを搭載することにより訓練試行中穴への参入を奨励します。 </li></ol></li><li>ゆっくり迷路の上からプラスチック製の浴槽を削除します。 </li><li>ウェブカメラアプリケーションで訓練試行の記録を開始します。 <ol><li>被験者は10分間迷路を探索することができます。非定型何が発生した場合は、ワークシートにこの点に注意してください。 </li><li>被験者が落下またはテーブルをオフに実行している場合は、そっと迷路の中央に被写体を返します。動物、30秒以下のための迷路の外にある場合、タイミングと記録を続けます。被験者は30秒以上のための迷路の外にある場合は、裁判を中止します。ワークブックのメモセクションにこの情報を記録します。 </li><li>被験者が自力でゴール穴に下降した場合、その時点でのオーバーとして裁判を考えます。 </li><li>被験者がゴール穴に降りていない場合は、10分が経過した後にオーバーとして裁判を考えます。 </li></ol></li><li>被験者は10分後にゴール穴に下降しない場合は、手で穏やかに、動物を導く適切な目標の穴に、第1ヘッド。 </li><li>ビデオおよび追跡ソフトウェアを停止します。ビデオ映像を保存します。 </li><li>エンクロージャがまだ迷路の下にマウントされている間、被写体がそのホームエンクロージャ内に少なくとも2分間休ませることができます。 </li><li>スプレーボトルや紙タオルを使用して、水に1：10石鹸の希釈石鹸混合物で迷路の上部を清掃してください。迷路をナビゲートするときにそうすることで化学的手がかりの使用を排除します。いくつかの種、化学感覚情報を頻繁に使用すること特に、necesすべての香りの手がかりを排除するためにお湯で迷路の追加のすすぎをsitate。 </li><li>迷路の下からエンクロージャを削除し、いずれかの同じ個体か、新しい個人と訓練試行を繰り返します。各被験者は、個々の試験の間30分間隔で、一日あたり最大5訓練試行で実行することができます。 </li><li>被験者が自力でそのゴールの穴に下降するまでの目標位置の学習が発生したことを示す、3つの異なる訓練試行中に、この手順を繰り返します。 3訓練試行が連続している必要はありません。被験者がこの基準に達した場合、被験者は、空間記憶を評価するためにプローブ試行に移動します。 </li></ol> 3.プローブトライアル注：被験者が基準に達すると、対象はゴールに移動する方法を学びました。被験者は、空間戦略またはいくつかの他のナビゲーション戦略を使用してナビゲートされている場合は、この時点では、それはまだ不明です。プローブ試行被験者は訓練試験で基準に達した後、これのための試験は、一日を実行する必要があります。 <ol><li>迷路の足が床にマーク内であることを保証する、迷路を180°回転させます。迷路の回転は直接、より安定した空間キューと直接競合しているとの目標を識別ローカル手がかりを可能にします。 </li><li>迷路の下で対象のホームエンクロージャを取り付ける工程2.3を省略し、2.5.2 - を繰り返して、2.1を繰り返します。そうすることで迷路探査中に自宅のエンクロージャから発せられる嗅覚や他の手がかりの使用を排除します。 </li><li>プローブ試験中、被験者は探索行動を評価するために、完全な10分間迷路を探索するのは自由です。 10分後、ビデオ、および追跡ソフトウェアを停止します。 </li><li>迷路から被写体を削除し、そのホームケージに戻します。 </li><li>希釈された石鹸混合物と迷路の上部を清掃してください。 </li></ol> 4.行動措置注：トレーニングトリアについて（;動物の鼻の穴から1cm以内でなければなりませんnongoal穴の調査は）、との正しい象限に費やした時間の割合LSは、行動などの目標穴に到達するための待ち時間などの対策、発生したエラーの数を含みます迷路。 <ol><li>訓練試行のために、検索方針を決定します。直接の戦略は、より少ない3エラーでゴール穴に下降として定義されています。シリアル戦略は迷路の周囲に沿って3つ以上の連続した迷路の穴の検査です。ランダムな戦略は、3つ以上のエラーが発生した迷路の穴の非シリアル検査です。 注：プローブ試験のために、行動測定は、空間的に正しい穴に到達する待ち時間、空間的に正しい穴を調査する前に発生したエラーの数、および迷路の空間的に正しい象限に費やした時間の割合を含みます。 </li><li>計算するときに、空間的に正しい目標穴の非ランダム選択のより厳格な評価のために、交換せずにサンプリングを採用チャンス率。 </li></ol>

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The authors declare that they have no competing financial interests.

実験空間学習と記憶のためにテストする場合、プロトコルの主な手順のいくつかで対処されているいくつかの重要な概念の問題があります。まず、被験者は、彼らが訓練試行の過程で目標穴の位置を学習していることを証明しなければなりません。予め設定された基準を達成する目的の穴位置の学習が発生したことを示しています。被験者がゴール穴の位置を学習しない場合は、ナビゲーシ?...

このような認知能力の進行性の低下とアルツハイマー存在として多くの神経変性疾患は、通常、脳1-4の劣化と同時に。認知プロセス上の脳損傷や劣化の影響を試験するために、臨床研究は、モデル齧歯類および試験装置およびプロトコルの標準化の利点を活用しています。特に、空間学習と記憶のプロセスは、このようなモリス水迷路、バーンズ迷路、および放射状迷路のようないくつかの標準的なパラダイムを介して評価されている（これらおよび他のパラダイムの包括的見直しのため、5,6を参照してください）。これらの空間学習および記憶パラダイムの豊かな歴史は、研究者が人間の記憶、脳機能、および疾患の関係のファセットとニュアンスの多くを理解することができ、非常に成功しました。 認知プロセスの評価が終了するための臨床研究で検討されてきたが電子いくつかの時間は、nonmodel種の認知能力に向けた研究は比較的新しいです。 nonmodel種で認知を研究する研究者は、特に生存と再生の文脈では、一般的に認知過程の生態と進化の関連性に興味を持っています。爬虫類のいくつかの研究では、高度な認知能力は、特定の空間記憶に、いくつかの行動、特にに関するナビゲーションと向きの根底にあることが示唆されています。多くの研究は、爬虫類の変位7,8-後に再配向することができることを実証しているがしかし、再配向挙動の基礎となる認知的メカニズムはまだ離れてからかわれていません。このため、いくつかの研究は、実験的にナビゲーション9-17時空間学習及び記憶の重要性を評価することを試みてきました。これらの研究における方法論は、主に、げっ歯類のパラダイムとプロトコルをモデルに時々爬虫類で使用するために修正されたが、これらの研究されています空間記憶を評価する変数成功を収めています。他の研究は、このような9,10の証拠を発見しながら、いくつかの研究では、いくつかの種11-17で空間学習と記憶を実証しました。したがって、爬虫類のナビゲーション中の空間学習と記憶の役割や存在はまだ不明です。 実験的に爬虫類に空間学習と記憶を評価する際に問題となり得る1つの問題は、タスクの生態学的関連性です。爬虫類は生態、行動、生理機能に大きな変化を実証げっ歯類全く異なる特殊な分類群です。爬虫類の種間の動作の違いは、おそらく使用パラダイムは自然な行動にタップしていない場合は特に、空間認知能力の評価に影響を与える可能性があります。この迷路は理想的なパラダイムの選択ではないかもしれないのに対し、例えば、一般的に小さな裂け目に避難を求めるの種で、空間的な能力が簡単にバーンズ迷路を用いて評価することができます一般的に静止したままの種インチ同様に、ほとんどのうろこに覆われた爬虫類は水生ではありませんので、モリス水迷路は、空間学習および記憶をテストするための適切な選択であること（ただし、15を参照してください）ないかもしれません。しかし、この迷路は亀16に空間的な能力をテストするための理想的な選択肢かもしれません。爬虫類は、特に基板の、テスト手順中に考慮されなければならない、外温性と適切な温度維持している最後に、このグループの生理機能は、考慮されなければなりません。 ここで紹介するプロトコルとパラダイムは、大人の側blotchedトカゲの空間学習と記憶（ うたstansburiana）13、一般的に岩18の小さな隙間に捕食者から逃げる小さなトカゲを探索するために使用されました。種の自然史と行動のこの側面を知って、私たちは、空間学習と記憶をテストするために、伝統的なバーンズ迷路の修正を使用していました。バーンズ迷路ISAドライランド迷路、通常は齧歯類モデルにおける空間認知をテストするために使用されます。我々は、設計およびプロトコル（後述）の両方で、げっ歯類の迷路からいくつかの方法で私たちの迷路を変更しました。我々の迷路プラットフォームの周囲に沿って互いから等距離に10穴（ 図1）を有する円形プラットフォームから成っていました。ここで説明するプロトコルはゴール穴の位置を学習する訓練試行に参加する対象を必要とする被験者がゴール穴の位置を学習したら、その後、プローブ試行を目標に、ナビゲーション中の空間メモリの使用を確認するために使用されます。

<table><tbody><tr><td>Barnes maze</td><td>TSE Systems</td><td>302050-BM/M</td><td>Available from other vendors. Alternatively, a Barnes maze can be constructed from a standard, non-porous round table.</td></tr><tr><td>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><td>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><td>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><td>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><td>Tracking software</td><td>Code custom written for Matlab&lt;br/&gt; 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

臨床研究は、一般的に空間学習および記憶能力をターゲットに、認知機能の低下を評価するためのパラダイムの様々な活用しています。しかし、nonmodel種の認知プロセスへの関心は、一般的に生態コンテキスト内で、また研究の新興分野となっています。爬虫類の認知に関する実験的研究が疎であるが、特に、爬虫類における認知プロセスへの関心が高まっています。実験空間学習と記憶のためにテストしているいくつかの爬虫類の研究は爬虫類で使用するために修正されたげっ歯類のパラダイムを使用しています。空間的に基づく認知のためにテストするときしかし、この分類群の生理機能および行動の生態学的に重要な側面を考慮しなければなりません。ここでは、乾燥した土地バーンズ迷路と小さなうろこに覆われた爬虫類で空間学習および記憶能力のために、プロービング時のパフォーマンスを向上させることができ、関連試験プロトコルの変更について説明します。説明パラダイムとプロceduresが正常に空間学習と記憶が生態学的関連装置およびプロトコルと、この分類群で評価することができることを実証し、オス側-blotchedトカゲ（ うたstansburiana）と共に使用しました。

このプロトコルは、小さなトカゲで空間的にベースのナビゲーションの実験的な評価が可能になります。以前の研究では、正常に男性側-blotchedトカゲ13で空間ナビゲーションを探索するために、このプロトコルを使用していました。その特定の研究では、男性はゴールの穴に移動するように訓練されたと、基準に達した後は、ゴールの穴にナビゲートするとき...

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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.

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, ...

assessing-spatial-learning-and-memory-in-small-squamate-reptiles

Research

JoVE Journal

Neuroscience

7.1K ビュー.  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.

ビデオ: Assessing Spatial Learning and Memory in Small Squamate Reptiles

The Double-H Maze: A Robust Behavioral Test for Learning and Memory in Rodents

Spatial cognition research in rodents typically employs the use of maze tasks, whose attributes vary from one maze to the next. These tasks vary by their behavioral flexibility and required memory duration, the number of goals and pathways, and also the overall task complexity. A confounding feature in many of these tasks is the lack of control over the strategy employed by the rodents to reach the goal, e.g., allocentric (declarative-like) or egocentric (procedural) based strategies. The double-H maze is a novel water-escape memory task that addresses this issue, by allowing the experimenter to direct the type of strategy learned during the training period. The double-H maze is a transparent device, which consists of a central alleyway with three arms protruding on both sides, along with an escape platform submerged at the extremity of one of these arms.
Rats can be trained using an allocentric strategy by alternating the start position in the maze in an unpredictable manner (see protocol 1; &#167;4.7), thus requiring them to learn the location of the platform based on the available allothetic cues. Alternatively, an egocentric learning strategy (protocol 2; &#167;4.8) can be employed by releasing the rats from the same position during each trial, until they learn the procedural pattern required to reach the goal. This task has been proven to allow for the formation of stable memory traces.
Memory can be probed following the training period in a misleading probe trial, in which the starting position for the rats alternates. Following an egocentric learning paradigm, rats typically resort to an allocentric-based strategy, but only when their initial view on the extra-maze cues differs markedly from their original position. This task is ideally suited to explore the effects of drugs/perturbations on allocentric/egocentric memory performance, as well as the interactions between these two memory systems.

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.

ダブルH迷路：げっ歯類での学習と記憶のための堅牢な行動試験

Spatial cognition research in rodents typically employs the use of maze tasks, whose attributes vary from one maze to the next. These tasks vary by their ...

行動学

Using Pharmacological Manipulation and High-precision Radio Telemetry to Study the Spatial Cognition in Free-ranging Animals

An animal&#39;s ability to perceive and learn about its environment plays a key role in many behavioral processes, including navigation, migration, dispersal and foraging. However, the understanding of the role of cognition in the development of navigation strategies and the mechanisms underlying these strategies is limited by the methodological difficulties involved in monitoring, manipulating the cognition of, and tracking wild animals. This study describes a protocol for addressing the role of cognition in navigation that combines pharmacological manipulation of behavior with high-precision radio telemetry. The approach uses scopolamine, a muscarinic acetylcholine receptor antagonist, to manipulate cognitive spatial abilities. Treated animals are then monitored with high frequency and high spatial resolution via remote triangulation. This protocol was applied within a population of Eastern painted turtles (Chrysemys picta) that has inhabited seasonally ephemeral water sources for ~100 years, moving between far-off sources using precise (&#177; 3.5 m), complex (i.e., non-linear with high tortuosity that traverse multiple habitats), and predictable routes learned before 4 years of age. This study showed that the processes used by these turtles are consistent with spatial memory formation and recall. Together, these results are consistent with a role of spatial cognition in complex navigation and highlight the integration of ecological and pharmacological techniques in the study of cognition and navigation.

This paper describes a novel protocol that combines the pharmacological manipulation of memory and radio telemetry to document and quantify the role of cognition in navigation.

放し飼いの動物における空間認知を研究するために薬理学的操作と高精度ラジオテレメトリーを使用しました

An animal&#39;s ability to perceive and learn about its environment plays a key role in many behavioral processes, including navigation, migration, ...

環境学

Assessing Spatial Memory Impairment in a Mouse Model of Traumatic Brain Injury Using a Radial Water Tread Maze

Despite the recent increase in use of mouse models in scientific research, researchers continue to use cognitive tasks that were originally designed and validated for rat use. The Radial Water Tread (RWT) maze test of spatial memory (designed specifically for mice and requiring no swimming) has been shown previously to successfully distinguish between controlled cortical impact-induced TBI mice and sham controls. Here, a detailed protocol for this task is presented. The RWT maze capitalizes on the natural tendency of mice to avoid open areas in favor of hugging the sides of an apparatus (thigmotaxis). The walls of the maze are lined with nine escape holes placed above the floor of the apparatus, and mice are trained to use visual cues to locate the escape hole that leads out of the maze. The maze is filled with an inch of cold water, sufficient to motivate escape but not deep enough to require that the mouse swim. The acquisition period takes only four training days, with a test of memory retention on day five and a long-term memory test on day 12. The results reported here suggest that the RWT maze is a feasible alternative to rat-validated, swimming-based cognitive tests in the assessment of spatial memory deficits in mouse models of TBI.

Here we present a protocol for a mouse-specific test of cognition that does not require swimming. This test can be used to successfully distinguish controlled cortical impact-induced traumatic brain injury mice from sham controls.

半径方向水迷路迷路を用いた外傷性脳損傷のマウスモデルにおける空間記憶障害の評価

Despite the recent increase in use of mouse models in scientific research, researchers continue to use cognitive tasks that were originally designed and ...

A Behavioral Assay for Investigating the Role of Spatial Memory During Instinctive Defense in Mice

Evolution has selected a repertoire of defensive behaviors that are essential for survival across all animal species. These behaviors are often stereotyped actions elicited in response to innately aversive sensory stimuli, but their success requires enough flexibility for adapting to different spatial environments, which can change rapidly. Here, we describe a behavioral assay to evaluate the influence of learned spatial knowledge on defensive behaviors in mice. We have adapted the widely used Barnes maze spatial memory assay to investigate how mice navigate to a shelter during escape responses to innately aversive sensory stimuli in a novel environment, and how they adapt to acute changes in the environment. This new assay is an ethological paradigm that does not require training and exploits the natural exploration patterns and navigation strategies in mice. We propose that the set of protocols described here are a powerful means of studying goal-directed behaviors and stimulus-triggered navigation, which should be of interest to both the fields of instinctive behaviors and spatial memory.

This protocol describes a behavioral assay, based on the Barnes maze test, to study how instinctive defensive actions are modified by the knowledge of spatial environment.

マウスで本能的な防衛中に空間記憶の役割を調査するため行動分析

Evolution has selected a repertoire of defensive behaviors that are essential for survival across all animal species. These behaviors are often ...

Using Enclosed Y-Mazes to Assess Chemosensory Behavior in Reptiles

Reptiles utilize a variety of environmental cues to inform and drive animal behavior such as chemical scent trails produced by food or conspecifics. Decrypting the scent-trailing behavior of vertebrates, particularly invasive species, enables the discovery of cues that induce exploratory behavior and can aid in the development of valuable basic and applied biological tools. However, pinpointing behaviors dominantly driven by chemical cues versus other competing environmental cues can be challenging. Y-mazes are common tools used in animal behavior research that allow quantification of vertebrate chemosensory behavior across a range of taxa. By reducing external stimuli, Y-mazes remove confounding factors and present focal animals with a binary choice. In our Y-maze studies, a scenting animal is restricted to one arm of the maze to leave a scent trail and is removed once scent-laying parameters have been met. Then, depending on the trial type, either the focal animal is allowed into the maze, or a competing scent trail is created. The result is a record of the focal animal&#39;s choice and behavior while discriminating between the chemical cues presented. Here, two Y-maze apparatuses tailored to different invasive reptile species: Argentine black and white tegu lizards (Salvator merianae) and Burmese pythons (Python bivittatus) are described, outlining the operation and cleaning of these Y-mazes. Further, the variety of data produced, experimental drawbacks and solutions, and suggested data analysis frameworks have been summarized.

Y-mazes enable researchers to determine the relevance of specific stimuli that drive animal behavior, especially isolated chemical cues from a variety of sources. Careful design and planning can yield robust data (e.g., discrimination, degree of exploration, numerous behaviors). This experimental apparatus can provide powerful insight into behavioral and ecological questions.

囲まれたY迷路を使用して爬虫類の化学感覚挙動を評価する

Reptiles utilize a variety of environmental cues to inform and drive animal behavior such as chemical scent trails produced by food or conspecifics. ...

ゲームベースの探索:人間の空間ナビゲーション能力を解き放つ

Assessing Human Spatial Navigation in a Virtual Space and its Sensitivity to Exercise

Spatial navigation (SN) is the ability to locomote through the environment, which requires an understanding of where one is located in time and space. This capacity is known to rely on the sequential firing of place cells within the hippocampus. SN is an important behavior to investigate as this process deteriorates with age, especially in neurodegenerative disorders. However, the investigation of SN is limited by the lack of sophisticated behavioral techniques to assess this hippocampal-dependent task. Therefore, the goal of this protocol was to develop a novel, real-world approach to studying SN in humans. Specifically, an active virtual SN task was developed using a cross-platform game engine. During the encoding phase, participants navigated their way through a virtual city to locate landmarks. During the remembering phase, participants remembered where these reward locations were and delivered items to these locations. Time to find each location was captured and episodic memory was assessed by a free recall phase, including aspects of place, order, item, and association. Movement behavior (x, y, and z coordinates) was assessed through an asset available in the game engine. Importantly, results from this task demonstrate that it accurately captures both spatial learning and memory abilities as well as episodic memory. Further, findings indicate that this task is sensitive to exercise, which improves hippocampal functioning. Overall, the findings suggest a novel way to track human hippocampal functioning over the course of time, with this behavior being sensitive to physical activity training paradigms.

著者スポットライト:心-体-運動の実践が脳機能に及ぼす影響の調査

Here, we present a novel, brief, and active spatial navigation task that assesses both spatial navigation and episodic memory ability. Importantly, spatial navigation and episodic memory were associated with one another, and this task demonstrated sensitivity to exercise.

仮想空間における人間の空間ナビゲーションと運動感受性の評価

Spatial navigation (SN) is the ability to locomote through the environment, which requires an understanding of where one is located in time and space. ...

Motor and Hippocampal Dependent Spatial Learning and Reference Memory Assessment in a Transgenic Rat Model of Alzheimer's Disease with Stroke

Alzheimer&#39;s disease (AD) is a debilitating neurodegenerative disease that results in neurodegeneration and memory loss. While age is a major risk factor for AD, stroke has also been implicated as a risk factor and an exacerbating factor. The co-morbidity of stroke and AD results in worsened stroke-related motor control and AD-related cognitive deficits when compared to each condition alone. To model the combined condition of stroke and AD, a novel transgenic rat model of AD, with a mutated form of amyloid precursor protein (a key protein involved in the development of AD) incorporated into its DNA, is given a small unilateral striatal stroke.
For a model with the combination of both stroke and AD, behavioral tests that assess stroke-related motor control, locomotion and AD-related cognitive function must be implemented. The cylinder task involves a cost-efficient, multipurpose apparatus that assesses spontaneous forelimb motor use. In this task, a rat is placed in a cylindrical apparatus, where the rat will spontaneously rear and contact the wall of the cylinder with its forelimbs. These contacts are considered forelimb motor use and quantified during video analysis after testing. Another cost-efficient motor task implemented is the beam-walk task, which assesses forelimb control, hindlimb control and locomotion. This task involves a rat walking across a wooden beam allowing for the assessment of limb motor control through analysis of forelimb slips, hindlimb slips and falls. Assessment of learning and memory is completed with Morris water maze for this behavioral paradigm. The protocol starts with spatial learning, whereby the rat locates a stationary hidden platform. After spatial learning, the platform is removed and both short-term and long-term spatial reference memory is assessed. All three of these tasks are sensitive to behavioral differences and completed within 28 days for this model, making this paradigm time-efficient and cost-efficient.

To investigate the co-morbid Alzheimer&#39;s disease (AD) and stroke condition in a novel model, three behavior tasks are described that assess both motor control and cognitive behaviors. These tasks include the beam-walk task, cylinder task and Morris water maze.

モーターと脳卒中とアルツハイマー病のトランスジェニックラットモデルにおける海馬依存性の空間学習とリファレンスメモリ評価

Alzheimer&#39;s disease (AD) is a debilitating neurodegenerative disease that results in neurodegeneration and memory loss. While age is a major risk ...

医学

An Open-Source Virtual Reality System for the Measurement of Spatial Learning in Head-Restrained Mice

Head-restrained behavioral experiments in mice allow neuroscientists to observe neural circuit activity with high-resolution electrophysiological and optical imaging tools while delivering precise sensory stimuli to a behaving animal. Recently, human and rodent studies using virtual reality (VR) environments have shown VR to be an important tool for uncovering the neural mechanisms underlying spatial learning in the hippocampus and cortex, due to the extremely precise control over parameters such as spatial and contextual cues. Setting up virtual environments for rodent spatial behaviors can, however, be costly and require an extensive background in engineering and computer programming. Here, we present a simple yet powerful system based upon inexpensive, modular, open-source hardware and software that enables researchers to study spatial learning in head-restrained mice using a VR environment. This system uses coupled microcontrollers to measure locomotion and deliver behavioral stimuli while head-restrained mice run on a wheel in concert with a virtual linear track environment rendered by a graphical software package running on a single-board computer. The emphasis on distributed processing allows researchers to design flexible, modular systems to elicit and measure complex spatial behaviors in mice in order to determine the connection between neural circuit activity and spatial learning in the mammalian brain.

Here, we present a simplified open-source hardware and software setup for investigating mouse spatial learning using virtual reality (VR). This system displays a virtual linear track to a head-restrained mouse running on a wheel by utilizing a network of microcontrollers and a single-board computer running an easy-to-use Python graphical software package.

頭部拘束マウスの空間学習計測のためのオープンソースバーチャルリアリティシステム

Head-restrained behavioral experiments in mice allow neuroscientists to observe neural circuit activity with high-resolution electrophysiological and ...

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

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ダブルH迷路：げっ歯類での学習と記憶のための堅牢な行動試験

放し飼いの動物における空間認知を研究するために薬理学的操作と高精度ラジオテレメトリーを使用しました

半径方向水迷路迷路を用いた外傷性脳損傷のマウスモデルにおける空間記憶障害の評価

マウスで本能的な防衛中に空間記憶の役割を調査するため行動分析

囲まれたY迷路を使用して爬虫類の化学感覚挙動を評価する

仮想空間における人間の空間ナビゲーションと運動感受性の評価

仮想空間における人間の空間ナビゲーションと運動感受性の評価

仮想空間における人間の空間ナビゲーションと運動感受性の評価

モーターと脳卒中とアルツハイマー病のトランスジェニックラットモデルにおける海馬依存性の空間学習とリファレンスメモリ評価

頭部拘束マウスの空間学習計測のためのオープンソースバーチャルリアリティシステム