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Method Article
이벤트 경기장에서 이 최적화된 '일상 기억' 프로토콜의 목표는 동종 중심적 공간 표현의 사용을 장려하는 안정적인 홈 베이스를 사용하는 것이었습니다. 이 동물 모델은 행동 및 생리학적 기법을 사용하여 사건 기억의 형성 및 유지에 대한 향후 연구를 위한 효과적인 테스트 베드를 제공합니다.
이벤트 경기장은 학습과 기억을 조사할 수 있는 최적의 플랫폼을 제공합니다. 이 논문에서 설명한 식욕적 일상 기억 과제는 설치류의 일화적 및 공간적 기억을 조사하기 위한 강력한 프로토콜을 제공하며, 이는 특히 동종 중심적 기억 표현을 촉진합니다. 쥐는 인코딩 단계에서 먹이를 찾고 파도록 훈련을 받았으며, 시간이 지연된 후 쥐는 올바른 위치에서 보상 음식 펠릿을 찾을 수 있는 선택권을 갖게 됩니다. 이 프로토콜에서 동종 중심적 전략의 사용을 촉진하는 두 가지 핵심 요소가 있습니다: 1) 쥐는 세션 내에서, 그리고 세션 사이에 다른 시작 위치에서 시작하고, 2) 쥐가 먹기 위해 음식을 운반해야 하는 안정적인 본거지가 배치됩니다. 이러한 수정을 통해 우리는 설치류가 작업을 수행하기 위해 동종 중심적 공간 표현을 사용하도록 효과적으로 권장합니다. 또한 이 작업은 피험자 내 실험 설계에 대한 좋은 패러다임을 제공하고 실험자가 다양한 조건을 조작하여 변동성을 줄일 수 있도록 합니다. 행동 및 생리학적 기법과 함께 사용되어, 그 결과로 도출된 설치류 모델은 기억 형성 및 유지에 대한 향후 연구를 위한 효과적인 시험대를 제공합니다.
학습과 기억의 신경생물학을 조사하기 위해서는 침습적 기술이 필요한데, 이는 일반적으로 인간에게는 실현 가능하지 않습니다. 따라서 한 세기가 넘는 기간 동안 다양한 형태의 인간 기억을 모델링하기 위해 실험실 동물을 위한 행동 프로토콜이 고안되었습니다. 작업과 장치의 설계와 선택은 인간 기억의 효과적인 모델 성공의 핵심입니다. 단순한 클래식 및 악기 컨디셔닝 프로토콜 1,2,3에서 T-maze 4, radial arm maze5, Barnes maze6, watermaze7 및 cheese-board maze8과 같은 미로에 이르기까지 다양한 복잡성을 가진 수많은 패러다임이 개발되었습니다. 그러나 이러한 작업이 연상 학습 및 공간 탐색의 측면을 포착하는 동안, 순간적인 사건의 기억 표현(즉, 일화적 기억)을 연구하는 데 명확하게 사용할 수는 없습니다. 그리고 새로운 객체 인식(object recognition)9과 객체 장소 기억(object-place memory)10과 같은 자발적 기억 과제의 순열(permutations)이 인식 기억에 대한 귀중한 통찰력을 제공했지만, 사건의 명시적인 회상을 테스트하지는 않는다. 이러한 수요를 해결하기 위해 이벤트 경기장이 특별히 개발되었으며, 이를 통해 장기적이고 쌍이 많은 연관 메모리 인코딩 및 회상 11,12,13 뿐만 아니라 친숙한 공간 14,15,16,17,18에서 발생하는 개별 이벤트의 인코딩 및 회상에 대한 연구를 수행할 수 있었습니다. 후자의 주제가 이 원고의 초점입니다.
이벤트 경기장은 설치류를 위한 이벤트가 발생하는 크고 정사각형의 열린 들판 공간입니다. 경기장의 크기는 쥐나 생쥐를 수용할 수 있도록 확장할 수 있으며 설치류가 들어가 탐험하도록 권장됩니다. 경기장 내에서 발생하는 이벤트의 전형적인 예는 특정 위치에 있는 우물에서 음식을 찾고 검색하는 것입니다. 이벤트 경기장은 쥐나 생쥐가 음식을 찾고, 찾고, 파내도록 훈련되는 식욕 활동을 위해 설계되었습니다. 그것은 음식을 어두운 환경으로 다시 운반하는 자연스러운 경향을 활용하며, 이 경우 경기장에 인접하여 음식을 먹습니다. 먹이를 파기 위한 최소한의 훈련을 받은 후 설치류는 이 작업을 자연스럽게 받아들이고 인코딩 시험과 30분의 짧은 지연 후 암호화 시험에 이은 리콜 선택 시험에서 잘 수행합니다. 선택 시험에서는 여러 개의 모래우물(즉, 굴착 위치)을 사용할 수 있지만 하나만 보상됩니다.
이벤트 영역 내에서 다양한 작업을 수행할 수 있습니다(예: 공간 기억, 일화적 기억 및 쌍 연관 학습). 일화적 기억의 효과적인 모델을 개발하는 데 관심을 감안하여 음식을 찾을 수 있는 위치를 매일 변경하는 다음 프로토콜이 개발되었습니다. 이 작업에서 설치류는 이벤트 아레나에서 가장 최근에 음식 보상을 파고 성공적으로 회수하는 이벤트가 어디에서 발생했는지 기억해야 합니다. 아래에 요약된 프로토콜은 쥐가 매일 새로운 장소에서 모래우를 찾는 인코딩 실험을 수반한 다음, 지연 후 리콜 선택 실험을 통해 최근에 인코딩된 모래샘 위치가 보상을 받는 반면, 다른 위치에 있는 다른 대안 모래샘에는 접근 가능한 먹이가 포함되어 있지 않습니다. 전날 음식이 어디에 있었는지 기억하는 것은 도움이 되지 않습니다: 정확한 위치를 매일 적어도 한동안은 암호화하고 기억해야 합니다. 이에 따라 우리는 인간으로서 일상적으로 사용하는 이 작업에서 모델링된 기억의 형태를 포착하기 위해 '일상의 기억'이라는 용어를 도입했습니다. 인간의 일상 기억 예시는 쇼핑몰에서 차를 어디에 주차했는지(그림 1A) 또는 집 주변에서 안경을 내려놓았는지 기억하는 것입니다. 이 프로토콜에서 모든 경기장 내부 및 외부 신호는 일상 생활의 설정(예: 집, 사무실, 주차장 등)에서와 마찬가지로 모두 안정적입니다. 따라서 설치류는 익숙한 환경에서 가장 최근에 어떤 일이 일어났던 곳을 기억해야 합니다(그림 1B). 이 작업은 워터메이즈19의 DMP(Delayed-Matching-to-Place) 작업과 유사하지만 개선된 것입니다. 식욕을 돋우는 작업이기 때문에, 물에서 탈출하려는 욕구 대신 먹이를 찾기 위해 설치류의 자연스러운 행동을 이용한다20. 그러나 watermaze7에서와 같이 올바른 위치와 잘못된 위치를 구별하는 로컬 단서가 없습니다. 동물은 다양한 기억 지연 기간 후에 올바른 모래우물 위치를 찾기 위해 인식보다는 회상을 사용해야 합니다.
그림 1: 일상의 기억. (A) 인간의 일상의 기억. 주차장에 주차된 녹색 자동차를 보여주는 회로도. 잠시 후, 운전자는 그녀가 차를 주차한 위치를 정확히 기억하려고 시도합니다. (B) 동물의 일상 기억. 쥐가 이벤트 아레나 내 위치에 있는 모래우물에서 펠릿을 파고 회수하는 것을 보여주는 설계도. 지연 후, 쥐는 여러 개의 잘못된 sandwells(회색)와 하나의 올바른 sandwell(녹색)이 있는 선택 시험이 제공됩니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
이벤트 아레나는 이미 '일상의 기억'에 대한 조사에 성공적으로 활용되었습니다. 이러한 기억은 매일 자동으로 암호화되어 장기 기억에 유지되지만 비교적 짧은 시간이 지나면 잊혀지는 경우가 많습니다. Bast 등[14]은 단조로운 지연 의존적 사건 기억을 보여주었는데, 이는 짧은 간격 후의 우수한 기억에서 24시간 후의 우연한 수준까지 다양하다. 그러나, 기억의 보존은 사후 인코딩 참신함 또는 여러 인코딩 시도를 통해 확장된 시도 간격15,17에 의해 성공적으로 향상될 수 있습니다.
이벤트 경기장은 다재다능하고 상대적으로 스트레스가 적습니다. 혐오스러운 자극은 사용되지 않습니다. 경기장의 크기와 경기장이 수용하는 작업은 쥐14,15와 생쥐16 모두에 맞게 조정할 수 있습니다. 또한, 육상 기반 작업으로, 워터메이즈21과 달리 생리학적 기록과 칼슘 이미징 연구에 적합하다. 더욱이, 3R(reduction, refinement, replacement)의 원칙에 따라, 피험자 내 실험 설계가 실현 가능하고(각 동물이 약리학적 개입, 광유전학적 자극 등에 대한 자체 대조군 역할을 함) 동기 부여를 위해 혐오적 자극이 필요하지 않기 때문에 이벤트 영역을 사용하는 연구는 통계적 검정력을 얻기 위해 더 적은 수의 동물을 필요로 합니다. 초기 훈련은 예를 들어 신기성 인식 과제보다 더 많은 시간을 필요로 하고 더 많은 세션에 걸쳐 이루어지지만, 일단 동물이 안정적이고 점근적인 수준의 과제 수행을 달성하면 약물, 차량 제어 또는 광유전학적 자극과 같은 조작이 상대적으로 적은 수의 추가 훈련 세션과 함께 산재할 수 있습니다17. 또한, 표현의 뚜렷한 측면은 과제를 해결할 때 사용되는 공간 표현의 특성과 같이 이벤트 영역에서 직접적인 실험적 통제를 받습니다.
표현의 문제는 쥐가 최근 사건이 발생한 곳을 기억할 때 사용하는 정신적 틀과 관련이 있다18. 음식이 있는 위치를 기억합니까, 아니면 음식에 가는 방법만 기억합니까? 쥐는 경기장 내에서 식욕적 과제를 해결하기 위해 동종중심적(allocentric, 지도와 유사) 또는 자기중심적(egocentric, 신체 중심적) 공간 표현을 사용할 수 있다18. 그러나 작업을 수행할 때 각 실험 대상자가 사용하는 공간 전략을 제어하고 식별하기 위해 하나의 공간 표현만 선택적으로 사용하도록 촉진할 수 있는 고유한 교육 프로토콜이 있습니다. 일반적으로 쥐가 음식 보상을 하루의 시험을 시작한 동일한 위치로 다시 가져갈 때 자기 중심적 기반 표현이 사용되며, 이를 통해 앞뒤로 달리는 동안 보상 위치를 기억할 수 있는 여러 기회를 얻을 수 있습니다. 이 공간 전략은 시작 위치가 매일 변경되는지 또는 일정하게 유지되는지에 관계없이 사용할 수 있습니다. 대조적으로, 동종 중심적 표현은 쥐가 식량 보상을 경기장 측면의 고정된 본거지 위치로 운반해야 할 때 선호되며, 이는 변화하는 시작 위치와 다릅니다. 뇌의 저장 용량과 관련하여 allocentric representations의 많은 장점이 있습니다.
이 논문에서 우리는 동질중심적 표현의 고용만을 장려하는 내거(home-base) 프로토콜에 대해 설명했다. 우리는 이 작업에 대한 대표적인 결과를 제공했는데, 이는 학습 및 기억 조사에서 이 설치류 '일상 기억' 모델을 사용하는 이점을 명확하게 설명하고 일화적 공간 기억의 동질적 표현이 어떻게 촉진될 수 있는지 강조합니다.
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이 논문에 설명된 방법은 에든버러 대학교 윤리 검토 위원회(University of Edinburgh Ethical Review Committee)의 승인을 받았습니다. 그들은 1986년 영국 동물(과학적 절차)법과 1986년 11월 24일 유럽 공동체 이사회 지침(86/609/EEC) 법률을 준수합니다.
참고: 아래에 요약된 프로토콜의 실험 대상은 리스터 두건을 쓴 쥐이지만 다른 설치류 균주에 적용할 수 있습니다.
1. 동물 취급, 사육 및 식품 관리
2. 장치 설정
그림 2: 이벤트 경기장 및 큐. (A) 이벤트 경기장을 보여주는 개략도(약어: N= 북쪽, E= 동쪽, S= 남쪽, W= 서쪽). (B) 경기장 내부 및 경기장 외 큐가 있는 이벤트 경기장. (C) 두 개의 3D 경기장 내 큐(왼쪽에서 오른쪽으로): 골프공 스택과 원통형 검은색 병. (D) 여러 3D 경기장 외 큐(왼쪽에서 오른쪽으로): 패턴화된 구형 랜턴; 레드 스타 랜턴; 블루 랜턴. (E) 4개의 블랙박스 중 하나가 각 이벤트 아레나 벽의 중간에 위치합니다. 이 블랙박스 중 3개는 각 실험이 시작될 때 쥐에게 시작 위치를 제공하는 시작 상자 역할을 합니다. 네 번째 블랙박스는 쥐가 투기장에서 얻은 음식 보상을 섭취하는 본거지입니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
그림 3: 모래우. (A) 접근 가능한 섹션과 접근할 수 없는 섹션이 표시된 빈 모래우를 보여주는 개략도. (B) 접근 가능한 구역과 접근 불가능한 구역이 있는 빈 모래우. (C) 보상(왼쪽) 및 보상되지 않은(오른쪽) 모래우의 펠릿 배열을 보여주는 개략도. 보상된 모래우와 보상되지 않은 모래우물 모두 총 12개의 펠릿을 포함하고 있으며 모래우물에 펠릿을 숨기는 특별히 준비된 모래로 채워져 있습니다. (D) 접근 가능한 섹션(1-4단계)에 펠릿의 올바른 배치를 포함하여 보상이 있는 모래우의 준비를 보여주는 일련의 사진. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
그림 4: 이벤트 경기장의 실험 설정. (A) 실험실과 제어실의 실험 설정을 보여주는 개략도. (B) 맞춤형 컴퓨터 소프트웨어를 통해 본 실험실의 실시간 피드를 보여주는 스크린샷. 맞춤형 컴퓨터 소프트웨어를 통해 실험자는 스타트박스 도어를 원격으로 제어하고 다른 측정을 제공할 수 있습니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
3. 습관화 프로토콜
참고: 습관화되는 동안 쥐는 모래샘을 찾고, 먹이 보상을 파고, 이벤트 경기장을 탐험하도록 훈련됩니다.
그림 5: 습관화 세션의 설계. 왼쪽 열에서 오른쪽 열로: 습관화 세션(H1-H7); 각 세션에 사용되는 스타트박스(예: H1: South startbox(SB)); 쥐가 음식 보상을 먹어야 하는 위치(즉, 북쪽 본거지); 보상된 모래우물(서면 및 그림 형식 모두; p = 펠릿)에서 접근 가능한 펠릿의 위치, 각 세션의 지정된 모래샘 위치에 배치됩니다. 단일 케이지(서면 및 그림 형식 모두)의 평평한 모래 우물에 있는 펠릿의 위치는 파는 행동을 촉진하고 모래우물을 파는 것과 음식 보상을 받는 것 사이의 쥐의 연관성을 강화하는 것을 목표로 합니다. 마지막 두 열은 단일 케이지 (경기장 외부)의 모래 우물을 나타냅니다. 약어: N/A= 해당 없음 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
4. 주요 교육 프로토콜
참고: 각 주요 교육 세션은 두 번의 메모리 인코딩 시험(E1, E2)으로 구성되며, 짧은 시간 지연(~30분) 후 한 번의 회상 선택 시험(C1)이 있습니다. 모든 실험에서 쥐는 보상받은 모래우물에서 두 개의 펠릿을 연속적으로 회수해야 합니다. 각 알갱이를 찾은 후 쥐는 이 음식 보상을 먹기 위해 홈 베이스를 찾아 들어가야 합니다. 올바른(즉, 보상된) 모래우물의 위치는 모든 쥐에 대해 세션 간에 균형을 이룹니다(그림 5).
그림 6: 대표적인 카운터밸런싱. (A) 쥐(예: 쥐 1)가 발견한 모래샘 위치 맵과 정확한 모래샘 위치가 세션에 걸쳐 어떻게 변하는지 보여주는 개략도. (B) 한 세션(예: 세션 1)에 대한 평형표의 예. 단일 세션 내의 각 시도에 대해 다른 시작함이 사용되지만(즉, 남쪽 시작함(SB)에서 시작된 시도 1(E1) 인코딩), 사용 순서는 각 동물(예: 쥐 1-3)마다 동일했습니다. 정확한 위치(예: 위치 2, 4, 3)에 사용된 모래우물과 그에 따른 세트는 회상 선택 시험 중에 완전히 사용되었으며, 각 세션의 시험(예: 인코딩 1, 인코딩 2, 회상 선택)과 작업을 수행하는 동물(예: 쥐 1-3)에 걸쳐 균형을 이루었습니다. (C) 세션 내에서, 그리고 세션 간에 균형을 이루는 모래우물 세트를 요약한 표. 총 15개의 모래우물과 3개의 모래샘 세트(세트 1-3)가 있으며, 각 모래샘에는 5개의 우물(A-E)이 있습니다. 각 랫드는 각 인코딩 및 회상 선택 시험에서 서로 다른 웰을 사용합니다. 예를 들어, 그림 6B에서 언급했듯이 쥐 1은 인코딩 시험 1에서 Sandwell 1A, 인코딩 시험 2에서 Sandwell 1B, 재현 선택 시험에서 Sandwell 2C를 사용합니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
5. 프로브 테스트 리콜
6. 비인코딩 제어 테스트
참고: 비인코딩 시험은 쥐가 작업을 수행하기 위해 올바른 모래샘 위치에 대한 기억이 아닌 후각 인공물을 사용하고 있는지 여부를 확인하는 데 사용되는 제어 척도입니다. 이름에서 알 수 있듯이 '비인코딩 대조군 테스트'는 리콜 선택 시도 이전에 수행된 인코딩 시도가 없음을 의미합니다. 리콜 선택 재판만 진행됩니다. 일상의 기억 사건의 위치를 인코딩하는 것이 허용되지 않으면서, 선택 시험에서 쥐의 성과가 우연 수준에 머물 것으로 기대된다. 이것이 사실이 아니고 쥐가 비 인코딩 제어 테스트에서 좋은 결과를 보인 경우 모래 우물과 접근 가능하고 접근 할 수없는 구획을 재 설계해야 할 수 있습니다.
7. 성능 측정
참고: 여러 매개변수가 측정되며 보충 그림 1은 예제 데이터시트를 보여줍니다.
8. 의도하지 않은 편향 방지
참고: 이 일상적인 메모리 작업의 재현성과 신뢰성을 보장하기 위해 프로토콜 전반에 걸쳐 다음 제어 조치가 구현됩니다.
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이 안정적인 가정 기반 프로토콜은 동종 중심적 표현을 사용하여 쥐가 이러한 일상적인 기억 작업을 학습하도록 성공적으로 훈련시키는 데 사용되었습니다. 이 프로토콜에는 두 가지 중요한 요소가 있습니다. 첫째, 동물들은 세션 내에서, 그리고 세션 사이에 서로 다른 블랙박스(예: 동쪽, 남쪽, 서쪽)에서 출발합니다(그림 7A). 세션당 두 개의 인코?...
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인간은 일상 생활에서 단일 이벤트를 자동으로 인코딩합니다. 우리는 어떤 사건은 쉽게 기억하고 다른 사건은 잊어버립니다. 위에서 설명한 일화적 기억 프로토콜은 설치류에서 이러한 유형의 기억(일화적 기억)을 조사하고자 하는 연구자에게 강력한 방법을 제공합니다. 이 작업은 지정된 위치에서 음식 알갱이를 찾아 검색하는 일상적인 행위를 포함하기 때문에 먹이를...
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저자는 공개할 이해 상충이 없습니다.
이 연구는 의학 연구 위원회 프로그램 보조금, 유럽 연구 위원회(ERC-2010-AdG-268800-NEUROSCHEMA), 웰컴 트러스트 고급 조사자 보조금(207481/Z/17/Z)의 지원을 받았습니다.
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Name | Company | Catalog Number | Comments |
Camera | CCTVFirst | N/A | |
Event Arena | University of Edinburgh (designed and built in house) | University of Edinburgh (designed and built in house) | Event arena for everyday memory task |
Lister-hooded rats | Charles River UK | 603 | |
Multitimer Labview | University of Edinburgh (designed and built in house) | University of Edinburgh (designed and built in house) | |
Pneumatics, frames, screws of event arena | RS Components Ltd. | University of Edinburgh (P. Spooner) | Tools for building event arena |
Sandwells | Adam Plastics (http://www.adamplastics.co.uk) | University of Edinburgh (P. Spooner) | Sandwells for arena |
Startboxes | Adam Plastics (http://www.adamplastics.co.uk) | University of Edinburgh (P. Spooner) | |
Video recording | Windows 10 computers with OBS software, Blackmagic Decklink Mini Recorder cards | N/A |
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