Дважды Н лабиринт: Прочная Поведенческая Тест для обучения и памяти у грызунов

Резюме

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.

Аннотация

Пространственное исследование познавательной у грызунов, как правило, использует использование лабиринта задач, чьи атрибуты изменяются от одного лабиринта в другой. Эти задачи варьируются в зависимости от их поведения и гибкости, необходимой продолжительности памяти, количество голов и путей, а также общая сложность задачи. Озадачив особенностью многих из этих задач является отсутствие контроля над стратегией, используемой грызунов, чтобы достичь цели, например, allocentric (декларативные-как), или эгоцентрических (процедурные) стратегии, основанные. Дважды Н лабиринт роман воды побег задача памяти, решает эту проблему, позволяя экспериментатору направить тип жизненной стратегии, в период обучения. Дважды Н лабиринт прозрачное устройство, которое состоит из центральной аллее с тремя руками выступающие с обеих сторон, а также спасательной платформе погруженной на конце одной из этих рук.

Крысы могут быть обучены с помощью allocentric стратегию, чередуя улХудожественная позиция в лабиринте в непредсказуемым образом (см протокол 1; §4.7), таким образом, требуя от них, чтобы узнать расположение платформы на основе имеющихся allothetic киев. Кроме того, эгоцентричны стратегия обучения (протокол 2; §4.8) может быть использован, выпустив крыс из той же позиции во время каждого испытания, пока они не научатся процессуальное шаблон, необходимый для достижения цели. Эта задача была доказана, чтобы обеспечить формирование стабильных следов памяти.

Память может быть проверены после периода обучения в суде заблуждение зонда, в котором исходное положение для заместителей крыс. После эгоцентрической обучения парадигмы, крысы, как правило, прибегают к стратегии allocentric основе, но только тогда, когда их начальное вид на экстра-лабиринт сигналы заметно отличается от своего первоначального положения. Эта задача идеально подходит для изучения эффектов лекарств / возмущений на allocentric / эгоцентрической производительности памяти, а также взаимодействия между гоESE две системы памяти.

Введение

У животных, обучение в основном при посредничестве hippocampal- и полосатого тела на основе систем памяти ^1,2, играющих центральную роль в отношении место- и Процессуально-памяти, соответственно. Отношения между этими двумя системами является сложной, и они, как известно, взаимодействуют друг с другом в кооператив или в конкурентные манер ^1,3. Кроме того, исследования показали, что влияние любой из этих систем памяти на поведение животных может увеличить следующие отсутствии или повреждении другой системы ^4-7. Обе эти системы подключены к префронтальной коры через таламус.

Многочисленные неврологические расстройства и нейродегенеративные заболевания могут повлиять пространственное познание на людях, которые полагаются на взаимодействии между процессуальными и декларативных систем памяти. Примеры включают в себя болезнь Паркинсона (PD), Хантингтона болезни (HD) ^8-10, болезнь Альцгеймера (AD) ^11-14, а такжебоковой амиотрофический склероз (БАС) ^15. Животные модели, которые имеют отношение к этим расстройства могут быть вызваны с помощью различных методов лечения наркотиков, которые блокируют рецепторы определенные ^16, а также посредством целевых поражений. Когда такие животные используются с задач пространственной памяти, ценную информацию можно получить в основных механизмов, связанных с этими расстройствами, а также с различными вариантами лечения.

Есть много различных типов задач пространственной памяти у грызунов, которые в совокупности предназначены для оценки конкретных аспектов обучения и памяти, а также эффекты потенциальных лекарств для различных расстройств ^17,18. Эти задачи можно отличить по количеству голов и путей, степень поведенческой гибкости в решении задачи, продолжительность памяти или задержку, а также выбор стратегии, используемые в решении этой задачи. Хорошие показатели могут быть получены на основе внешних сигналов или ориентиров, которые используются для ориентированияживотное к цели (allocentric или место стратегия). Кроме того, грызуны могут разработать стратегию, которая основана на телесных направлении и сигналы с относительно направления для перемещения в (эгоцентричны или процессуальное стратегии), например, если известно, что крысы цель одна левый поворот с последующим одного правого поворота , то нет особой необходимости для allocentric или места стратегии. Лабиринт задачи часто различаются в зависимости от степени гибкости предлагаемых к грызуна в их решении. Например, в водном лабиринте Morris, сухой версии последней (например, ¹⁹⁾ или в лабиринте Barnes (например, ^20), есть потенциально бесконечные маршруты крыс можно предпринять, чтобы достичь цели. В водном лабиринте Morris, например, расположение цели могут быть изучены на основе внешних ориентиров или сигналов (allocentric стратегии), или просто плавание в кругах в сторону центра до тех пор, пока платформа находится (эгоцентрическими стратегии) ^​​21. Некоторые задачи имеют несколько целейи высокую степень гибкости, например, задачи конуса поля ²² или радиального Olton в лабиринт ^23. На другом конце шкалы находятся задачи, которые предлагают ограниченную гибкость в достижении цели, например, камень лабиринт, или переменный версию Т-лабиринт. Эти задачи обеспечивают только один правильный путь достижения цели, и содействовать формированию познавательных процедур, которые принципиально регулируемых полосатого основе системы процедурной памяти.

Дважды Н лабиринт роман пространственное тестирования памяти устройства, которая была разработана, чтобы позволить экспериментатору направить тип стратегии, узнал от грызунов в решении задачи ^24. Состоит из трех параллельных пробега оружия, пересекающих перпендикулярную центральной аллее, дважды Н лабиринт воды побег задача, в которой грызуны узнать достичь побег платформу, погруженного в одном из мест лабиринт. Во время обучения, процедурная стратегия может быть разработана путем поддержания тон же начать и места гол всем. Кроме того, стратегия allocentric могут быть разработаны переменного начальное положение в случайном порядке, что требует крысу, чтобы узнать расположение скрытой платформе, основанной на сигналы окружающей среды, как это имеет делать в водном лабиринте. Это преодолевает препятствие, присутствующий в различных задач лабиринт, в котором экспериментатор в противном случае имеет мало контроля над типом стратегии, что грызуны использовать. Это важно, учитывая, что последствия некоторых когнитивных усиливающих кандидатов наркотиков полагаться на гиппокампа основе системы место-памяти, таким образом, появление когнитивных процедур или процедур, могут затруднить интерпретацию поведенческих наблюдений, когда животные, например переход от allocentric в процедурной памяти во время обучения. Точно так же, может быть желательно, чтобы оценить последствия препаратов и методов лечения на процедурной памяти, без влияния allocentric место на основе памяти. Наконец, это устройствомогут быть использованы для изучения кооперативных или конкурентные взаимодействия между этими системами памяти, и условия, при которых грызуны могут переключаться от одной системы к другой.

протокол

1. Общие соображения

Этот протокол утвержден уходу и использованию комитета животное университетской больницы Фрайбург (то же самое в Страсбург) по. Острота зрения необходимо для выполнения тестов в пространственной обучения. Грызуны с нарушениями визуальных систем, таким образом, не подходит. Кроме того, освещение должно быть достаточным для того, чтобы крысы, чтобы увидеть различные сигналы, расположенные на окружающих стен. Это полезно использовать основные в форме (квадрат, круг, треугольник), но хорошо контрастируют реплики (например, черные окрашенные реплики на белом фоне роспись). Точно так же, тяжелые моторные дефициты критерии исключения, потому что плавание требуется для этого теста и утопления может произойти. Наконец, гипер-беспокойство грызуны могут отображать сильно смещен поведение поиска, который влияет на производительность.

2. Аппарат Настройка

1. Построить двойной H лабиринт, состоящий из 160 см центральной аллее, которая пересекается с обоих концов и в центретри 160 см параллельных работать руками (рисунок 1). Убедитесь, что центральная аллея и его перпендикулярно оружие шириной 20 см, и в окружении 35 см высокие прозрачные стены из оргстекла. Толщина оргстекла 6 мм для всех частей.
2. Безопасный стены в месте, используя клей и винты, и водонепроницаемый лабиринт с помощью силиконовых швов на всех внутренних углов. Эти соединения могут быть легко заменены, если они теряют водонепроницаемость. Поместите сливное отверстие на конце одного из угловых оружия (или в середине лабиринта) для опорожнения.
3. Поместите лабиринт на 80 см высоким столом, с достаточным пространством вокруг него для прогулки) вокруг лабиринта и б) размещения хорошо контрастируют киев. Назначить каждый руку в лабиринте его положением, т.е. северо-западе (СЗ), Север (N), к северо-востоку (NE), юго-западный (SW), юг (S) и юго-востоке (SE).
4. Поставьте потолочные камеры над лабиринтом для пост-тест анализа поведения животных, используя ручной или AutOmatic (видео слежение) методы (см § 5).

3. Общие Комментарии

1. Перед использованием, заполнить лабиринт с водой с приблизительной высоты 18 см (200 л). Это достаточно высокой, чтобы предотвратить крыс от касания дна лабиринта ногами, но достаточно, чтобы предотвратить побег мелкой.
2. После предпроектной подготовки, оказывают воды непрозрачной смешивания 250 г порошка обезжиренного молока. Изменение воду на ежедневной основе, чтобы предотвратить молоко воду стать прогорклым. Поддерживайте температуру воды между 21 - 23 ° C, чтобы обеспечить стимулы для крыс искать запасной платформы.
   ПРИМЕЧАНИЕ: В крыс ознакомиться с положением платформы во время предварительной подготовки, его позиция перемещается в другую руку во время тренировки.
3. Перед использованием погрузите высокий 17 см, 10 см платформа диаметр на конце одного из угловых оружия (СВ, СЗ, SE или SW). Обеспечить высоту, чтобы быть погружен в 1 см ниже поверхности воды на поверхность. Поезд крыс, чтобы достичьцелевая платформа, используя либо allocentric или эгоцентрической стратегии обучения, которая зависит от типа используемого парадигмы (см § 4).

4. Основные учебные протоколы

ПРИМЕЧАНИЕ: Крысы, как правило, предоставляется первоначальный день предварительной подготовки, что позволяет им познакомиться с лабиринта.

1. Для предварительной подготовки освободить крысу от края одной из центральных оружия (например, S рука) и поместите цель платформу на конце одного из угловых оружия (например, NE), а затем дать крысам 4 последовательных 60 сек испытания, в которых для достижения целевой платформы.
2. При достижении побег платформу, позволяют крысы ждать там в течение 15 сек, так что они могут отдохнуть и наблюдать за окружающей обстановкой. Независимо от стартовой позиции, всегда блокировать противоположное плечо с прозрачным гильотины дверь, которая предотвращает запись.
   ПРИМЕЧАНИЕ: Во время предпроектной подготовки, оставить воду прозрачной, и отрегулируйте платформу онIGHT таким образом, что он выступает на 1 см выше поверхности воды, что делает его видимым на крысах.
3. Выполните ежедневную тренировку, состоящую из до 4 последовательных испытаний, разделенных зазором 10 сек, по крайней мере (дискретного обучения, т.е. с интервалом в несколько минут между испытаниями, является альтернативой).
4. Для обучения, переместить платформу от его предпродажная подготовка положения в выбранной руку (например, NW), и погрузить его на своем конечности на 1 см ниже поверхности воды. Теперь сделать воду непрозрачной добавлением молока власти и выполнять следующие учебные (раздел 4).
5. Для крыс, которые не достигают целевую платформу в течение 60 сек, возвращения их в исходное положение, и осторожно направлять их на платформу экспериментатором.
6. Измерьте несколько переменных во время учебных сессий и зонда, такие как, расстояние плавали, задержки в цель постановки / платформы, время, проведенное в каждой руке, а также количество первичных / повторяющихся ошибок (см рисунок2). Имейте в виду, что задержки могут влиять трудности двигателя. Если дело возникают, расстояние и появляются ошибки, как более надежные переменных относительно когнитивных функций.
7. Allocentric стратегия подготовки:
   1. День 1 - Предварительная подготовка:
      1. Не добавлять сухое молоко для этого шага. Поместите побег платформу, выступающую на 1 см выше поверхности воды в определенном месте. Поезд крысы в ​​4 последовательных испытаний на платформу.
   2. Дни 2 - 5 - Обучение:
      1. Добавить 250 г порошка обезжиренного молока в воде, чтобы сделать его непрозрачным. Перемещение платформы на другую руку (например, с северо-востока на северо-запад) и добавьте воду так, чтобы платформа 1 см ниже поверхности воды. Крысы выпуску либо от руки или N S в непредсказуемых последовательностей для каждой сессии, так что обе руки используются в два раза пробный пуск в одной сессии (4 испытаний / день, например, SNNS, NSNS; рисунок 3).
   3. День 6 - зонд Сессия:
      1. Удалить платформу для суда зонда. Отпустите крыс из другой руки, чтобы те, которые используются в процессе обучения (например, SW), и позволить им плавать в течение 60 сек. Рисунок 4 репрезентативных плавать дорожек. Анализ времени, проведенного в целевой руку (бывший местонахождения платформы) дает указание об использовании ли крысы пространственную стратегию, другой тип стратегии, последовательной комбинации различных стратегий (см ниже), или дезорганизованы шаблон поиска.
8. Эгоцентрическая стратегия подготовки:
   1. День 1 - Предварительная подготовка:
      1. Это же, как первый шаг в подготовке к allocentric стратегии (шаг 4.1). Не добавлять сухое молоко для этого шага. Поместите побег платформу, выступающую на 1 см выше поверхности воды в определенном месте. Поезд крысы в ​​4 последовательных испытаний на платформу.
   2. Дни 2 - 5 - Обучение:
      1. Добавить 250 гобезжиренное сухое молоко в воду, чтобы сделать его непрозрачным. Перемещение платформы на другую руку и добавить воду так, чтобы платформа 1 см ниже поверхности воды. Крысы релиз от начала же руке (S или N; рисунок 5) для каждого испытания (4 испытания / день).
   3. День 6 - зонд Сессия:
      1. Удалить платформу для суда зонда. Крысы будут освобождены от кронштейна другом, откуда они были освобождены в ходе обучения. Разрешить крысы плавать в течение 60 сек. Блок противоположный руку с прозрачным гильотины двери.
         ПРИМЕЧАНИЕ: Изменение вышеуказанных стратегий обучения в соответствии с теми требованиями конкретного эксперимента, например, тестирование на наркотики и т.д. Effects.
9. Высушите крысу от абсорбирующими полотенец после каждого сеанса в воде.

5. Анализ

1. Выполните измерения задержек, начальных и повторяющихся ошибок, первый выбор и типа реагирования МануаLLY путем записи этих переменных из видео, взятых из верхнего камеры.
2. Либо, если возможно, используйте имеющийся в продаже видео-слежения программное обеспечение и настроить на автоматическую запись этих переменных.
3. Статистический Анализ:
   ПРИМЕЧАНИЕ: Конкретная реализация статистического анализа зависит от исследования, которое происходит.
   1. Выполните один, два или три путь ANOVAs относительно начальных / повторяющихся ошибок, задержка в цель руку / платформы, и время, проведенное в целевой руку; с факторами, которые включают день тестирования и группу (ы) обработки.
   2. При необходимости, выполните следующие ANOVAs используя ретроспективном Ньюман-Keuls множественные сравнения испытания. Для сравнения производительности, использовать эталонное значение (например, время, проведенное в целевой руку во время судебного разбирательства против зонда случайного уровня), а также выполнять Т-тест.
   3. При необходимости, используйте непараметрические статистики в дополнение (например, χ² см ниже) или вместо, когда условия для PARAMETметрические те не будут выполнены.

Результаты

Эгоцентрическая Учебная стратегия

Исследование проводилось, чтобы определить, является ли стратегии, выбранной памяти у крыс изменений, основанных на изменения их точки зрения внешней среды сигналы, следующих эгоцентрической-обучения парадигмы ^25. Крысы были обуч?...

Обсуждение

Комментарии по изучению дизайна и анализа

С момента зачатия, дважды Н лабиринт был использован в ряде поведенческих экспериментов на крысах, которые в совокупности были разработаны для изучения эгоцентричных и / или allocentric ответов у крыс при нормальном ^24,25 и изменен...

Материалы

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