Name: assessing spatial memory impairment in a mouse model of traumatic brain injury using a radial water tread maze
Uploaded: 2017-07-17T14:00:00
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Questa ricerca è stata sostenuta dall&#39;Istituto per le opportunità di concessione del progetto pilota per la salute transazionale (UL1TR000423), dall&#39;Università di Washington Center per lo sviluppo umano e la disabilità e dall&#39;Università di Washington, Core e Brain Imaging Core. Vorremmo riconoscere il dottor Warren Ladiges per il suo ruolo nello sviluppo e nella diffusione del design e del protocollo originale del labirinto Radial Water Tread presentato qui. Ringraziamo anche Toby Cole per la sua assistenza con questo progetto.

Tutte le procedure e la manipolazione degli animali sono state condotte in conformità con le linee guida per la cura degli animali rilasciate dall&#39;Istituto Nazionale di Salute e dall&#39;Università di Washington Animal Care and Use Committee. 1. Chirurgia <ol><li> Anestetizza il topo al 5% di isoflurano in una scatola di induzione fino all&#39;inconscio. Confermare l&#39;anestesia con una riduzione del tasso di respirazione e l&#39;assenza di un riflesso di ritiro dopo toe-pinch. </l...

<ol>
	<li>Levin, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Neurobehavioral+outcome+of+closed+head+injury:+Implications+for+clinical+trials.">Neurobehavioral outcome of closed head injury: Implications for clinical trials.</a> J. Neurotrauma. 12 (4), 601-610 (1995).</li><li>Schretlen, D., Shapiro, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+quantitative+review+of+the+effects+of+traumatic+brain+injury+on+cognitive+functioning.">A quantitative review of the effects of traumatic brain injury on cognitive functioning.</a> Int Rev Psychiatry. 15 (4), 341-349 (2003).</li><li>Cline, M. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Novel+application+of+a+radial+water+tread+maze+can+distinguish+cognitive+deficits+in+mice+with+traumatic+brain+injury.">Novel application of a radial water tread maze can distinguish cognitive deficits in mice with traumatic brain injury.</a> Brain Res. 1657, 140-147 (2017).</li><li>Ellenbroek, B., Youn, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Rodent+models+in+neuroscience+research:+Is+it+a+rat+race?.">Rodent models in neuroscience research: Is it a rat race?.</a> Dis. Model. 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L., Lipp, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Spatial+Memory+and+Learning+in+Transgenic+Mice:+Fact+or+Artifact?.">Spatial Memory and Learning in Transgenic Mice: Fact or Artifact?.</a> Physiology. 13 (3), 118-123 (1998).</li><li>Koopmans, G., Blokland, A., Vannieuwenhuijzen, P., Prickaerts, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Assessment+of+spatial+learning+abilities+of+mice+in+a+new+circular+maze.">Assessment of spatial learning abilities of mice in a new circular maze.</a> Physiol Behav. 79 (4-5), 683-693 (2003).</li><li>Deacon, R., Rawlins, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Learning+impairments+of+hippocampal-lesioned+mice+in+a+paddling+pool.">Learning impairments of hippocampal-lesioned mice in a paddling pool.</a> Behav Neurosci. 116 (3), 472-478 (2002).</li><li>Pettan-Brewer, C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+novel+radial+water+tread+maze+tracks+age-related+cognitive+decline+in+mice.">A novel radial water tread maze tracks age-related cognitive decline in mice.</a> Pathobiol Aging Age Relat Dis. 3, 1-4 (2013).</li><li>Wiley, J., Pettan-Brewer, C., Ladiges, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Phenylbutyric+acid+reduces+amyloid+plaques+and+rescues+cognitive+behavior+in+AD+transgenic+mice.">Phenylbutyric acid reduces amyloid plaques and rescues cognitive behavior in AD transgenic mice.</a> Aging Cell. 10 (3), 418-428 (2011).</li><li>Enns, L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Disruption+of+Protein+Kinase+A+in+Mice+Enhances+Healthy+Aging.">Disruption of Protein Kinase A in Mice Enhances Healthy Aging.</a> PLoS ONE. 4 (6), (2009).</li><li>Ivonen, H., Nurminen, L., Harri, M., Tanila, H., Puolivali, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Hypothermia+in+mice+tested+in+Morris+water+maze.">Hypothermia in mice tested in Morris water maze.</a> Behav Brain Res. 141 (2), 207-213 (2003).</li><li>Shultz, S. R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Granulocyte-macrophage+colony-stimulating+factor+is+neuroprotective+in+experimental+traumatic+brain+injury.">Granulocyte-macrophage colony-stimulating factor is neuroprotective in experimental traumatic brain injury.</a> J Neurotrauma. 31 (10), 976-983 (2014).</li></ol>

Il protocollo di labirinto RWT presentato qui segna con successo la distinzione tra i topi TBI indotti da CCI e i controlli di sham e rappresenta un&#39;alternativa alternativa possibile al mouse al MWM e al labirinto circolare di Barnes. Mentre i risultati riportati qui parlano solo dell&#39;uso del labirinto RWT in un modello di topi TBI, questo apparecchio è stato utilizzato con successo nei modelli invecchiati e transgenici in cui la non conformità causata da stress derivante da prove basate sul nuoto effettuate u...

Le alterazioni della memoria sono tra i sintomi più comuni riportati dai pazienti in seguito alla lesione traumatica del cervello (TBI) 1 , 2 . L&#39;identificazione e la valutazione accurata di analoghi deficit di memoria nei modelli animali di TBI sono quindi essenziali per la nostra comprensione di questa condizione e la sua gestione. Qui presentiamo un protocollo per testare la memoria spaziale in un modello di mouse di TBI usando un labirinto Radial Water Tread (RWT). Questo apparato è stato precedentemente mostrato per valutare i deficit cognitivi nei modelli di topo di TBI 3 indotti da impatto corticale controllato (CCI) e rappresenta un&#39;alternativa potenziale a prove sperimentali di cognizione convalidate dal ratto. La crescente diversità e disponibilità di modelli di topi transgenici ha portato ad un recente incremento dell&#39;uso di topi nei ratti nella ricerca scientifica 4 . Nonostante questo turno, i ricercatori continuano a contare su un comportamento aI compiti cognitivi originariamente progettati e convalidati per l&#39;uso del ratto. I test più comuni attualmente utilizzati per valutare la conoscenza nei topi, il labirinto acquatico di Morris (MWM) e il labirinto circolare di Barnes, sono stati appositamente progettati per capitalizzare i comportamenti istintuali trovati nei ratti 5 , 6 . Considerando le differenze genetiche, neuroetologiche e cognitive che esistono tra queste due specie 4 , non è sorprendente che i topi siano costantemente sottoperformati a questi compiti 7 , 8 . Le differenze dipendenti dalle specie nell&#39;abilità di test sono particolarmente interessanti nei test cognitivi basati sul nuoto, come il MWM. Mentre entrambi i ratti e i topi sono nuotatori esperti, i ricercatori hanno identificato diversi ceppi di topi che eseguono notevolmente male i compiti cognitivi basati sul nuoto 9 , 10 , </Sup&gt; 11 , 12 , 13 . Anche in animali selvatici, i ratti generalmente superano i topi 7 , 8 . Mentre questo potrebbe essere interpretato come una differenza specifica della specie nella memoria spaziale, analisi di follow-up utilizzando un labirinto a terra secca non hanno rilevato differenze dipendenti dalla specie nelle prestazioni cognitive 8 . Un certo numero di fattori non correlati alla cognizione potrebbero rappresentare questa constatazione, comprese le differenze dipendenti dalla specie sia nella capacità di nuoto che nella strategia di ricerca. Infatti, l&#39;analisi fattoriale delle strategie di ricerca specifiche del mouse nel MWM mostra che i fattori non-conoscitivi (in particolare, la thigomotaxis e la passività [ cioè , galleggianti]) possono svolgere un ruolo più significativo nelle prestazioni MWM rispetto all&#39;apprendimento spaziale 14 . Qui dimostriamo l&#39;uso di una prova cognitiva progettata per capitalizzare l&#39;inComportamento conciso di topi e che non necessita di nuoto, per misurare la disfunzione di memoria spaziale in un modello di topi del CCI indotto da TBI. Mentre il labirinto RWT ( Figura 1 A-B ) è stato concepito come un nuovo ibrido del labirinto circolare MWM e Barnes, è stato specificamente progettato per sfruttare il comportamento thigmotactic istintivo ai topi 15 , 16 . L&#39;apparecchio è costituito da una vasca d&#39;acciaio zincata da 32 pollici in cui sono stati forati nove fori di uscita uniformemente distanziati. I fori sono centrati di 2-1 / 4 pollici al di sopra del pavimento della vasca e sono dimensionati per adattarsi ad adattatori trapani ABS DWV SPG x SJ da 1-1 / 2 pollici. Otto delle uscite sono coperte dall&#39;esterno e cieco ad una profondità di 1 pollice con gli arresti di gomma. Il nono è collegato da un gomito a 90 gradi acrilonitrile butadiene stirene (ABS) ad una scatola di plastica opaca da cui il mouse può essere facilmente rimosso dopo la prova. Nel corso di unBreve periodo di acquisizione, il mouse è addestrato per utilizzare le indicazioni visive uniche che fiancheggiano il labirinto per individuare questa scatola di fuga. Durante i test, il labirinto è riempito con un pollice di acqua fredda (12-14 ° C), abbastanza avversivo da promuovere la fuga, ma non abbastanza profondo che il mouse è necessario per nuotare. Il labirinto di RWT rappresenta un&#39;alternativa a basso costo e basso mantenimento del MWM ed è stato utilizzato con successo nei modelli di topi invecchiati e transgenici dei modelli 15 , 17 , 18 , 19 e CCI indotti da TBI 3 . Il protocollo qui descritto rappresenta un metodo semplice ed efficace per misurare la compromissione della memoria spaziale che non richiede alcuna formazione pre-lesioni e potrebbe essere facilmente modificata in base alle particolari esigenze di un laboratorio di ricerca.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="937">
	<tbody>
		<tr height="40">
			<td height="40" style="height:40px;width:304px;">35 Gal. Hot Dipped Steel Round Tub</td>
			<td style="width:123px;">Home Depot</td>
			<td style="width:344px;">&#160;Internet #206638142</td>
			<td style="width:167px;">Needed: 1</td>
		</tr>
		<tr height="40">
			<td height="40" style="height:40px;">1-1/2 in. ABS DWV SPG x SJ Trap Adapter</td>
			<td>Home Depot</td>
			<td>Internet #100344703, Store SKU #188956</td>
			<td>Needed: 9</td>
		</tr>
		<tr height="40">
			<td height="40" style="height:40px;">1-3/4 in. x 1-7/16 in. Black Rubber Stopper</td>
			<td>Home Depot</td>
			<td>Internet #100114974 Store SKU #755844</td>
			<td>Needed: 8</td>
		</tr>
		<tr height="40">
			<td height="40" style="height:40px;">1-1/2 in. ABS DWV 90 Degree Hub x Hub Elbow</td>
			<td>Home Depot</td>
			<td>Internet #100346663 Store SKU #188603</td>
			<td>Needed: 1</td>
		</tr>
		<tr height="40">
			<td height="40" style="height:40px;width:304px;">HDX 
			10 Gal. Storage Tote</td>
			<td>Home Depot</td>
			<td>Internet #202523587 Store SKU #258804 Store SO SKU #258804</td>
			<td>Needed: 1</td>
		</tr>
		<tr height="40">
			<td height="40" style="height:40px;">Impact One Stereotaxic Impactor for CCI</td>
			<td>Leica Biosystems&#160;</td>
			<td>39463920</td>
			<td>Needed: 1</td>
		</tr>
		<tr height="40">
			<td height="40" style="height:40px;">Vernier Stereotaxic w/ Manual Fine Drive Stereotaxic Instrument for Small Animals</td>
			<td>Leica Biosystems&#160;</td>
			<td>39463001</td>
			<td>Needed: 1</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

assessing spatial memory impairment in a mouse model of traumatic brain injury using a radial water tread maze

Nonostante il recente aumento dell&#39;uso dei modelli di topi nella ricerca scientifica, i ricercatori continuano ad utilizzare compiti cognitivi originariamente progettati e convalidati per l&#39;uso del ratto. Il test di labirinto Radial Water Tread (RWT) della memoria spaziale (progettato appositamente per i topi e che non richiede nuoto) è stato dimostrato in precedenza per distinguere con successo tra i topi TBI controllati dall&#39;impatto corticale e i controlli di sangue. Qui viene presentato un protocollo dettagliato per questa attività. Il labirinto RWT capitalizza sulla tendenza naturale dei topi per evitare aree aperte a favore di abbracciare i lati di un apparato (thigmotaxis). Le pareti del labirinto sono fiancheggiate da nove fori di fuga posizionati al di sopra del pavimento dell&#39;apparecchio, e i topi sono addestrati per usare le indicazioni visive per individuare il foro di fuga che porta dal labirinto. Il labirinto è pieno di un centimetro di acqua fredda, sufficiente a motivare la fuga, ma non abbastanza profonda per richiedere che il nuoto del nuoto. Il periodo di acquisizione richiede solo quattro addestramentiGiorni con un test di ritenzione della memoria nel giorno 5 e un test di memoria a lungo termine il giorno 12. I risultati qui riportati suggeriscono che il labirinto RWT è un&#39;alternativa fattibile ai test cognitivi basati sul nuoto convalidati da ratto nella valutazione dello spazio Deficit di memoria nei modelli del mouse di TBI.

Il labirinto RWT ( Figura 1 ) è stato utilizzato per indagare i deficit di memoria spaziale dipendenti da lesioni nei topi assegnati in modo casuale per ricevere o controlli controllati a effetto corticale TBI o sham. La lesione è stata generata utilizzando un impatto corticale guidato da solenoide con una punta convessa da 3 mm ei seguenti parametri di lesione: velocità di attacco 6 m / s, profondità di penetrazione di 1 mm e tempo di contatto di 200 ms...

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

Qui presentiamo un protocollo per una prova specifica del topo di cognizione che non richiede nuoto. Questo test può essere utilizzato per distinguere con successo i topi traumatici e lesioni cerebrali indotte da impatto corticale controllato dai controlli di sangue.

Valutare l&#39;alterazione della memoria spaziale in un modello di topi di lesioni traumatiche del cervello usando un labirinto radiale

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

The overall goal of this Radial Water Tread Maze protocol is to test spatial memory in a mouse model of traumatic brain injury using a mouse centric cognitive task that does not require swimming. This method can be especially useful for testing cognition in mouse models, where motor deficits and or a lack of motivation makes swimming based cognitive testing protocols such as the Morris Water Maze impractical. Though this method could provide insight into group differences and cognition in a controlled cortical impact model of traumatic brain injury in mice, it can also be useful for measuring cognition in aged, and transgenic mouse models that are known to perform poorly in swimming based tests.On all testing days, perform the following preparatory steps. First, allow the mice to acclimate to the test room, while in their home cages for at least 30 minutes. The round maze features visual cues along the inner walls.The movable escape box positioned at one of nine different exit holes. While the mice acclimate, sanitize the exits and the box using a 70%ethanol spray. Next, fill the maze with roughly one inch of cold water.Keeping the water temperature consistent between trials is very important. So measure accurately, and adjust as needed. Now, position the escape box at one of the nine exit holes.Using a heating source to keep the box warm, ideally using a heating pad. Also, seal the box from light. The escape box should always be dark, warm and relatively odorless.The light source is also likely to be a cue so do not change its position between trials. Remove the test mouse from its cage gently by the tail, and place it in the center of the apparatus. Then immediately start timing how long it takes for the mouse to find the exit.If a mouse climbs into a terminating hole, and does not spontaneously reenter the maze after 20 seconds, do not stop the trial. Instead, guide the mouse back into the center of the maze by hand, and let the mouse complete the trial. If after three minutes, the mouse hasn't exited the maze, score the trial as a failure, and record the time as three minutes.Then by hand, carefully guide the animal along the straightest path to the exit. Once in the escape box, allow the mouse to remain there for one minute. Then transfer it back to its home cage while the maze gets reset.Between trials, thoroughly sanitize the escape box and exits with a 70%ethanol spray to prevent the mouse from using old factory cues to locate the correct escape route. This can be done pretty quickly. Now, repeat the trial on the same mouse twice more for a total of three consecutive trials.Every testing day consists of three trials per mouse. No more, and no less. In addition to sanitizing, drain the maze and refresh the water between testing different mice.Be sure to keep the water temperature between 12 and 14 degrees Celsius. Use containers of ice or colder hot water to adjust the tap water temperature into this range. Between testing days, it is important to make certain that the visual cues in the maze, and in the space surrounding the maze remain consistent.A complete testing regime includes five consecutive testing days all run in the same manner. The fifth day is considered the measure for memory retention. Provided no tests are performed between day six and 11, a test on day 12 can be used to measure long term memory.The radial water maze was used to investigate injury dependence spatial memory deficits in mice receiving either controlled cortical impact induced traumatic brain injury or a sham injury. The TBI surgery is described in detail in the text protocol and in a JoVE article by Romin, Gao and Chen from 2014. Briefly put, the injury was generated using a solenoid driven cortical impact with a three millimeter convex tip.The shams were operated on but impacted by the device. 35 days post surgery, the described testing regime was performed. All the mice passed the criteria test for a desire to escape the maze.So all were included in the analysis. The results show a clear difference between the TBI mice and sham controls. Escape latency was significantly longer for injured mice on the first day of training, and on both of the two memory test days.Thus, the described TBI affected the animal's capacity to learn. After watching this video, you should have a good understanding of how to properly perform cognition testing using a mouse specific test of spatial cognition. Once mastered, this technique can be done in less than 15 minutes per animal if it is performed properly.While attempting this procedure, it is important to remember that the positioning of visual cues and the water temperature must remain consistent across all trials.

Research

JoVE Journal

Behavior

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Ricerca

Comportamento

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Detecting Behavioral Deficits in Rats After Traumatic Brain Injury

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Analysis of Learning and Memory Ability in an Alzheimer's Disease Mouse Model using the Morris Water Maze

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