Name: shuttle box assay as an associative learning tool for cognitive assessment in learning and memory studies using adult zebrafish
Uploaded: 2021-07-12T13:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Shuttle Box Assay as an Associative Learning Tool for Cognitive Assessment in Learning and Memory Studies using Adult Zebrafish at JoVE.com

Forfatterne vil gerne takke Hyde lab medlemmer for deres tankevækkende diskussioner og Freimann Life Sciences Center teknikere til zebrafisk pleje og opdræt. Dette arbejde blev støttet af Center for Zebrafish Research ved University of Notre Dame, Center for Stamceller og Regenerativ Medicin ved University of Notre Dame, og tilskud fra National Eye Institute of NIH R01-EY018417 (DRH), National Science Foundation Graduate Research Fellowship Program (JTH), LTC Neil Hyland Fellowship of Notre Dame (JTH), Sentinels of Freedom Fellowship (JTH), og Pat Tillman Scholarship (JTH). Figur 1 lavet med BioRender.com.

Zebrafisk blev opdrættet og vedligeholdt i Notre Dame Zebrafish facilitet i Freimann Life Sciences Center. De metoder, der er beskrevet i dette manuskript blev godkendt af University of Notre Dame Animal Care and Use Committee (Animal Welfare Assurance Number A3093-01).
1. Shuttle box learning paradigme (Figur 1A)
BEMÆRK: Læringsparadigmet giver en hurtig vurdering af kognition med hensyn til associativ læring.
<ol><li>Forbered ru...

<ol>
	<li>Deutsch, M., Mendez, M., Teng, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Interactions+between+traumatic+brain+injury+and+frontotemporal+degeneration.">Interactions between traumatic brain injury and frontotemporal degeneration.</a> Dementia and Geriatric Cognitive Disorders. 39, 143-153 (2015).</li><li>Gardner, 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=Traumatic+brain+injury+in+later+life+increases+risk+for+Parkinson+disease.">Traumatic brain injury in later life increases risk for Parkinson disease.</a> Annals in Neurology. 77, 987 (2015).</li><li>Fleminger, S., Oliver, D., Lovestone, S., Rabe-Hesketh, S., Giora, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Head+injury+as+a+risk+factor+for+Alzheimer's+disease:+the+evidence+10+years+on;+a+partial+replication.">Head injury as a risk factor for Alzheimer's disease: the evidence 10 years on; a partial replication.</a> Journal of Neurology, Neurosurgery and Psychiatry. 74, 857-886 (2003).</li><li>Johnson, V., Stewart, W., Smith, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Traumatic+brain+injury+and+amyloid-&#946;+pathology:+a+link+to+Alzheimer's+disease.">Traumatic brain injury and amyloid-&#946; pathology: a link to Alzheimer's disease.</a> Nature Reviews Neurosciences. 11, 361-370 (2010).</li><li>Korley, F. K., Kelen, G. D., Jones, C. M., Diaz-Arrastia, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Emergency+department+evaluation+of+traumatic+brain+injury+in+the+United+States,+2009-2010.">Emergency department evaluation of traumatic brain injury in the United States, 2009-2010.</a> The Journal of Head Trauma Rehabilitation. 31, 379-387 (2016).</li><li>Corrigan, J. D., Selassie, A. W., Orman, J. A. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+epidemiology+of+traumatic+brain+injury.">The epidemiology of traumatic brain injury.</a> The Journal of Head Trauma Rehabilitation. 25, 72-80 (2010).</li><li>Levin, H., Arrastia, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Diagnosis,+prognosis,+and+clinical+management+of+mild+traumatic+brain+injury.">Diagnosis, prognosis, and clinical management of mild traumatic brain injury.</a> The Lancet Neurology. 14, 506-517 (2015).</li><li>GBD 2016 Traumatic Brain Injury and Spinal Cord Injury Collaborators. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Global,+regional,+and+national+burden+of+traumatic+brain+injury+and+spinal+cord+injury,+1990-2016:+A+systematic+analysis+for+the+Global+Burden+of+Disease+Study+2016.">Global, regional, and national burden of traumatic brain injury and spinal cord injury, 1990-2016: A systematic analysis for the Global Burden of Disease Study 2016.</a> The Lancet, Neurology. 18 (1), 56-87 (2019).</li><li>Campbell, L. J., 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=Notch3+and+DeltaB+maintain+M&#252;ller+glia+quiescence+and+act+as+negative+regulators+of+regeneration+in+the+light-damaged+zebrafish+retina.">Notch3 and DeltaB maintain M&#252;ller glia quiescence and act as negative regulators of regeneration in the light-damaged zebrafish retina.</a> Glia. 69 (3), 546-566 (2021).</li><li>Green, L. A., Nebiolo, J. C., Smith, C. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Microglia+exit+the+CNS+in+spinal+root+avulsion.">Microglia exit the CNS in spinal root avulsion.</a> PLoS Biology. 17 (2), 3000159 (2019).</li><li>Hentig, J., Byrd-Jacobs, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Exposure+to+zinc+sulfate+results+in+differential+effects+on+olfactory+sensory+neuron+subtypes+in+the+adult+zebrafish.">Exposure to zinc sulfate results in differential effects on olfactory sensory neuron subtypes in the adult zebrafish.</a> International Journal of Molecular Sciences. 17 (9), 1445 (2016).</li><li>Ito, Y., Tanaka, H., Okamoto, H., Oshima, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Characterization+of+neural+stem+cells+and+their+progeny+in+the+adult+zebrafish+optic+tectum.">Characterization of neural stem cells and their progeny in the adult zebrafish optic tectum.</a> Developmental Biology. 342, 26-38 (2010).</li><li>Lahne, M., Nagashima, M., Hyde, D. R., Hitchcock, P. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Reprogramming+Muller+glia+to+regenerate+retinal+neurons.">Reprogramming Muller glia to regenerate retinal neurons.</a> Annual Reviews of Vision Sciences. 6, 171-193 (2020).</li><li>Kroehne, V., Freudenreich, D., Hans, S., Kaslin, J., Brand, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Regeneration+of+the+adult+zebrafish+brain+from+neurogenic+radial+glia-type+progenitors.">Regeneration of the adult zebrafish brain from neurogenic radial glia-type progenitors.</a> Development. 138 (22), 4831-4841 (2011).</li><li>Kishimoto, N., Shimizu, K., Sawamoto, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Neuronal+regeneration+in+a+zebrafish+model+of+adult+brain+injury.">Neuronal regeneration in a zebrafish model of adult brain injury.</a> Disease Models &amp; Mechanisms. 5 (2), 200-209 (2012).</li><li>Bhattarai, P., 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=Neuron-glia+interaction+through+Serotonin-BDNF-NGFR+axis+enables+regenerative+neurogenesis+in+Alzheimer's+model+of+adult+zebrafish+brain.">Neuron-glia interaction through Serotonin-BDNF-NGFR axis enables regenerative neurogenesis in Alzheimer's model of adult zebrafish brain.</a> PLoS Biology. 18 (1), 3000585 (2020).</li><li>Kalueff, A., 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=Towards+a+comprehensive+catalog+of+zebrafish+behavior+1.0+and+beyond.">Towards a comprehensive catalog of zebrafish behavior 1.0 and beyond.</a> Zebrafish. 10 (1), 70-86 (2013).</li><li>Chanin, S., 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=Assessing+startle+responses+and+their+habituation+in+adult+zebrafish.">Assessing startle responses and their habituation in adult zebrafish.</a> Zebrafish Protocols for Neurobehavioral Research. 66, (2012).</li><li>L&#243;pez-Schier, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Neuroplasticity+in+the+acoustic+startle+reflex+in+larval+zebrafish.">Neuroplasticity in the acoustic startle reflex in larval zebrafish.</a> Current Opinion in Neurobiology. 54, 134-139 (2019).</li><li>Maheras, A. 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=Genetic+pathways+of+neuroregeneration+in+a+novel+mild+traumatic+brain+injury+model+in+adult+zebrafish.">Genetic pathways of neuroregeneration in a novel mild traumatic brain injury model in adult zebrafish.</a> eNeuro. 5 (1), (2018).</li><li>Gaspary, K. V., Reolon, G. K., Gusso, D., Bonan, C. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Novel+object+recognition+and+object+location+tasks+in+zebrafish:+Influence+of+habituation+and+NMDA+receptor+antagonism.">Novel object recognition and object location tasks in zebrafish: Influence of habituation and NMDA receptor antagonism.</a> Neurobiology of Learning and Memory. 155, 249-260 (2018).</li><li>Hentig, J., Cloghessy, K., Dunseath, C., Hyde, D. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+scalable+model+to+study+the+effects+of+blunt-force+injury+in+adult+zebrafish.">A scalable model to study the effects of blunt-force injury in adult zebrafish.</a> Journal of Visualized Experiments. , (2021).</li><li>Wu, Y. J., 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=Fragile+X+mental+retardation-1+knockout+zebrafish+shows+precocious+development+in+social+behavior.">Fragile X mental retardation-1 knockout zebrafish shows precocious development in social behavior.</a> Zebrafish. 14 (5), 438-443 (2017).</li><li>Rea, V., Van Raay, T. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Using+zebrafish+to+model+autism+spectrum+disorder:+A+Comparison+of+ASD+risk+genes+between+zebrafish+and+their+mammalian+counterparts.">Using zebrafish to model autism spectrum disorder: A Comparison of ASD risk genes between zebrafish and their mammalian counterparts.</a> Frontiers in Molecular Neuroscience. 13, 575575 (2020).</li><li>Zhdanova, I. V., 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=Aging+of+the+circadian+system+in+zebrafish+and+the+effects+of+melatonin+on+sleep+and+cognitive+performance.">Aging of the circadian system in zebrafish and the effects of melatonin on sleep and cognitive performance.</a> Brain Research Bulletin. 75 (2-4), 433-441 (2008).</li><li>Yu, L., Tucci, V., Kishi, S., Zhdanova, I. V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Cognitive+aging+in+zebrafish.">Cognitive aging in zebrafish.</a> PloS One. 1 (1), 14 (2006).</li><li>Bahl, A., Engert, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Neural+circuits+for+evidence+accumulation+and+decision+making+in+larval+zebrafish.">Neural circuits for evidence accumulation and decision making in larval zebrafish.</a> Nature Neuroscience. 23 (1), 94-102 (2020).</li><li>Ngoc Hieu, B. T., 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=Development+of+a+modified+three-day+t-maze+protocol+for+evaluating+learning+and+memory+capacity+of+adult+zebrafish.">Development of a modified three-day t-maze protocol for evaluating learning and memory capacity of adult zebrafish.</a> International Journal of Molecular Sciences. 21 (4), 1464 (2020).</li><li>Williams, F. E., White, D., Messer, W. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+simple+spatial+alternation+task+for+assessing+memory+function+in+zebrafish.">A simple spatial alternation task for assessing memory function in zebrafish.</a> Behavioural Processes. 58 (3), 125-132 (2002).</li><li>Zohar, O., 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=Closed-head+minimal+traumatic+brain+injury+produces+long-term+cognitive+deficits+in+mice.">Closed-head minimal traumatic brain injury produces long-term cognitive deficits in mice.</a> Neuroscience. 118 (4), 949-955 (2003).</li><li>Becker, C., Becker, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Adult+zebrafish+as+a+model+for+successful+central+nervous+system+regeneration.">Adult zebrafish as a model for successful central nervous system regeneration.</a> Restorative Neurology and Neuroscience. 26 (2-3), 71-80 (2008).</li><li>Grandel, H., Kaslin, J., Ganz, J., Wenzel, I., Brand, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Neural+stem+cells+and+neurogenesis+in+the+adult+zebrafish+brain:+origin,+proliferation+dynamics,+migration,+and+cell+fate.">Neural stem cells and neurogenesis in the adult zebrafish brain: origin, proliferation dynamics, migration, and cell fate.</a> Developmental Biology. 295 (1), 263-277 (2006).</li></ol>

Kognitiv svækkelse kan have en betydelig og negativ indvirkning på livskvaliteten. På grund af den øgede synlighed og forekomst af hjernerystelser og traumatiske hjerneskader i hele befolkningen, er det vigtigt at forstå, hvordan de forårsager kognitiv svækkelse, og hvordan skaden kan minimeres eller vendes. Af disse grunde spiller modelorganismer, der kan testes for kognitiv tilbagegang, en afgørende rolle i disse undersøgelser. Gnavere har længe været den primære model til at undersøge neurobehavior og kog...

Læring og hukommelse bruges rutinemæssigt som målinger af kognitiv svækkelse, hvilket sker på grund af aldring, neurodegenerativ sygdom eller skade. Traumatiske hjerneskader (TBIs) er den mest almindelige skade, der resulterer i kognitive underskud. TBIs er af stigende bekymring på grund af deres tilknytning til flere neurodegenerative lidelser, såsom frontotemporal demens og Parkinsons sygdom1,2. Derudover tyder de øgede beta-amyloidaggregationer observeret hos nogle TBI-patienter på, at det også kan være forbundet med udviklingen af Alzheimers sygdom3,4. TBIs er ofte resultatet af stump-force traumer og spænder over en række sværhedsgrader5, med milde hjerneskader (miTBI) er den mest almindelige. MiTBIs er dog ofte urapporterede og fejldiagnosticeret, fordi de resulterer i mindre kognitive svækkelser i kun en kort periode, og de sårede personer kommer sig normalt fuldt6. I modsætning hertil har gentagne miTBI-hændelser været en voksende bekymring, fordi det er meget udbredt hos unge og midaldrende voksne, kan akkumuleres over tid7, kan forringe kognitiv udvikling og forværre neurodegenerative sygdomme1,2,3,4,5 ,svarendetil personer, der oplever enten en moderat eller alvorlig TBI8.
Zebrafisk (Danio rerio) er en nyttig model til at udforske en række emner inden for neurovidenskab, herunder evnen til at regenerere tabte eller beskadigede neuroner i hele centralnervesystemet9,10,11,12,13. Neural regenerering blev også demonstreret i telencephalon, som indeholder archipallium i den dorsale-indre region. Denne neuroanatomiske region svarer til hippocampus og er sandsynligvis nødvendig for kognition i fisk og for den korte tid hukommelse hos mennesker14,15,16. Desuden har zebrafisk adfærd været omfattende karakteriseret og katalogiseret17. Læring er blevet undersøgt gennem forskellige teknikker, herunder habituation til forskrækkelse svar18, som kan repræsentere en hurtig form for ikke-associativ læring, når de udføres i korte blokke og med opmærksomhed på den hurtige henfaldstid19. Mere komplekse test af associativ læring, såsom T-bokse, plus-labyrinter og visuel diskrimination20,21 bruges, men ofte er tidskrævende, kræver dage eller ugers forberedelse og er afhængige af stime eller positiv forstærkning. Her beskriver vi et hurtigt paradigme for at vurdere både associativ læring og enten øjeblikkelig eller forsinket hukommelse. Denne shuttle box assay bruger en aversiv stimulus og negativ forstærkning konditionering til at vurdere kognitive underskud og nyttiggørelse efter stump kraft TBI. Vi viser, at ubeskadiget kontrol voksen zebrafisk (8-24 måneder) reproducere lære at undgå rødt lys inden for 20 forsøg (<20 minutters vurdering) i shuttle box, med en høj grad af konsistens på tværs af observatører. Derudover, ved hjælp af shuttle boks vi viser, at læring og hukommelse evner på tværs af voksne (8-24 måneder gamle) er konsekvente og er nyttige til assaying kognition med betydelige funktionsnedsættelser mellem enten forskellige TBI sværhedsgrader eller gentagne TBI. Desuden kan denne metode hurtigt anvendes som en metrik til at spore en bred vifte af sygdomsprogressioner eller effekten af lægemiddelinterventioner, der påvirker vedligeholdelse eller genopretning af kognition hos voksne zebrafisk.
Her giver vi et instruktionsoverblik over en hurtig kognitiv vurdering, der kan undersøge både kompleks associativ læring (afsnit 1) og hukommelse i form af både øjeblikkelig og forsinket hukommelse. Dette paradigme giver en vurdering af den korte og langsigtede hukommelse af en lært associativ kognitiv opgave (afsnit 2).

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>Flashlight</td>
			<td>Ultrafire</td>
			<td>9145</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Instant Ocean</td>
			<td>Instant Ocean</td>
			<td>SS15-10</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Large DNA Gel Box</td>
			<td>Fisher Scientific</td>
			<td>FB-SB-1316</td>
			<td>Shuttle Box</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Power Supply</td>
			<td>Fisher Scientific</td>
			<td>FB-105</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

shuttle box assay as an associative learning tool for cognitive assessment in learning and memory studies using adult zebrafish

Kognitive underskud, herunder nedsat læring og hukommelse, er et primært symptom på forskellige udviklings- og aldersrelaterede neurodegenerative sygdomme og traumatisk hjerneskade (TBI). Zebrafisk er en vigtig neurovidenskabsmodel på grund af deres gennemsigtighed under udvikling og robuste regenerative evner efter neurotrauma. Mens forskellige kognitive tests findes i zebrafisk, de fleste af de kognitive vurderinger, der er hurtige undersøge ikke-associativ læring. På samme tid, associative-learning assays ofte kræver flere dage eller uger. Her beskriver vi en hurtig associativ læringstest, der udnytter en negativ stimulus (elektrisk stød) og kræver minimal forberedelsestid. Shuttle box assay, præsenteret her, er enkel, ideel til nybegyndere efterforskere, og kræver minimalt udstyr. Vi viser, at denne shuttle box test efter TBI reroducibly vurderer kognitive underskud og genopretning fra unge til gamle zebrafisk. Derudover er analysen kan tilpasses til at undersøge enten øjeblikkelig eller forsinket hukommelse. Vi viser, at både en enkelt TBI og gentagne TBI-hændelser påvirker læring og øjeblikkelig hukommelse negativt, men ikke forsinket hukommelse. Vi konkluderer derfor, at shuttle box assay reproducerer progression og genopretning af kognitiv svækkelse.

Læringsparadigmet, der er skitseret i protokollen og skematisk (figur 1), giver en hurtig vurdering af kognition med hensyn til associativ læring. Derudover har dette paradigme et højt niveau af stringens ved at definere læring som en gentagen og konsekvent visning af 5 på hinanden følgende positive forsøg. Dette paradigme gælder også for en række aldre og skader. Ubeskadigede fisk efter 8 måneder (ung voksen), 18 måneder (midaldrende voksen) og 24 måneder (ældre voksne) kræve...

Watch this Scientific Journal Video about Shuttle Box Assay as an Associative Learning Tool for Cognitive Assessment in Learning and Memory Studies using Adult Zebrafish at JoVE.com

Shuttle Box Assay as an Associative Learning Tool for Cognitive Assessment in Learning and Memory Studies using Adult Zebrafish

Læring og hukommelse er potente målinger i at studere enten udviklings-, sygdomsafhængige, eller miljømæssigt inducerede kognitive funktionsnedsættelser. De fleste kognitive vurderinger kræver specialiseret udstyr og omfattende tidsforpligtelser. Men shuttle box assay er en associativ læring værktøj, der udnytter en konventionel gel boks for hurtig og pålidelig vurdering af voksne zebrafisk kognition.

Shuttle Box Assay som et associativt læringsværktøj til kognitiv vurdering i lærings- og hukommelsesstudier ved hjælp af voksne zebrafisk

Cognitive deficits, including impaired learning and memory, are a primary symptom of various developmental and age-related neurodegenerative diseases and ...

Shuttle Box Assay sporer reproducibly progression og genopretning af kognitiv svækkelse efter en stump kraft traumer eller enhver anden form for hjerneskade i zebrafisk. Shuttle Box Assay giver mulighed for relativt enkel, hurtig og robust måling af associativ læring i både kort og langsigtet hukommelse i zebrafisk. Til at begynde med forberede Shuttle Box ved at ændre en 30,5 af 19 af 7,5 centimeter gel boks med en 5 af 19 centimeter stykke akvarium-grade plexiglas tilføjet til hver side i en 45 graders vinkel.Lav derefter en linje, der markerer tankens halvvejspunkt for at vurdere, hvornår fisk har krydset midten af tanken. Efter at have tilsat 800 milliliter systemvand til Shuttle Box, placere to til tre fisk i en bedrift tank indeholdende system vand. Lad tanken stå i det mørke rum, hvor shuttle box assay vil blive udført.Dernæst i det mørke rum, placere en fisk i midten af Shuttle Box. Fastgør låget og fastgør elektroderne til en strømforsyning. Fisken skal akklimatiseret i mørket.Sluk for alle lys og akklimatificer fisken til shuttleboksen i 15 minutter. Vellykket akklimatering kan overvejes, når fisken frit udforsker tanken. Efter vellykket akklimatering af fisken, manuelt skinne en 800 lumen rød linse lommelygte cirka to centimeter fra gel box væggen på den side besat af fisken.Start ikke et forsøg, hvis fisken hviler ved siden af platintråden. Shine lyset stimulus direkte på fisken og manuelt følge enhver lateral bevægelse af fisken med lyset for at sikre løbende visualisering af stimulus. Fortsæt med at give lys stimulus indtil en af følgende betingelser for en vellykket eller mislykket forsøg er opfyldt.Overvej forsøget vellykket, hvis fisken krydser over halvvejs punkt af tanken inden for 15 sekunder efter lys eksponering. Når fisken krydser halvvejspunktet, skal du straks stoppe lysstimulansen. Hvis forsøget mislykkedes, skal du bruge en elektroforese strømforsyning til at anvende en negativ stød stimulus på 20 millivolt til en ampere, skiftevis to sekunder på, to sekunder ud i 15 sekunder med højst fire stød eller indtil fisken passerer halvvejs punkt af kassen.Afslut derefter både lys og negativ stimulus. Før træningsperioden skal du sikre en vellykket akklimatering til shuttleboksen ved at lade fisken være under mørke forhold i 15 minutter. Derefter manuelt skinne en 800 lumen rød linse lommelygte cirka to centimeter fra gel box væggen på den side besat af fisken.Skinne lyset stimulus direkte på fisken og følg enhver lateral bevægelse af fisken med lyset for at sikre løbende visualisering af stimulus. Mens lyset skinner på fisken, samtidig anvende den negative chok stimulus af 20 millivolt til en ampere, skiftevis to sekunder på, to sekunder ud i 15 sekunder med højst fire stød eller indtil fisken passerer halvvejs punkt af kassen. Når dette er opnået, afslutte lyset og negativ stimulus.Gentag for 25 gentagelser. Efter afslutningen skal fisken tillade en anden akklimateringsperiode på 15 minutter under mørke forhold. I løbet af den indledende testperiode skal du udføre en vellykket akklimatisering i shuttleboksen i 15 minutter, derefter kun anvende lys stimulus i op til 15 sekunder og registrere svarene.Overvej forsøget vellykket, hvis fisken krydser over halvvejs punkt shuttle box inden for 15 sekunder efter start lyset stimulus og stoppe lyset stimulus straks, når fisken krydser halvvejs punkt. Betragt forsøget som mislykket, hvis fisken ikke krydser over halvvejspunktet i Shuttle Box 15 sekunder efter start af lysstimulansen og stopper lysstimulansen efter 15 sekunder. Under den indledende test, ikke anvende en negativ stimulus efter et mislykket forsøg.Udfør korttidshukommelsestest umiddelbart efter den første testperiode. Fremkalde dramatisk hjerneskade og vente i en periode på fire timer før test. Derefter akklimatificer fisken i shuttleboksen i 15 minutter.Vurder korttidshukommelsen ved kun at anvende lysstimulansen i op til 15 sekunder, og registrer, om fisken krydser over kassens halvvejs, før lyset slukkes, betragtes som bestået forsøg, eller undlader at krydse halvvejspunktet inden for de 15 sekunder, der betragtes som mislykket forsøg. Gentag ovenstående trin 25 gange med en hvileperiode på 30 sekunder mellem hvert forsøg, og registrer antallet af vellykkede og mislykkede forsøg. Udfør langtidshukommelsestest fire dage efter den første test.Inducer traumatisk hjerneskade og vent i en periode på fire timer før test, og akklimatificer derefter fisken i Shuttle Box i 15 minutter. Vurder langtidshukommelsen ved kun at anvende lysstimulansen i op til 15 sekunder og registrere, om fisken krydser over halvvejspunktet af kassen, før lyset slukkes, betragtes som bestået forsøg eller undlader at krydse halvvejspunktet inden for de 15 sekunder, der betragtes som mislykket forsøg. Gentag ovenstående 25 gange med en hvileperiode på 30 sekunder mellem hvert forsøg, og registrer antallet af vellykkede og mislykkede forsøg.Instruktionsoversigten over lærings- og hukommelsesparadigmer for kognitiv vurdering vises her. Den ubeskadigede fisk på otte måneder, ung voksen, 18 måneder, midaldrende voksen og 24 måneder, ældre voksen, krævede et lignende antal forsøg for at lære adfærden for at undgå det røde lys. Efter at have udnyttet den alvorlige stumpe kraft traumatisk hjerneskade model, eller STBI, fisken i forskellige aldre krævede et lignende antal forsøg for at mestre analysen på tværs af en til fem dage efter skaden.På dag ét efter STBI krævede fisk i alle aldre et lignende antal forsøg for at lære adfærden, hvilket var betydeligt større end de ubeskadigede kontroller. Den ubeskadigede fisk hurtigt mestrer Shuttle Box, opnå fem på hinanden følgende positive forsøg i ca 17 forsøg, mens en dag efter en mild hjerneskade, eller en mild TBI, fisk viser en betydelig stigning i antallet af forsøg for at lære adfærd. Dette underskud steg efter to milde TBI og blev yderligere forhøjet efter tre milde TBI skader.Ubeskadigede fisk udviser en lille stigning i procents forskel af vellykkede forsøg i umiddelbar hukommelse og forsinket hukommelse i forhold til den oprindelige testperiode. Efter en enkelt mild TBI udviste fisk betydelige og umiddelbare hukommelsesunderskud sammenlignet med ubeskadigede fisk. Denne tendens fortsatte med gentagne skader med stigende underskud efter både to milde TBI og tre milde TBI.Timingen af anvendte negative stimuli er kritisk. Parring af de negative stimuli med lyset og deres samtidige fjernelse størkner deres forening og er afgørende for paradigmet. Analysen giver mulighed for hurtig vurdering eller komplekse associativ læring, der kan bruges til at undersøge udviklingsmæssige, aldrende, og miljømæssige konsekvenser på kognitiv svækkelse.

Research

JoVE Journal

Neuroscience

C. elegans Positive Butanone Learning, Short-term, and Long-term Associative Memory Assays

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 ...

Assaying Locomotor, Learning, and Memory Deficits in Drosophila Models of Neurodegeneration

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 ...

Optical Recording of Suprathreshold Neural Activity with Single-cell and Single-spike Resolution

Optisk registrering af suprathreshold neurale aktivitet med enkelt-celle-og single-spike opløsning

Signaling of information in the vertebrate central nervous system is often carried by populations of neurons rather than individual neurons. Also ...

Mapping Cortical Dynamics Using Simultaneous MEG/EEG and Anatomically-constrained Minimum-norm Estimates: an Auditory Attention Example

Kortlægning Corticale Dynamics Brug Samtidige MEG / EEG og Anatomisk-begrænset Minimum-norm skøn: en auditiv Attention Eksempel

Magneto- and electroencephalography (MEG/EEG) are neuroimaging techniques that provide a high temporal resolution particularly suitable to investigate the ...

Appetitive Associative Olfactory Learning in Drosophila Larvae

Appetitive Associative Olfactory Learning in Drosophila Larvae

Appetitive Associativ olfaktorisk læring i<em&gt; Drosophila</em&gt; Larver

In the following we describe the methodological  details of appetitive associative olfactory learning in Drosophila larvae. The setup, in combination with ...

Drosophila Adult Olfactory Shock Learning

Drosophila Adult Olfactory Shock Learning

Drosophila Voksen Olfactory Shock læring

Drosophila have been used in classical conditioning experiments for over 40 years, thus greatly facilitating our understanding of memory, including the ...

In vivo Optogenetic Stimulation of the Rodent Central Nervous System

In vivo Optogenetic Stimulation of the Rodent Central Nervous System

In vivo optogenetic Stimulering af Rodent centralnervesystemet

The ability to probe defined neural circuits in awake, freely-moving animals with cell-type specificity, spatial precision, and high temporal resolution ...

Electrophysiological Method for Recording Intracellular Voltage Responses of Drosophila Photoreceptors and Interneurons to Light Stimuli In Vivo

Electrophysiological Method for Recording Intracellular Voltage Responses of Drosophila Photoreceptors and Interneurons to Light Stimuli In Vivo

Elektrofysiologiske Metode til Recording Intracellulær Voltage Responses af<em&gt; Drosophila</em&gt; Fotoreceptorer og interneuroner til Light Stimuli<em&gt; In vivo</em

Voltage responses of insect photoreceptors and visual interneurons can be accurately recorded with conventional sharp microelectrodes. The method ...

Assessing Spatial Learning and Memory in Small Squamate Reptiles

Vurdering Rumlig læring og hukommelse i små Squamate Krybdyr

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

Drosophila Courtship Conditioning As a Measure of Learning and Memory

Drosophila Courtship Conditioning As a Measure of Learning and Memory

Drosophila Courtship Conditioning som et mål for læring og hukommelse

Many insights into the molecular mechanisms underlying learning and memory have been elucidated through the use of simple behavioral assays in model ...