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

המחברים רוצים להודות לחברי המעבדה של הייד על הדיונים המהורהרים שלהם ולטכנאי המרכז למדעי החיים של פריימן על טיפול וגידוד דגי זברה. עבודה זו נתמכה על ידי המרכז לחקר דגי זברה באוניברסיטת נוטרדאם, המרכז לתאי גזע ורפואה רגנרטיבית באוניברסיטת נוטרדאם, ומענקים ממכון העיניים הלאומי של NIH R01-EY018417 (DRH), תוכנית מלגת המחקר לתואר שני של הקרן הלאומית למדע (JTH), מלגת LTC ניל היילנד מנוטרדאם (JTH), זקיפים של מלגת חופש (JTH) ומלגת פט טילמן (JTH). איור 1 שנעשה עם BioRender.com.

דגי זברה גדלו והתוחזקו במתקן דגי הזברה של נוטרדאם במרכז פריימן למדעי החיים. השיטות המתוארות בכתב יד זה אושרו על ידי הוועדה לטיפול ושימוש בבעלי חיים באוניברסיטת נוטרדאם (מספר הבטחת רווחת בעלי חיים A3093-01).
1. פרדיגמת לימוד תיבת הסעות (איור 1A)
הערה: ?...

<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>

פגיעה קוגניטיבית יכולה להשפיע באופן משמעותי ושלילי על איכות החיים. בשל הנראות המוגברת וההתרחשות של זעזועי מוח ופגיעות מוחיות טראומטיות בכל האוכלוסייה, חשוב להבין כיצד הם גורמים לפגיעה קוגניטיבית וכיצד ניתן למזער או להפוך את הנזק. מסיבות אלה, מודל אורגניזמים שניתן לבדוק עבור ירידה קוגניט...

למידה וזיכרון משמשים באופן שגרתי כמדדים של פגיעה קוגניטיבית, אשר קורה עקב הזדקנות, מחלה ניווניות, או פציעה. פגיעות מוחיות טראומטיות (TBIs) הן הפציעה הנפוצה ביותר שגורמת לגירעונות קוגניטיביים. שחפים הם של דאגה גוברת בגלל הקשר שלהם עם כמה הפרעות ניווניות, כגון דמנציה פרונטוטמפוראלית ומחלת פרקינסון1,2. בנוסף, צבירה מוגברת בטא עמילואיד שנצפו בחלק מחולי TBI מציע כי זה עשוי להיות קשור גם להתפתחות של מחלתאלצהיימר 3,4. שחפים הם לעתים קרובות תוצאה של טראומה קהה כוח משתרעים על פני מגוון של חומרות5, עם פגיעות מוח קלות (miTBI) להיות הנפוץ ביותר. עם זאת, miTBIs לעתים קרובות לא מדווחים ואובחנו לא נכון כי הם גורמים ליקויים קוגניטיביים קלים לתקופה קצרה בלבד, ואת הפצועים בדרך כלל להתאושש באופן מלא6. לעומת זאת, אירועי miTBI חוזרים ונשנים היו דאגה גוברת מכיוון שהיא נפוצה מאוד אצל מבוגרים צעירים ובינוניים, יכולה להצטבר לאורך זמן7, יכול לפגוע בהתפתחות הקוגניטיבית, ולהחמיר מחלות ניווניות1,2,3,4,5, בדומה לאנשים שחווים TBI8בינוני או חמור .
דג זברה(דניו rerio) הוא מודל שימושי לחקר מגוון נושאים במדעי המוח, כולל היכולת לחדש נוירונים אבודים או פגומים ברחבי מערכת העצבים המרכזית9,10,11,12,13. התחדשות עצבית הודגמה גם בטלנספלון, המכיל את הארכיפלג באזור הפנימי-עורי. אזור נוירואנטומי זה מקביל להיפוקמפוס וסביר להניח שהוא נדרש לקוגניציה בדגים ולזיכרון בזמן קצר בבני אדם14,15,16. יתר על כן, התנהגות דגי הזברה התאפיינה בהרחבה וקוטלגה17. למידה נחקרה באמצעות טכניקות שונות, כולל הרגלה לתגובה הבהלה18, אשר יכול לייצג צורה מהירה של למידה לא אסוציאטיבית כאשר מבוצעת בלוקים קצרים עם תשומת לב לזמן הריקבון המהיר19. מבחנים מורכבים יותר של למידה אסוציאטיבית, כגון T-boxes, פלוס מבוכים, ואפליה חזותית20,21 משמשים אך לעתים קרובות הם גוזלים זמן רב, דורשים ימים או שבועות של הכנה, ולהסתמך על shoaling או חיזוק חיובי. כאן, אנו מתארים פרדיגמה מהירה להערכת למידה אסוציאטיבית וזיכרון מיידי או מתעכב. בדיקת תיבת מעבורת זו משתמשת בגירוי מרתיעה והתניה חיזוק שלילית כדי להעריך ליקויים קוגניטיביים והתאוששות בעקבות TBI בוטה כוח. אנו מדגימים כי דגי זברה בוגרים שאינם ניזוקו (8-24 חודשים) לומדים באופן פורה להימנע מהאור האדום בתוך 20 ניסויים (<20 דקות של הערכה) בתיבת המעבורת, עם רמה גבוהה של עקביות על פני משקיפים. בנוסף, באמצעות תיבת המעבורת אנו מדגימים כי יכולות למידה וזיכרון על פני מבוגר (8-24 חודשים) הן עקביות ומועילות לבדיקת קוגניציה עם ליקויים משמעותיים בין חומרות TBI שונות או TBI חוזרות ונשנות. יתר על כן, שיטה זו יכולה להיות מועסקת במהירות כמדד כדי לעקוב אחר מגוון רחב של התקדמות המחלה או יעילות של התערבויות סמים המשפיעות על תחזוקה או התאוששות של קוגניציה בדגי זברה בוגרים.
כאן, אנו מספקים סקירה מנחה של הערכה קוגניטיבית מהירה שיכולה לבחון הן למידה אסוציאטיבית מורכבת (סעיף 1) והן מבחינת זיכרון מעוכב. פרדיגמה זו מספקת הערכה של הזיכרון לטווח קצר וארוך של משימה קוגניטיבית אסוציאטיבית מלומדת (סעיף 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

ליקויים קוגניטיביים, כולל למידה לקויה וזיכרון, הם סימפטום עיקרי למחלות ניווניות התפתחותיות וגיליות שונות ופגיעה מוחית טראומטית (TBI). דגי זברה הם מודל חשוב למדעי המוח בשל השקיפות שלהם במהלך הפיתוח ויכולות התחדשות חזקות בעקבות נוירוטרומה. בעוד שמבחנים קוגניטיביים שונים קיימים בדגי זברה, רוב ההערכות הקוגניטיביות הבוחנות במהירות למידה לא אסוציאטיבית. יחד עם זאת, אסוציאטיבי-למידה אסוציאטיבית לעתים קרובות דורשים מספר ימים או שבועות. כאן, אנו מתארים מבחן אסוציאטיבי-למידה מהיר המשתמש בגירוי שלילי (הלם חשמלי) ודורש זמן הכנה מינימלי. בדיקת תיבת המעבורת, המוצגת כאן, היא פשוטה, אידיאלית לחוקרים מתחילים, ודורשת ציוד מינימלי. אנו מדגימים כי בעקבות TBI, מבחן תיבת מעבורת זה מעריך באופן פורה גירעון קוגניטיבי והתאוששות מדגי זברה צעירים לזקנים. בנוסף, הבחינה מותאמת לבדיקת זיכרון מיידי או מעוכב. אנו מדגימים כי הן TBI יחיד ואירועי TBI חוזרים על עצמם משפיעים לרעה על הלמידה ועל הזיכרון המיידי אך לא על זיכרון מושהה. אנו, אם כן, מסיקים כי תיבת המעבורת מבחן באופן פוריות עוקב אחר ההתקדמות וההתאוששות של פגיעה קוגניטיבית.

פרדיגמת הלמידה, המתוארת בפרוטוקול וסכמטי (איור 1), מספקת הערכה מהירה של קוגניציה ביחס ללמידה אסוציאטיבית. בנוסף, פרדיגמה זו יש רמה גבוהה של מחרוזות, על ידי הגדרת הלמידה כתצוגה חוזרת ועקבית של 5 ניסויים חיוביים רצופים. פרדיגמה זו חלה גם על מגוון גילאים ופציעות. דגים שלא ניזוקו...

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

למידה וזיכרון הם מדדים חזקים בחקר ליקויים קוגניטיביים התפתחותיים, תלויי מחלות או הנגרמים על ידי הסביבה. רוב ההערכות הקוגניטיביות דורשות ציוד מיוחד והתחייבויות זמן נרחבות. עם זאת, תיבת המעבורת היא כלי למידה אסוציאטיבי המשתמש בתיבת ג'ל קונבנציונלית להערכה מהירה ואמינה של קוגניציה של דגי זברה בוגרים.

מעבורת Box Assay ככלי למידה אסוציאטיבי להערכה קוגניטיבית בלימודי למידה וזיכרון באמצעות דגי זברה למבוגרים

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

המעבורת Box Assay עוקבת באופן רב אחר ההתקדמות וההתאוששות של ליקוי קוגניטיבי בעקבות טראומת כוח קהה או כל סוג אחר של פגיעה מוחית בדגי זברה. שאטל בוקס אסאי מאפשר מדידה פשוטה יחסית, מהירה וחזקה של למידה אסוציאטיבית בזיכרון לטווח קצר וארוך הן בדגי זברה. כדי להתחיל, הכינו את תיבת המעבורת על ידי שינוי קופסת ג'ל בגודל 30.5 על 19 על 7.5 ס"מ עם חתיכה של 5 על 19 ס"מ של פרספקס בדרגת אקווריום שנוספו לכל צד בזווית של 45 מעלות.ואז לעשות קו סימון נקודת אמצע הדרך של הטנק כדי להעריך מתי דגים חצו את אמצע הטנק. לאחר הוספת 800 מיליליטר של מי מערכת לתיבת המעבורת, למקם שניים עד שלושה דגים לתוך מיכל מחזיק המכיל מי מערכת. השאירו את הטנק בחדר החשוך שבו יבוצע מטען המעבורת.לאחר מכן, בחדר החשוך, הניחו דג אחד במרכז תיבת המעבורת. אבטחו את המכסה וחברו את האלקטרודות לאספקת חשמל. הדג צריך להתאקלם בחושך.כבו את כל האורות והתאקלם עם הדגים לתיבת המעבורת למשך 15 דקות. התאקלמות מוצלחת יכולה להיחשב כאשר הדג בחופשיות חוקר את הטנק. לאחר התאקלמות מוצלחת של הדג, להאיר באופן ידני פנס עדשה אדומה 800 לומן כשני סנטימטרים מקיר תיבת הג'ל בצד תפוס על ידי הדג.אין להתחיל בניסוי אם הדג נח ליד חוט הפלטינה. האיר את גירוי האור ישירות על הדג ועקוב באופן ידני אחר כל תנועה לרוחב של הדג עם האור כדי להבטיח הדמיה מתמשכת של הגירוי. המשך לספק את גירוי האור עד אחד מהתנאים הבאים לניסוי מוצלח או כושל.שקול את הניסוי מוצלח אם הדג חוצה את נקודת האמצע של המיכל בתוך 15 שניות של חשיפה לאור. ברגע שהדגים חוצים את נקודת האמצע, עצרו מיד את גירוי האור. אם הניסוי נכשל, השתמש באספקת כוח אלקטרופורזיס כדי להחיל גירוי הלם שלילי של 20 מילבולט על אמפר אחד, לסירוגין שתי שניות על, שתי שניות את במשך 15 שניות עם מקסימום של ארבעה זעזועים או עד הדג עובר את נקודת אמצע הדרך של התיבה.ואז לסיים את האור ואת הגירוי השלילי. לפני תקופת האימונים, להבטיח התאקלמות מוצלחת לתיבת המעבורת על ידי השארת הדג בתנאים כהים במשך 15 דקות. לאחר מכן האיר ידנית פנס עדשה אדומה של 800 לומן כשני סנטימטרים מקיר קופסת הג'ל בצד הכבוש על ידי הדג.האיר את גירוי האור ישירות על הדג ועקוב אחר כל תנועה לרוחב של הדג עם האור כדי להבטיח הדמיה מתמשכת של הגירוי. בעוד האור זורח על הדג, בו זמנית להחיל את גירוי ההלם השלילי של 20 millivolts על אמפר אחד, לסירוגין שתי שניות על, שתי שניות את במשך 15 שניות עם מקסימום של ארבעה זעזועים או עד הדג עובר את נקודת אמצע הדרך של התיבה. ברגע שזה מושג, לסיים את האור ואת הגירוי השלילי.חזור על הפעולה במשך 25 חזרות. עם השלמת, לאפשר לדגים תקופת התאקלמות נוספת של 15 דקות בתנאים כהים. במהלך תקופת הבדיקה הראשונית, בצע התאקלמות מוצלחת בתיבת המעבורת במשך 15 דקות, ולאחר מכן להחיל רק את גירוי האור עבור עד 15 שניות ולתעד את התגובות.שקול את הניסוי מוצלח אם הדג חוצה את נקודת האמצע של תיבת המעבורת בתוך 15 שניות לאחר תחילת גירוי האור ולעצור את גירוי האור מיד כאשר הדג חוצה את נקודת האמצע. שקול את הניסוי ככושל אם הדג אינו חוצה את נקודת האמצע של תיבת המעבורת 15 שניות לאחר תחילת גירוי האור ולעצור את גירוי האור לאחר 15 שניות. במהלך הבדיקה הראשונית, אין להחיל גירוי שלילי לאחר ניסיון כושל.בצע בדיקות זיכרון לטווח קצר מיד לאחר תקופת הבדיקה הראשונית. לגרום לפגיעה מוחית דרמטית ולחכות לתקופה של ארבע שעות לפני הבדיקה. לאחר מכן התאקלם הדגים בתיבת המעבורת במשך 15 דקות.להעריך זיכרון לטווח קצר על ידי החלת גירוי האור רק עד 15 שניות ולתעד אם הדג חוצה את נקודת האמצע של התיבה לפני שהאור כבוי, נחשב לניסוי שעבר, או לא מצליח לחצות את נקודת האמצע בתוך 15 השניות הנחשבות לניסוי כושל. חזור על השלב לעיל 25 פעמים עם תקופת מנוחה של 30 שניות בין כל ניסיון ורשום את מספר הניסויים המוצלחים והכושלים. בצע בדיקות זיכרון לטווח ארוך ארבעה ימים לאחר הבדיקה הראשונית.לגרום לפגיעה מוחית טראומטית ולחכות לתקופה של ארבע שעות לפני הבדיקה, ואז להסתגל הדגים בתיבת המעבורת במשך 15 דקות. להעריך זיכרון לטווח ארוך על ידי החלת גירוי האור רק עד 15 שניות ולתעד אם הדג חוצה את נקודת אמצע הדרך של התיבה לפני שהאור כבוי, נחשב לניסוי שעבר, או לא מצליח לחצות את נקודת האמצע בתוך 15 השניות הנחשבות לניסוי כושל. חזור על 25 הפעמים לעיל עם תקופת מנוחה של 30 שניות בין כל ניסיון ורשום את מספר הניסויים המוצלחים והכושלים.סקירת ההדרכה של פרדיגמות הלמידה והזיכרון להערכה קוגניטיבית מוצגת כאן. הדגים שלא ניזוקו בגיל שמונה חודשים, צעיר, בן 18 חודשים, מבוגר בגיל העמידה, ו -24 חודשים, מבוגר מבוגר, נדרש מספר דומה של ניסויים כדי ללמוד את ההתנהגות של הימנעות מהאור האדום. לאחר ניצול מודל פגיעה מוחית טראומטית כוח קהה חמור, או STBI, הדגים בגילאים שונים נדרש מספר דומה של ניסויים כדי לשלוט במבחן על פני יום עד חמישה ימים לאחר הפציעה.ביום הראשון שלאחר STBI, דגים בכל הגילאים נדרש מספר דומה של ניסויים כדי ללמוד את ההתנהגות, אשר היה גדול באופן משמעותי מאשר פקדים ניזוקו. הדגים שלא ניזוקו שלחו במהירות בתיבת המעבורת, והגיעו לחמישה ניסויים חיוביים רצופים בכ-17 ניסויים, בעוד שיום אחד לאחר פגיעה מוחית קלה, או TBI קלה, דגים מציגים עלייה משמעותית במספר הניסויים כדי ללמוד את ההתנהגות. גירעון זה גדל לאחר שתי TBI קלה והוא הועלה עוד יותר לאחר שלוש פציעות TBI קלות.דגים שלא ניזוקו מציגים עלייה קלה בהבדל באחוזים של ניסויים מוצלחים בזיכרון מיידי וזיכרון מושהה ביחס לתקופת הבדיקה הראשונית. בעקבות TBI מתון יחיד, דגים הציגו ליקויי זיכרון משמעותיים ומיידיים בהשוואה לדגים שלא ניזוקו. מגמה זו נמשכה עם פגיעה חוזרת ונשנית עם גירעונות הולכים וגדלים בעקבות שתי TBI מתון ושלוש TBI קלה.התזמון של גירויים שליליים יישומיים הוא קריטי. זיווג הגירויים השליליים עם האור והסרתם בו זמנית מחזק את הקשר שלהם והוא חיוני לפרדיגמה. הבדיקה מאפשרת הערכה מהירה או למידה אסוציאטיבית מורכבת שניתן להשתמש בה כדי לחקור השפעות התפתחותיות, הזדקנות וסביבתיות על פגיעה קוגניטיבית.

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

סי אלגנס למידה חיובית Butanone, לטווח קצר, לטווח ארוך מבחני זיכרון אסוציאטיבי

The memory of experiences and learned information is critical for organisms to make choices that aid their survival. C. elegans navigates its environment ...

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

הקלטה אופטית של פעילות עצבית suprathreshold עם רזולוצית תא בודד ויחיד ספייק

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

Dynamics מיפוי קליפתיים באמצעות MEG סימולטאני / אומדני EEG ומוגבלים מבחינה אנטומית, מינימום-נורמה: דוגמא קשב שמיעתי

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

למידה אסוציאטיבית הרחה באפטטיבית<em&gt; דרוזופילה</em&gt; זחלים

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

דרוזופילה מבוגרים חוש הריח הלם למידה

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

בoptogenetic גירוי vivo של מערכת העצבים המרכזית מכרסם

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

שיטת אלקטרו עבור תגובות מתח תאיים הקלטה של<em&gt; תסיסנית</em&gt; קולטני אור ו interneurons יאירו גירויים<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

הערכת למידה וזיכרון המרחבי קטן קַשׂקַשִׂי זוחל

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

תסיסנית חיזור התניה כמדד למידה וזיכרון

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