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

著者らは、ハイドラボのメンバーが思慮深い議論をしてくれたことに感謝し、ゼブラフィッシュケアと畜産のためのフライマンライフサイエンスセンターの技術者に感謝したいと考えています。この研究は、ノートルダム大学ノートルダム大学ゼブラフィッシュ研究センター、ノートルダム大学幹細胞再生医療センター、国立科学財団大学院研究フェローシッププログラム(JTH)NIH R01-EY018417(DRH)の国立眼科研究所からの助成金によって支援されました。 自由フェローシップのセンチネル(JTH)とパット・ティルマン奨学金(JTH)。図1 は BioRender.com で作られています。

ゼブラフィッシュは、フライマン生命科学センターのノートルダム・ゼブラフィッシュ施設で飼育されました。この原稿に記載されている方法は、ノートルダム大学動物のケアと使用委員会(動物福祉保証番号A3093-01)によって承認されました。
1. シャトルボックス学習パラダイム (図1A)
注: 学習パラダイムは、連想学習に関する認...

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認知障害は、生活の質に大きく悪影響を及ぼす可能性があります。集団全体で脳震盪や外傷性脳損傷の可視性と発生が増加しているため、認知障害を引き起こす方法と損傷を最小限または逆転させる方法を理解することが重要です。これらの理由から、認知機能低下をテストできるモデル生物は、これらの研究において重要な役割を果たす。げっ歯類は長い間神経行動と認知を調査する主要?...

学習と記憶は、老化、神経変性疾患、または傷害のために起こる認知障害の指標として日常的に使用されています。外傷性脳損傷(TI)は、認知障害をもたらす最も一般的な傷害である。TISは、前頭側頭型認知症やパーキンソン病1、2などのいくつかの神経変性疾患との関連のために懸念が高まっている。さらに、一部のTBI患者において観察されたβ-アミロイド凝集の増加は、アルツハイマー病3,4の発症にも関連している可能性があることを示唆している。TISはしばしば鈍い力の外傷の結果であり、軽度の脳損傷(miTBI)が最も一般的である重度の範囲をまたがる。しかし、miTIsは短期間だけ軽度の認知障害を引き起こし、負傷した個人は通常完全に6回復するため、報告されず、誤診されることが多い。対照的に、miTBIイベントの繰り返しは、若年および中年の成人に非常に普及しており、時間7を経て蓄積し、認知発達を損なう可能性があり、中等度または重度のTBI8を経験する個人と同様に、神経変性疾患1、2、3、4、5を悪化させるため、懸念が高まっている。
ゼブラフィッシュ(Danio rerio)は、神経科学における様々なトピックを探索するための有用なモデルであり、中枢神経系9、10、11、12、13を通して失われたまたは損傷したニューロンを再生する能力を含む。神経再生は、後頭領域にアーキマリウムを含むテレンスファルンでも実証された。この神経解剖学的領域は海馬に類似しており、魚の認知とヒト14、15、16の短期記憶のために必要とされる可能性が高い。さらに、ゼブラフィッシュの挙動は、17を広範囲に特徴付け、カタログ化されている。学習は、驚くべき応答18への慣化を含む様々な技術を通じて研究されてきたが、これは短いブロックで行われ、急速な減衰時間19に注意を払って行われるときの非連想学習の急速な形態を表すことができる。Tボックス、プラス迷路、視覚差別20、21などの連想学習のより複雑なテストが使用されますが、多くの場合、時間がかかり、準備の数日または数週間を必要とし、浅瀬または肯定的な補強に依存しています。ここでは、連想学習と即時記憶または遅延メモリの両方を評価するための迅速なパラダイムについて説明します。このシャトルボックスアッセイは、鈍い力TBIに続く認知障害と回復を評価するために回避刺激および否定的な補強コンディショニングを使用する。我々は、損傷を受けていない対照成類のゼブラフィッシュ(8〜24ヶ月)が、観察者間で高い一貫性を持つシャトルボックス内の20回の試験(<20分の評価)以内に赤色光を避けることを再現的に学ぶことを実証する。さらに、シャトルボックスを使用すると、成人(生後8~24ヶ月)の学習能力と記憶能力が一貫しており、異なるTBIの重大な障害または繰り返しTBIの間に重大な障害を持つ認知をアッサングするのに有用であることを実証しています。さらに、この方法は、成人ゼブラフィッシュにおける認知の維持または回復に影響を与える幅広い疾患の進行または薬物介入の有効性を追跡するための指標として迅速に採用することができる。
ここでは、複雑な連想学習(セクション1)とメモリの両方を即時記憶と遅延記憶の両方で調べることができる迅速な認知評価の説明的概要を提供する。このパラダイムは、学習した連想認知タスク(セクション2)の短期記憶と長期記憶の評価を提供します。

<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

学習障害や記憶障害を含む認知障害は、様々な発達および加齢性神経変性疾患および外傷性脳損傷(TBI)の主要な症状である。ゼブラフィッシュは、開発中の透明性と神経外傷後の堅牢な再生能力のために重要な神経科学モデルです。ゼブラフィッシュには様々な認知テストが存在する一方で、迅速な認知評価のほとんどは非連想学習を調べる。同時に、連想学習アッセイは、多くの場合、数日または数週間を必要とします。ここでは、有害な刺激(感電)を利用し、必要な準備時間を最小限に抑える、迅速な連想学習試験について述べています。ここに示されるシャトルボックスのアッセイは、初心者の研究者にとって理想的で、最小限の機器を必要とします。我々は、TBIに続いて、このシャトルボックステストが認知障害と若いゼブラフィッシュから古いゼブラフィッシュへの回復を再現的に評価することを実証する。さらに、アッセイは即時または遅延メモリを調べるために適応可能である。我々は、単一のTBIと繰り返されるTBIイベントの両方が学習と即時記憶に悪影響を及ぼすが、遅延メモリではないことを示す。したがって、我々は、シャトルボックスアッセイが認知障害の進行と回復を再現的に追跡すると結論付ける。

プロトコルと概略図(図1)に概説されている学習パラダイムは、連想学習に関する認知の迅速な評価を提供します。さらに、このパラダイムは、5回連続陽性試験の反復および一貫した表示として学習を定義することによって、高いレベルのストリンジェンシーを有する。このパラダイムは、年齢や怪我の範囲にも適用されます。8ヶ月(ヤングアダルト)、18ヶ月(中年成人)?...

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

学習と記憶は、発達障害、疾患依存性、または環境に依存する認知障害の研究において強力な指標です。ほとんどの認知評価には、特殊な機器と広範な時間のコミットメントが必要です。しかし、シャトルボックスアッセイは、従来のゲルボックスを利用して、成体ゼブラフィッシュ認知の迅速かつ信頼性の高い評価を行う自動調整学習ツールです。

成人ゼブラフィッシュを用いた学習・記憶研究における認知評価のための連想学習ツールとしてのシャトルボックスアッセイ

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

シャトルボックスアッセイは、ゼブラフィッシュの鈍い力の外傷または他のタイプの脳損傷に続く認知障害の進行と回復を再現的に追跡します。シャトルボックスアッセイは、ゼブラフィッシュの短期記憶と長期記憶の両方で、比較的簡単で迅速かつ堅牢な連想学習の測定を可能にします。まず、30.5 x 19 x 7.5センチメートルのゲルボックスを修正し、5 x 19センチメートルの水槽グレードのプレキシガラスを45度の角度で両側に加えてシャトルボックスを準備します。その後、魚がタンクの真ん中を横切ったときを評価するために、タンクの中間点を示すラインを作ります。シャトルボックスに800ミリリットルのシステム水を加えた後、2~3匹の魚をシステム水を含む保持タンクに入れます。シャトルボックスアッセイが行われる暗い部屋にタンクを残します。次に、暗い部屋で、シャトルボックスの中央に1匹の魚を置きます。蓋を固定し、電極を電源に取り付けます。魚は暗闇の中で順応する必要があります。すべてのライトを消し、15分間シャトルボックスに魚を順応させます。魚が自由にタンクを探索するときに成功した順応を考慮することができます。魚の順応に成功した後、手動で魚が占める側のゲルボックスの壁から約2センチメートルの800ルーメン赤いレンズ懐中電灯を輝かせる。魚が白金ワイヤーの隣で休んでいる場合は、試験を開始しないでください。魚に直接光刺激を照らし、手動で刺激の継続的な可視化を確保するために、光と魚の任意の横の動きに従ってください。成功または失敗したトライアルに対して次のいずれかの条件が満たされるまで、光刺激を提供し続けます。魚が光暴露の15秒以内にタンクの中間点を横切る場合、試験は成功したことを考えてみましょう。魚が中間点を越えたら、すぐに光刺激を止めます。試験が失敗した場合は、電気泳動電源を使用して20ミリボルトの負の衝撃刺激を1アンペアに適用し、2秒間交互に、最大4つの衝撃で15秒間2秒間オフにするか、魚が箱の中間点を通過するまで。その後、光と陰性刺激の両方を終了します。訓練期間の前に、15分間暗い条件下で魚を残すことによってシャトルボックスへの正常な順応を確認してください。その後、手動で魚が占める側のゲルボックスの壁から約2センチメートルの800ルーメン赤いレンズ懐中電灯を輝かせます。魚に直接光刺激を照らし、刺激の継続的な可視化を確実にするために、光と魚の任意の横の動きに従ってください。光が魚に輝いている間、同時に1アンペアに20ミリボルトの有害なショック刺激を適用し、2秒間交互に、最大4つの衝撃で15秒間オフに2秒、または魚が箱の中間点を通過するまで。これが達成されたら、光と有害な刺激を終了します。25 回の繰り返しを繰り返します。完了すると、魚は暗い条件下で15分の別の順応期間を許可します。最初のテスト期間中、シャトルボックスで15分間順応を成功させ、光刺激のみを15秒間適用し、応答を記録します。魚が光刺激を開始してから15秒以内にシャトルボックスの中間点を横切り、魚が中間点を横切ったときにすぐに光刺激を止める場合は、試験が成功したと考えてください。魚が光刺激を開始してから15秒後にシャトルボックスの中間点を越えない場合は、試行錯誤を検討し、15秒後に光刺激を停止します。最初のテストでは、試行に失敗した後に有害な刺激を適用しないでください。最初のテスト期間の直後に、短期メモリテストを実行します。劇的な脳損傷を誘発し、テストの前に4時間の期間を待ちます.その後、シャトルボックスで魚を15分間順応させます。最大15秒間光刺激のみを適用して短期記憶を評価し、魚がボックスの中間点を横切った場合、光が消灯するか、試験に合格したと見なされるか、または失敗した試験と見なされる15秒以内に中間点を通過しなかったかどうかを記録します。各試行の間に 30 秒の休息期間を使用して上記の手順を 25 回繰り返し、成功した試行と失敗した試行の数を記録します。最初のテストの 4 日後に長期メモリ テストを実行します。外傷性脳損傷を誘発し、テストの前に4時間の期間待ってから、シャトルボックスで魚を15分間順応させます。最大15秒間光刺激のみを適用して長期記憶を評価し、魚がボックスの中間点を横切った場合、光が消灯するか、試験に合格したと見なされるか、または失敗した試験と見なされる15秒以内に中間点を通過しなかったかどうかを記録します。上記を繰り返し、各試行の間に30秒の休息期間を設定し、成功した試行数と失敗した試行回数を記録します。認知評価のための学習と記憶パラダイムの説明の概要をここに示します。8ヶ月の損傷を受けていない魚、若い成人、18ヶ月、中年成人、および24ヶ月の高齢者は、赤信号を避ける行動を学ぶために同様の数の試験を必要としました。重度の鈍い力外傷性脳損傷モデル、またはSTBIを利用した後、異なる年齢の魚は、傷害後1〜5日間にわたってアッセイを習得するために同様の数の試験を必要としました。STBIの次の1日目に、すべての年齢層の魚は、損傷していないコントロールよりも有意に大きい行動を学ぶために同様の数の試験を必要としました。損傷を受けていない魚は急速にシャトルボックスを習得し、約17回の試験で5回連続陽性試験を達成したのに対し、軽度の脳損傷、または軽度のTBIの翌日、魚は行動を学ぶために試験の数が大幅に増加した。この赤字は2つの軽度のTBIの後に増加し、3つの軽度のTBI傷害の後にさらに上昇した。損傷を受けていない魚は、即時のメモリで成功した試験の割合差のわずかな増加を示し、最初のテスト期間に比べてメモリを遅らせる.単一の軽度のTBIに続いて, 魚は損傷していない魚と比較して重要かつ即時のメモリ不足を示しました.この傾向は、2つの軽度のTBIと3つの軽度のTBIの両方に続く赤字の増加と繰り返し傷害と続いた。適用される有害な刺激のタイミングは重要です。有害な刺激と光と同時除去を組み合わせることで、その関連性が固まり、パラダイムにとって非常に重要です。このアッセイは、認知障害に対する発達、老化、環境への影響を調査するために使用できる迅速な評価または複雑な連想学習を可能にします。

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

C. elegansの正ブタノンの学習、短期、および長期連想記憶アッセイ

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

でアッセイする運動、学習、記憶障害ショウジョウバエ</em神経変性の>モデル

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

単一セルと単スパイク分解能で閾値上神経活動の光記録

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

同時MEG / EEGおよび解剖学的に制約のある最小ノルム推定値を使用してマッピング皮質ダイナミクス：聴覚注意の例

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

で食欲連想嗅覚学習<em&gt;ショウジョウバエ</em&gt;幼虫

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

ショウジョウバエアダルト嗅覚ショックラーニング

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

齧歯類の中枢神経系の生体光遺伝学的刺激

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

の記録細胞内の電圧応答のための電気生理学的手法<em&gt;ショウジョウバエ</em&gt;光刺激に感光体と介在ニューロン<em&gt;インビボ</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

小さなうろこに覆われた爬虫類の空間学習と記憶を評価します

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

ショウジョウバエの訓練と記憶の尺度としてのコンディショニング

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