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

Författarna vill tacka Hyde lab-medlemmarna för deras tankeväckande diskussioner och Freimann Life Sciences Center tekniker för zebrafiskvård och djurhållning. Detta arbete stöddes av Center for Zebrafish Research vid University of Notre Dame, Center for Stem Cells and Regenerative Medicine vid University of Notre Dame, och stipendier från 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) och Pat Tillman-stipendiet (JTH). Figur 1 gjord med BioRender.com.

Zebrafisk växte upp och bibehölls i Notre Dame Zebrafish-anläggningen i Freimann Life Sciences Center. De metoder som beskrivs i detta manuskript godkändes av University of Notre Dame Animal Care and Use Committee (Djurskyddsförsäkringsnummer A3093-01).
1. Paradigm för inlärning av skyttelboxar( Figur 1A)
OBS: Inlärningsparadigmet ger en snabb bedömning av kognition när det gäller associativt lärande.
<ol><li>Förbered sk...

<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 svikt kan avsevärt och negativt påverka livskvaliteten. På grund av ökad synlighet och förekomst av hjärnskakningar och traumatiska hjärnskador i hela befolkningen är det viktigt att förstå hur de orsakar kognitiv svikt och hur skadan kan minimeras eller vändas. Av dessa skäl spelar modellorganismer som kan testas för kognitiv nedgång en kritisk roll i dessa studier. Gnagare har länge varit den primära modellen för att undersöka neurobehavior och kognition, men zebrafisk har dykt upp som en anv...

Lärande och minne används rutinmässigt som mätvärden för kognitiv försämring, vilket händer på grund av åldrande, neurodegenerativ sjukdom eller skada. Traumatiska hjärnskador (TBC) är den vanligaste skadan som resulterar i kognitiva underskott. TBC är av växande oro på grund av deras associering med flera neurodegenerativa störningar, såsom frontotemporal demens och Parkinsons sjukdom1,2. Dessutom tyder de ökade beta-amyloidaggregeringarna som observerats hos vissa TBI-patienter på att det också kan vara förknippat med utvecklingen av Alzheimers sjukdom3,4. TBC är ofta resultatet av trubbigt våld trauma och spänner över en radsvårighetsgrader 5, med milda hjärnskador (miTBI) är den vanligaste. MiTBIs är dock ofta orapporterade och feldiagnostiserade eftersom de resulterar i mindre kognitiva försämringar under endast en kort period, och de skadade individerna återhämtar sig vanligtvishelt 6. Däremot har upprepade miTBI-händelser varit ett växande problem eftersom det är mycket vanligt hos unga och medelålders vuxna, kan ackumuleras övertid 7, kan försämra kognitiv utveckling och förvärra neurodegenerativa sjukdomar1,2,3,4,5, liknande individer som upplever antingen en måttlig eller svår TBI8.
Zebrafish (Danio rerio) är en användbar modell för att utforska en mängd olika ämnen inom neurovetenskap, inklusive förmågan att regenerera förlorade eller skadade nervceller i hela centrala nervsystemet9,10,11,12,13. Neurala regenerering visades också i telencephalon, som innehåller archipallium i regionen dorsala-inre. Denna neuroanatomiska region är analog med hippocampus och krävs sannolikt för kognition i fisk och för korttidsminnet hos människor14,15,16. Dessutom har zebrafiskbeteendet karakteriserats ochkatalogiserats 17. Lärande har studerats genom olika tekniker, inklusive tillvänjning till det häpnadsväckandesvaret 18, som kan representera en snabb form av icke-associativt lärande när det utförs i korta block och med uppmärksamhet på den snabba förfallstiden19. Mer komplexa tester av associativt lärande, såsom T-lådor, plus-labyrinter och visuelldiskriminering 20,21 används men är ofta tidskrävande, kräver dagar eller veckor av förberedelse och förlitar sig på shoaling eller positiv förstärkning. Här beskriver vi ett snabbt paradigm för att bedöma både associativt lärande och antingen omedelbart eller försenat minne. Denna shuttle box analys använder en aversive stimulans och negativ förstärkning konditionering för att bedöma kognitiva underskott och återhämtning efter trubbigt våld TBI. Vi visar att oskadad kontroll av vuxna zebrafiskar (8-24 månader) reproducerbart lär sig att undvika rött ljus inom 20 försök (<20 minuters bedömning) i skyttelboxen, med en hög grad av konsekvens mellan observatörer. Dessutom visar vi med hjälp av skyttelboxen att inlärnings- och minnesförmågor hos vuxna (8-24 månader gamla) är konsekventa och användbara för att analysera kognition med betydande försämringar mellan antingen olika TBI-svårighetsgrader eller upprepad TBI. Dessutom kan denna metod snabbt användas som ett mått för att spåra ett brett spektrum av sjukdomsprogressioner eller effekt av läkemedelsinterventioner som påverkar underhåll eller återhämtning av kognition hos vuxna zebrafiskar.
Här ger vi en instruktionsöversikt över en snabb kognitiv bedömning som kan undersöka både komplext associativt lärande (avsnitt 1) och minne när det gäller både omedelbart och fördröjd minne. Detta paradigm ger en bedömning av korttids- och långtidsminnet för en lärd associativ kognitiv uppgift (avsnitt 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

Kognitiva underskott, inklusive nedsatt lärande och minne, är ett primärt symptom på olika utvecklings- och åldersrelaterade neurodegenerativa sjukdomar och traumatisk hjärnskada (TBI). Zebrafisk är en viktig neurovetenskaplig modell på grund av deras transparens under utveckling och robusta regenerativa förmågor efter neurotrauma. Medan olika kognitiva tester finns i zebrafisk, undersöker de flesta kognitiva bedömningar som är snabba icke-associativt lärande. Samtidigt kräver associativt lärande analyser ofta flera dagar eller veckor. Här beskriver vi ett snabbt associativt inlärningstest som använder en negativ stimulans (elektrisk stöt) och kräver minimal förberedelsetid. Shuttle box-analysen, som presenteras här, är enkel, idealisk för nybörjare utredare, och kräver minimal utrustning. Vi visar att detta skyttelboxtest, efter TBI, reproducerbart bedömer kognitivt underskott och återhämtning från ung till gammal zebrafisk. Dessutom är analysen anpassningsbar för att undersöka antingen omedelbart eller fördröjd minne. Vi visar att både en enda TBI och upprepade TBI-händelser negativt påverkar lärande och omedelbart minne men inte fördröjd minne. Vi drar därför slutsatsen att skyttelboxanalysen reproducerande spårar progressionen och återhämtningen av kognitiv svikt.

Inlärningsparadigmet, som beskrivs i protokollet och schemat (figur 1), ger en snabb bedömning av kognition med avseende på associativt lärande. Dessutom har detta paradigm en hög stringensnivå genom att definiera lärande som en upprepad och konsekvent visning av 5 på varandra följande positiva prövningar. Detta paradigm är också tillämpligt på en rad åldrar och skador. Oskadad fisk vid 8 månader (ung vuxen), 18 månader (medelålders vuxen) och 24 månader (äldre vuxen) kr?...

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

Lärande och minne är potenta mätvärden för att studera antingen utvecklingsmässiga, sjukdomsberoende eller miljömässigt inducerade kognitiva funktionsnedsättningar. De flesta kognitiva bedömningar kräver specialiserad utrustning och omfattande tidsåtaganden. Pendelboxens analys är dock ett associativt inlärningsverktyg som använder en konventionell gellåda för snabb och tillförlitlig bedömning av vuxen zebrafiskkognition.

Shuttle Box Assay som ett associativt inlärningsverktyg för kognitiv bedömning i inlärnings- och minnesstudier med vuxen zebrafisk

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

Shuttle Box Assay spårar reproducerbart progressionen och återhämtningen av kognitiv svikt efter ett trubbigt våld trauma eller någon annan typ av hjärnskada hos zebrafisk. Shuttle Box Assay möjliggör relativt enkel, snabb och robust mätning av associativt lärande i både kort- och långtidsminne i zebrafisk. Till att börja med, förbered Shuttle Box genom att modifiera en 30,5 med 19 med 7,5 centimeter gellåda med en 5 till 19 centimeter bit av akvariekvalitet plexiglas som läggs till varje sida i 45 graders vinkel.Gör sedan en linje som markerar tankens halvvägspunkt för att bedöma när fisken har korsat mitten av tanken. Efter att ha tillslat 800 milliliter systemvatten till Shuttle Box, placera två till tre fiskar i en hålltank som innehåller systemvatten. Lämna tanken i det mörka rummet där Shuttle Box Assay kommer att utföras.Placera sedan en fisk i mitten av Shuttle Box i det mörka rummet. Fäst locket och fäst elektroderna på en strömförsörjning. Fisken ska acklimatiseras i mörkret.Släck alla lampor och acklimatisera fisken till Shuttle Box i 15 minuter. Framgångsrik acklimatisering kan övervägas när fisken fritt utforskar tanken. Efter framgångsrik acklimatisering av fisken, lyser manuellt en 800 lumen röd lins ficklampa ungefär två centimeter från gelboxväggen på sidan som upptas av fisken.Starta inte en provperiod om fisken vilar bredvid platinatråden. Lys ljusstimulansen direkt på fisken och följ manuellt fiskens laterala rörelse med ljuset för att säkerställa kontinuerlig visualisering av stimulansen. Fortsätt att ge ljusstimulansen tills något av följande villkor för en lyckad eller misslyckad prövning är uppfyllda.Betrakta försöket som framgångsrikt om fisken korsar tankens halvvägspunkt inom 15 sekunder efter ljusexponering. När fisken korsar halvvägs, stoppa ljusstimulansen omedelbart. Om försöket misslyckades, använd en elektrofores strömförsörjning för att applicera en negativ chockstimulans på 20 millivolt på en ampere, alternerande två sekunder på, två sekunder av i 15 sekunder med högst fyra stötar eller tills fisken passerar halvvägs av lådan.Avsluta sedan både den lätta och negativa stimulansen. Före träningsperioden, se till att transferboxen acklimatiseras genom att lämna fisken under mörka förhållanden i 15 minuter. Lys sedan manuellt en 800 lumen röd lins ficklampa ungefär två centimeter från gelboxväggen på sidan som upptas av fisken.Lys ljusstimulansen direkt på fisken och följ fiskens laterala rörelse med ljuset för att säkerställa kontinuerlig visualisering av stimulansen. Medan ljuset lyser på fisken, applicera samtidigt den negativa chockstimulansen på 20 millivolt på en ampere, alternerande två sekunder på, två sekunder av i 15 sekunder med högst fyra stötar eller tills fisken passerar lådans halvvägspunkt. När detta har uppnåtts, avsluta ljuset och den negativa stimulansen.Upprepa i 25 iterationer. Efter avslutad, låt fisken en annan acklimatiseringsperiod på 15 minuter under mörka förhållanden. Under den första testperioden, utför en lyckad acklimatisering i Shuttle Box i 15 minuter och applicera sedan endast ljusstimulansen i upp till 15 sekunder och spela in svaren.Tänk på att försöket lyckas om fisken korsar halvvägs i Shuttle Box inom 15 sekunder efter att ha startat ljusstimulansen och stoppa ljusstimulansen omedelbart när fisken korsar halvvägspunkten. Betrakta försöket som misslyckat om fisken inte korsar halvvägs i Shuttle Box 15 sekunder efter att ha startat ljusstimulansen och stoppa ljusstimulansen efter 15 sekunder. Under den första testningen ska du inte tillämpa en negativ stimulans efter ett misslyckat försök.Utför korttidsminnestestning omedelbart efter den första testperioden. Inducera dramatisk hjärnskada och vänta i fyra timmar innan du testar. Acklimatisera sedan fisken i Shuttle Box i 15 minuter.Utvärdera korttidsminnet genom att endast applicera ljusstimulansen i upp till 15 sekunder och registrera om fisken korsar över lådans halvvägspunkt innan ljuset stängs av, betraktas som godkänd prövning eller misslyckas med att korsa halvvägspunkten inom de 15 sekunder som anses vara misslyckad prövning. Upprepa ovanstående steg 25 gånger med en viloperiod på 30 sekunder mellan varje försök och registrera antalet lyckade och misslyckade försök. Utför långtidsminnestestning fyra dagar efter inledande testning.Inducera traumatisk hjärnskada och vänta i fyra timmar innan du testar, acklimatisera sedan fisken i Shuttle Box i 15 minuter. Utvärdera långtidsminnet genom att endast applicera ljusstimulansen i upp till 15 sekunder och registrera om fisken korsar över lådans halvvägspunkt innan ljuset stängs av, betraktas som godkänd prövning eller misslyckas med att korsa halvvägspunkten inom de 15 sekunder som anses vara misslyckad prövning. Upprepa ovanstående 25 gånger med en viloperiod på 30 sekunder mellan varje försök och registrera antalet lyckade och misslyckade försök.Den instruktionsöversikten över inlärnings- och minnesparadigm för kognitiv bedömning visas här. Den oskadade fisken vid åtta månader, ung vuxen, 18 månader, medelålders vuxen och 24 månader, äldre vuxen, krävde ett liknande antal prövningar för att lära sig beteendet att undvika rött ljus. Efter att ha använt den allvarliga trubbiga kraften traumatisk hjärnskada modell, eller STBI, fisken i olika åldrar krävde ett liknande antal prövningar för att behärska analysen över en till fem dagar efter skada.På dag ett efter STBI krävde fisk i alla åldrar ett liknande antal försök för att lära sig beteendet, vilket var betydligt större än de oskadade kontrollerna. Den oskadade fisken behärskade snabbt Shuttle Box och uppnådde fem på varandra följande positiva försök i cirka 17 försök medan en dag efter en mild hjärnskada, eller en mild TBI, visar fisk en betydande ökning av antalet försök för att lära sig beteendet. Detta underskott ökade efter två milda TBI och höjdes ytterligare efter tre milda TBI skador.Oskadad fisk uppvisar en liten ökning av procentskillnaden av framgångsrika försök i omedelbart minne och fördröjd minne i förhållande till den första testperioden. Efter en enda mild TBI uppvisade fisken betydande och omedelbara minnesunderskott jämfört med oskadad fisk. Denna trend fortsatte med upprepade skador med ökande underskott efter både två milda TBI och tre milda TBI.Tidpunkten för tillämpade negativa stimuli är kritisk. Att para ihop de negativa stimuli med ljuset och deras samtidiga avlägsnande stärker deras association och är avgörande för paradigmet. Analysen möjliggör snabb bedömning eller komplext associativt lärande som kan användas för att undersöka utvecklings-, åldrande- och miljöpåverkan på kognitiv svikt.

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 Positiva Butanon lärande, kortsiktiga och långsiktiga Associativa analyser Minne

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

Testmetoder motoriskt, inlärning och minne Brister i Drosophila Modeller för 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 inspelning av suprathreshold neural aktivitet med encelliga och single-spik upplösning

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

Kartläggning Kortikala Dynamics med samtidig MEG / EEG och anatomiskt-begränsade Minsta-norm uppskattningar: en auditiv uppmärksamhet Exempel

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 Olfactory Lärande 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 Vuxen Olfactory Shock Learning

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 av gnagare centrala nervsystemet

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

Elektro Metod för inspelning Intracellulärt Spännings svar av<em&gt; Drosophila</em&gt; Fotoreceptorer och Intern på ljusstimuli<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

Bedöma spatial inlärning och minne i små Squamate Reptiler

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 en åtgärd av lärande och minne

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