Abstract
Rumslig kognition forskning hos gnagare använder typiskt användningen av labyrintuppgifter, vars attribut varierar från en labyrint till nästa. Dessa uppgifter varierar beroende på deras beteende flexibilitet och önskad minnes varaktighet, antalet mål och vägar, och även den övergripande uppgiften komplexitet. En confounding inslag i många av dessa uppgifter är bristen på kontroll över den strategi som används av gnagare för att nå målet, t.ex. allocentric (deklarativa liknande) eller egocentriska (processuella) baserade strategier. Den dubbel H labyrint är en ny vatten flykt minne uppgift som behandlar denna fråga, genom att låta försöksledaren att styra vilken typ av strategi lärt sig under utbildningstiden. Den dubbla-H-labyrint är en transparent anordning, som består av ett centralt gränden med tre armar som skjuter ut på båda sidor, tillsammans med en flyktplattform nedsänkt i änden på en av dessa armar.
Råttor kan tränas med hjälp av en allocentric strategi genom att växla stkonst ställning i labyrinten på ett oförutsägbart sätt (se protokoll 1, §4.7), vilket kräver dem att lära sig placeringen av plattform som bygger på de tillgängliga allothetic ledtrådar. Alternativt kan en egocentrisk lärande strategi (protokoll 2, §4.8) kan användas genom att släppa råttorna från samma position under varje försök, tills de lär sig den processuella mönster krävs för att nå målet. Denna uppgift har visat att möjliggöra bildandet av stabila minnesspår.
Minnet kan sonderas efter utbildningsperioden på ett vilseledande sond rättegång, där utgångsläget för råttor suppleanter. Efter en egocentrisk lärande paradigm, råttor gripa typiskt en allocentric baserad strategi, men bara när deras första uppfattning om extra labyrint signaler skiljer sig markant från sin ursprungliga plats. Denna uppgift är idealiskt för att utforska effekterna av droger / störningar på allocentric / egocentrisk minnesprestanda, liksom samspelet mellan these två minnessystem.
Introduction
Hos djur lärande medieras huvudsakligen av hippocampal- och striatala baserade minnessystem 1,2, som spelar centrala roller när det gäller plats-och procedur-minne, respektive. Förhållandet mellan dessa två system är komplexa, och de är kända för att interagera med varandra i kooperativ eller konkurrerande sätt 1,3. Dessutom har studier visat att påverkan av endera av dessa minnessystem på djurens beteende kan öka till följd av avsaknad av eller skada på det andra systemet 4-7. Båda dessa system är anslutna till prefrontala cortex via thalamus.
Många neurologiska störningar och neurodegenerativa sjukdomar kan påverka rumslig kognition hos människor, som förlitar sig på samspelet mellan formella och deklarativa minnessystem. Exempel innefattar Parkinsons sjukdom (PS), Huntingtons sjukdom (HD) 8-10, Alzheimers sjukdom (AD) 11-14, samtamyotrofisk lateralskleros (ALS) 15. Djurmodeller, som är relevanta för dessa sjukdomar kan framkallas genom olika läkemedelsbehandlingar som blockerar vissa receptorer 16, samt genom riktade skador. När sådana djur används med rumsliga minnesuppgifter, kan en värdefull insikt vinnas i de underliggande mekanismerna i samband med dessa sjukdomar, samt olika behandlingsalternativ.
Det finns många olika typer av rumsliga minnesuppgifter hos gnagare, som tillsammans är utformade för att utvärdera specifika aspekter av inlärning och minne, samt effekterna av potentiella behandlingar för olika sjukdomar 17,18. Dessa uppgifter kan kännetecknas av antalet mål och vägar, graden av beteende flexibilitet för att lösa uppgiften, minnes varaktighet eller försening, liksom valet av strategi som används för att lösa uppgiften. Ett bra resultat kan förvärvas på grundval av externa signaler eller landmärken som används för att orienteradjuret mot målet (en allocentric eller plats strategi). Alternativt kan en gnagare utveckla en strategi som bygger på kroppsliga riktning och ledtrådar med avseende på riktningen för att flytta in (en egocentrisk eller formella strategi), t.ex. om en råtta vet att målet är en vänstersväng, följt av en högersväng , då finns det lite behov av en allocentric eller plats strategi. Maze uppgifter ofta variera beroende på graden av flexibilitet som erbjuds till gnagare lösa dem. Till exempel i Morris Water Maze, en torr version av den senare (t.ex. 19) eller Barnes labyrint (t.ex. 20), finns det potentiellt oändliga vägar råttan kan vidta för att nå målet. I Morris Water Maze, till exempel placeringen av målet kan läras baserat på externa landmärken eller ledtrådar (allocentric strategi), eller genom att helt enkelt simma i cirklar mot mitten tills plattformen hittas (egocentrisk strategi) 21. Vissa uppgifter har flera måloch en hög grad av flexibilitet, såsom kon-fältövning 22 eller Olton radiella labyrint 23. I andra änden av skalan finns uppgifter, som erbjuder begränsad flexibilitet för att nå målet, t.ex. Stone labyrint, eller alternerande version av T-labyrinten. Dessa uppgifter ger endast en rätt sätt att nå målet och underlätta framväxten av kognitiva rutiner som främst styrs av striatum baserade procedurminnessystem.
Den dubbel H labyrint är en ny rumslig minne testa apparat, som designades för att låta försöksledaren att styra vilken typ av strategi som lärt av gnagare för att lösa uppgiften 24. Bestående av tre parallella run armar som skärs av en vinkelrät central korridor och är den dubbla-H-labyrinten en vatten flykt uppgift där gnagare lär sig att nå en flyktplattform som är nedsänkt i ett av labyrinten platser. Under utbildningen kan en procedur strategi tas fram genom att upprätthålla than samma start och mål platser i hela. Alternativt kan en allocentric strategi tas fram genom att växla startplatsen i en slumpmässig ordning, vilket kräver råttan att lära placeringen av dolda plattform som bygger på miljö signaler som den har att göra i en vattenlabyrint. Detta övervinner ett hinder finns i många olika labyrint uppgifter, i vilken laboratoriet har annars lite kontroll över den typ av strategi som gnagare utnyttja. Detta är viktigt med tanke på att effekterna av vissa kognitionsförstärkande läkemedelskandidater är beroende av hippocampus baserade plats-minnessystem, vilket således uppkomsten av kognitiva rutiner eller procedurer kan förväxla tolkningen av beteendeobservationer när djur, exempelvis övergång från allocentric till procedurminnet under utbildning. På liknande sätt kan det vara önskvärt att utvärdera effekterna av läkemedel och behandlingar på procedurminnet, utan påverkan av allocentric platsbaserade minne. Slutligen denna anordningkan användas för att studera kooperativ eller konkurrerande interaktioner mellan dessa minnessystem, och under vilka förutsättningar gnagare kan växla från ett system till ett annat.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
1. Allmänna överväganden
Detta protokoll har godkänts av Animal Care och användning kommittén av Universitetssjukhuset Freiburg (samma för Strasbourg). Synskärpa är nödvändig för att fullgöra i tester av spatial inlärning. Gnagare med nedsatt visuella system är alltså inte lämpliga. Dessutom måste belysningen vara tillräcklig för att råttorna att se de olika signaler som ligger på omgivande väggar. Det är nyttigt att utnyttja grundläggande formade (kvadrat, cirkel, triangel) men väl kontrasterade signaler (t.ex. svartmålade ledtrådar på en vitmålad bakgrund). Likaså svåra motoriska underskott är uteslutningskriterier eftersom simning krävs för detta test och drunkning kan förekomma. Slutligen kan hyper oroliga gnagare visar en starkt partisk sökbeteende, vilket påverkar prestanda.
2. Apparat Konfigurera
- Konstruera en dubbel-H-labyrinten består av en 160 cm centralt bakgata, som skärs i båda ändarna och i mittenmed tre 160 cm parallell köra armar (se figur 1). Se till att den centrala gränden och dess vinkelräta armar är 20 cm bred, och är omgivna av 35 cm hög transparent plexiglas väggar. Tjocklek av plexiglas är 6 mm för alla delar.
- Säkra väggarna på plats med hjälp av lim och skruvar, och vattentät labyrinten med hjälp av silikonfogar på alla inre vinklar. Dessa leder kan ersättas enkelt om de förlorar sin vattentäthet. Placera en dräneringsutlopp i änden på ett av hörnarmarna (eller i mitten av labyrinten) för tömning.
- Placera labyrint på en 80 cm högt bord, med tillräckligt utrymme runt det för a) gå runt i labyrinten, och b) placering av väl kontrasterade signaler. Utse varje arm i labyrinten av sin ståndpunkt, det vill säga nordvästra (NV), norr (N), nordost (NE), sydväst (SV), söder (S), och sydost (SE).
- Placera en takmonterad kamera ovanför labyrinten för eftertestanalys av djurens beteende, antingen manuellt eller automatic (video-tracking) metoder (se §5).
3. Allmänna kommentarer
- Före användning, fyll labyrinten med vatten till en ungefärlig höjd av 18 cm (200 L). Detta är tillräckligt hög för att hindra råttor från att vidröra botten av labyrinten med fötterna, men tillräckligt grunt för att förhindra flykt.
- Efter förberedande utbildning, göra vatten ogenomskinlig genom att blanda 250 g skummjölkspulver. Byt vatten på en daglig basis för att förhindra att mjölk vattnet från att härskna. Upprätthålla vattnets temperatur mellan 21 till 23 ° C för att tillhandahålla incitament för råttorna att söka flyktplattformen.
OBS: Eftersom råttor bekanta sig med läget för plattformen under förberedande utbildning, dess ställning flyttas till en annan arm under träning. - Före användning, sänk en 17 cm hög plattform diameter 10 cm i änden på en av hörnarmarna (NE, NV, SE eller SW). Se till den höjd som skall nedsänkt är en cm under vattenytan ytan. Tåg råttorna att nåmålplattformen användning av antingen en allocentric eller egocentriskt inlärningsstrategi, som är beroende på typen av paradigm används (se §4).
4. Grundläggande utbildning protokoll
OBS: Råttor typiskt försedd med en första dag av förberedande utbildning, som ger dem möjlighet att bekanta sig med labyrinten.
- För förberedande utbildning släpper råtta från den yttersta av en av mittarmarna (t.ex. S arm) och placera målet plattform vid änden av en av hörnarmarna (t.ex. NE), sedan ge råttorna 4 rad 60 sek försök på sig att nå målet plattformen.
- När det anländer till flyktplattformen, låta råttan det vänta 15 sekunder, så att de kan vila och observera sin omgivning. Oberoende av startpositionen, alltid blockerar motsatt arm med en transparent giljotindörr, som förhindrar inträde.
OBS: Under förberedande utbildning, lämna vattnet öppet och justera plattformen hanight så att den skjuter ut 1 cm över vattenytan, vilket sålunda gör det synligt för råttan. - Utför dagliga träningspass med upp till 4 försök i följd, åtskilda av en 10 sek gap minst (diskret utbildning, det vill säga, med intervaller på flera minuter mellan studier är ett alternativ).
- För utbildning, flytta plattformen från sin förberedande utbildning ställning till den valda armen (t.ex. NW), och dränka den i sin ände 1 cm under vattenytan. Nu gör vattnet ogenomskinlig genom tillsats av mjölk makt och utföra följande utbildning (avsnitt 4).
- För råttor som inte når målet plattformen inom 60 sekunder, återlämna dem till utgångsläget, och försiktigt vägleda dem till plattformen av försöksledaren.
- Mät flera variabler under utbildningen och probtillfällen, såsom avstånd simmade, latens till målarmen / plattform, tid i varje arm, liksom antalet initiala / repetitiva fel (se figur2). Tänk på att latenser kan påverkas av motorproblem. Om så har skett, avstånd och fel visas som mer tillförlitliga variabler om kognitiv förmåga.
- Allocentric Strategi Utbildning:
- Dag 1 - Pre-utbildning:
- Lägg inte till mjölkpulver för detta steg. Placera fly plattform utskjutande 1 cm ovanför vattenytan i en fast plats. Tåg råttor i 4 studier i rad för att nå plattformen.
- Days 2-5 - Utbildning:
- Lägg 250 g skummjölkspulver till vattnet för att göra det opakt. Flytta plattformen till en annan arm (t.ex. från NE till NV) och tillsätt vatten så att plattformen är 1 cm under vattenytan. Release råttor från antingen N eller S arm i oförutsägbara sekvenser för varje möte, så att båda armarna används dubbelt så rättegång start i en enda session (4 prövningar / dag, till exempel, SNNS, NSNS, se Figur 3).
- Dag 6 - Probe Session:
- Ta plattform för sonden rättegången. Släpp råttor från en annan arm som används under träning (t.ex. SW), och tillåta dem att simma under 60 sekunder. Se figur 4 för representativa simma spår. Analys av tiden tillbringas i målet armen (tidigare platsen för plattformen) ger en indikation om huruvida råttor använder en strategi för regional utveckling, en annan typ av strategi, en sekventiell kombination av olika strategier (se nedan), eller en oorganiserad sökmönster.
- Dag 1 - Pre-utbildning:
- Egocentrisk strategi Utbildning:
- Dag 1 - Pre-utbildning:
- Detta är samma som första steget i allocentric utbildningsstrategi (steg 4,1). Lägg inte till mjölkpulver för detta steg. Placera fly plattform utskjutande 1 cm ovanför vattenytan i en fast plats. Tåg råttor i 4 studier i rad för att nå plattformen.
- Days 2-5 - Utbildning:
- Tillsätt 250 gskummjölkspulver till vattnet för att göra det opakt. Flytta plattformen till en annan arm och tillsätt vatten så att plattformen är 1 cm under vattenytan. Release råttor från samma startarmen (S eller N, se Figur 5) för varje prövning (4 försök / dag).
- Dag 6 - Probe Session:
- Ta plattform för sonden rättegången. Råttor frigörs från en arm skiljer sig från där de släpptes under utbildningen. Låt råttorna att simma under 60 sekunder. Blockera motsatt arm med ett transparent giljotindörr.
OBS: Ändra ovanstående utbildningsstrategier för att i enlighet med kraven i det enskilda experiment, t.ex. Testa läkemedelseffekter osv.
- Ta plattform för sonden rättegången. Råttor frigörs från en arm skiljer sig från där de släpptes under utbildningen. Låt råttorna att simma under 60 sekunder. Blockera motsatt arm med ett transparent giljotindörr.
- Dag 1 - Pre-utbildning:
- Torka råttan bort med absorberande handdukar efter varje session i vattnet.
5. Analys
- Utför mätningar av latenser, initialt och upprepade fel, första val och svars typ Manually genom att spela in dessa variabler från filmerna tagna från den överliggande kameran.
- Alternativt om sådana finns, utnyttja kommersiellt tillgängliga video-mjukvara och konfigureras för att spela in dessa variabler automatiskt.
- Statistisk Analys:
OBS: specifikt genomförande av statistisk analys beror på studien, som pågår.- Utför en, två eller tre-vägs ANOVA om de inledande / repetitiva fel, latens till målarmen / plattform, och tid i målet armen; med faktorer som inkluderar testdagen, och behandlingsgrupp (er).
- Vid behov, följ dessa ANOVA med hjälp av post-hoc Newman-Keuls multipla jämförelser tester. Att jämföra prestanda, använder ett referensvärde (t ex, den tid som tillbringas i målet armen under en sond rättegång mot chansen nivån), och utför t-test.
- Om det behövs, använda icke parametriska statistik förutom (t.ex. χ², se nedan) eller i stället när villkoren för PARAMETRIC som inte är uppfyllda.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Egocentrisk Learning Strategy
En studie genomfördes för att fastställa huruvida den valda minnesstrategi råttor ändringar baserat på förändringar av deras perspektiv av externa miljö signaler, efter en egocentrisk lärande paradigm 25. Råttor tränades under 4 dagar (4 försök / dag) för att nå ett mål arm ligger på NE, och testades därefter på den femte dagen med hjälp av en missvisande sond rättegång, där startarmen var antingen flyttade 60 cm till vänster (dvs. , NE start för djur som släpps ut från N armen under träningen, SW start för djur utbildade från S arm), eller roteras 180 °. Under sonden rättegången, råttor visade att utveckla en preferens för procedurminnessvar när plattformen flyttades 60 cm till vänster om sitt normala läge (på 92,3% med 26 råttor, se figur 6). Det var uppenbart för råttor som utbildats i både N och armar (och senare släpptes från NE och SW arms under sonden rättegång, respektive). Däremot endast 8 av 25 råttor (32%) som släpptes från motsatt arm från det som de hade tränats i (det vill säga en förändring från N till S, och vice versa) hade visat en procedur svar, med en högre förekomst av place-svar. En χ 2-analys visade att skillnaden i denna fördelning var höggradigt signifikant (χ 2 = 19.80, p <0,001). I rotationsgruppen, 5 av de 13 råttorna, som släpptes från N armen under träningen, hade visat ett beteende som inte redogöra för antingen en plats eller formella svar (betecknad som "ANNAN" i figur 6), som var signifikant (χ 2 = 5,77, p <0,05). För att sammanfatta, råttor som hade släppts i sonden rättegången med en liknande miljöperspektiv som observerades under träning (60 cm i sidled) hade övervägande utnyttjat en egocentrisk strategi, medan råttor med stor changes i deras miljöperspektiv (via 180 ° rotation) hade visat en högre frekvens av plats eller "andra" svar.
Djup Brain Stimulation i Dorsal-striatum - Konsekvenser för procedur lärande
Den procedur lärande paradigm har använts i råttor, som genomgick djuphjärnstimulering (DBS) i rygg striatum 26, i ett försök att förstå hur det påverkar djurens förvärv och val av strategi i en vilseledande sond rättegång. Råttor delades in i tre grupper (stimulans, sken stimulering och kontroll) och tränades under tre dagar (4 försök / dag) att simma från startpositionen i arm, en flykt plattform gömd i NE armen. Omedelbart efter varje träningspass råttor administrerades DBS över 4 timmar i omväxlande 20 min perioder. Råttor senare en 20 sek sond rättegång 24 timmar efter den sista träningsdag där plattformen var Removed, och startplatsen skiftades 60 cm till vänster (SW armen). Även denna studie hade rapporterat inga signifikanta skillnader mellan stimulering (STIM) och sken stimulering (SHAM) grupper under förvärvs prestanda, hade de visade ett förändrat beteende under sonden rättegången. Prestanda för var och en av de grupper av råttor under sonden rättegången visas i figur 7 Även var och en av de tre grupper av råttor hade visat en ovan genomsnittlig tid som tillbringas i målet armen. (P <0,01, vid 2,9 sek chans nivå), Det fanns inga signifikanta skillnader mellan grupperna (F (2,42) = 1,4), enligt analys med användning av en envägs ANOVA (grupp). Chance nivå bestämdes i detta fall genom att dividera målarmen yta över den totala labyrint området, och multiplicera med sonden rättegången tid (20 sek). Dessutom fanns inga signifikanta skillnader mellan grupperna när det gäller latensen att nå den tidigare plattformen plats (F (2,24) = 0,5). Generellt sett var och en av grupperna avråttor som krävs mellan 8 och 11 sekunder för att nå arm där plattformen hade varit placerad under utbildningstiden, med mellan 6 och 8 sekunder tillbringade i målet armen (~ 35% av sond rättegång varaktighet). Detta var signifikant bättre än chansen nivån (vid 2,9 sek; p <0,01). Första arm valet var annorlunda mellan STIM och CONT råttor också, med 42% av Stims råttor väljer N armen (vilket tyder på en procedurminnessvar), 42% väljer NW (andra svar) som förstahandsval, och resterande 14 % välja NE armen (plats svar). Däremot simmade 65% av CONT-råttor direkt till N armen, med endast 7% välja NW en. Skillnaderna mellan dessa grupper var betydande, enligt bedömning med hjälp av en χ 2 statistik (χ 2 = 4,09, p <0,05). Sammantaget de iakttagelser som gjorts under sonden rättegången visar en modifiering av processer som ligger bakom procedurminnet hos råttorna som fått djuphjärnstimulering.
ProcedUral Memory Test i råttmodeller av Neurologiska
Schizofreni
Procedur inlärning och minne hos råttor har sond hjälp av djurmodeller som är relevanta för schizofreni, med hjälp av en egocentrisk-lärande strategi i dubbel H labyrint. Lecourtier och kollegor 27 studerat hur en neonatal ventral-hippocampus skada (NVHL) påverkar procedur minne hos råttor, vid postnatal dagar 84 - 87. Efter en dag av förberedande utbildning, råttor utbildat över 3 dagar i följd (4 försök / dag) i som de släpptes från S armen (med N armen blockerad av en transparent giljotindörr), och plattformen var belägen vid änden av NE armen. På nästa dagen i rad efter träningsperioden, en vilseledande sond rättegång ägde rum där plattformen togs bort och råttorna släpptes form SW armen (med S armen blockerad), och tilläts att simma under 60 sekunder.
Resultaten erhållna under 3-dagars training visar den genomsnittliga latensen för att nå plattformen (figur 8A, överst), och medelantalet fel görs (figur 8A, botten). Över 3-dagars träningsperiod, fanns en signifikant effekt av Training Day på plattform latens (F (2,38) = 46,67, p = 0.0000) och antalet fel som görs (F (2,38) = 7,06, p = 0,002), vilket återspeglades av en reducerad plattform latens och antalet fel (respektive), under hela utbildningen av båda grupperna av råttor. När man jämför prestandan hos båda grupperna av råttor fanns signifikanta effekter av skada på både plattformen latens (F (1,19) = 25,81, p = 0,00006), och även om antalet fel som görs (F (1,19 ) = 14,92, p = 0,001), i vilket fall NVHL råttorna visade sig utföra värre. Inga signifikanta interaktioner mellan Training Day och Lesion observerades när det gäller latensen att nå målet plattformen (F (2,38) = 0,34, p = 0,72) eller antalet fel (F (2,38) = 0,18, p = 0,18 ), vilket kan förklarasgenom närvaron av en liknande utveckling av förbättring i prestanda under hela utbildningstiden, för båda grupperna av råttor. Typiska simma spår som registrerats under början av utbildningen, och sonden rättegång visas i figur 9. Andelen första-val som råttor som användes under sonden rättegången analyserades med hjälp av en χ 2-test, i vilket fall jämförelser var gjorts utifrån hur stor andel av val som motsvarade en procedur lärande baserad strategi. Även 8/8 råttor från skengruppen (100%) hade visat en procedur lärande baserat val under sonden session hade bara 1/13 råttor från NVHL gruppen (7,7%) visas detta beteende, med de återstående val är i en arm som inte återspeglas av antingen en plats- eller procedur strategi (Figur 8B, botten). Dessa skillnader var statistiskt signifikanta (χ 1 2 = 17,23, p = 0.0000). Generellt sett, lyfta fram dessa fynd ett underskott i abitets av NVHL råttor a) förvärva uppgiften, och b) förvärva en procedurminnesbaserad respons, jämfört med skengruppen. Detta senare fynd avspeglar en rumslig desorientering i NVHL råttor.
Huntingtons sjukdom
Procedur inlärning och minne har också sonde i en transgen råttmodell av Huntingtons sjukdom (tgHD), med användning av en liknande paradigm som den som tidigare beskrivits 28. 40 tgHD råttor (25 hanar, 5 homozygota, 15 heterozygota, 5 vildtyp, och 15 kvinnor; 4 homozygota, 5 heterozygot, 5 vildtyp) testades i dubbel-H-labyrinten med användning av ett egocentriskt-inlärningsstrategi på 13 månader . Djuren tränades under 4 dagar med fyra försök per dag (dagarna 1 - 4; Figur 10A) följt av en enda sond prövning (prob 1, dag 5; Figur 10B). Dag 6, djur genomgick ytterligare 4 studier av utbildning, som sedan följdes av en andra sond rättegång Dag 7 (Probe 2; Figur 10C </ Strong>). Under utbildningsperioden alla tre grupper av råttor hade visat en gradvis förbättring i förvärvs prestanda, även om det fanns inga statistiskt signifikanta skillnader mellan dessa grupper (Figur 10D, genotyp F (2,43) = 2,9, p = 0,07). Trots detta finns det en tydlig tendens för homozygota råttor för inte utföra samt heterozygota och vild typ råttor under den första rättegången mot varje utbildning eller sond session, vilket kanske tyder på en informations minns underskott (Figur 10D , Genotyp × Trials, F (38.646) = 2,6, p <0,001).
Under både första och andra sond-prövningar fanns inga signifikanta skillnader mellan grupperna av råttor om latensen att nå plattformen plats (Figur 10E och F, Genotyp, F (2,34) = 1,6 och 0,1, båda ns), eller den tid som tillbringas i målet armen (Figur 10G och H, Genotype, F (2,34) = 2,7 och 1,3, båda ns). Men när mängden initiala och upprepade fel mellan grupperna bedömdes var homozygota råttor visat sig ha en signifikant ökning av antalet initiala fel (Figur 10i: Genotyp, F (2,34) = 11,1, p <0,001; efterhand Newman-Keuls test, homozygot tgHD> vildtyp, heterozygot tgHD, p <0,05), och upprepade fel (Figur 10J: Genotyp, F (2,34) = 12,1, p <0,001; post hoc Newman-Keuls test, homozygot tgHD> vildtyp, heterozygot tgHD, p <0,05). Sammantaget är dessa data tyder på en tydlig minnes underskott i tgHD råttor.
Allocentric Lärande och minne prestanda efter ett bilateralt Muscimol Inaktivering av mPFC eller dHip
Den roll som reuniens och romboid (ReRh) talamiska kärnor beträffande regleringen av Cortico-hippocampus interaktioner studerades i en allocentric-learning paraparadigmet använder dubbel H labyrint och ett bilateralt muscimol (MSCI) inaktivering av dessa områden i hjärnan 29. Ett experiment i denna studie beskrivs här, där råttor utbildat över 4 dagar (4 försök / dag), med flykten plattformen belägen vid änden av NE armen. De släpptes från antingen N eller S arm i en randomiserad sekvens (t.ex., S, N, N, S, se §4.7 för förklaring). Två prob prövningar gavs (1) 24 timmar efter de första 2 dagar av utbildning och (2) 24 timmar efter ytterligare 2 dagars utbildning. Således djur utbildades på dag 1, 2, 4 och 5; med sondförsök äger rum på dagarna 3 och 6. 30 minuter före varje sond rättegång, råttor infusion med 0,26 eller 0,70 nmol i 1 pl muscimol (MSCI) i den mediala prefrontala cortex (mPFC) eller rygg hippocampus (dHip). De återstående djuren infunderades med en ekvivalent volym av fosfatbuffrad saltlösning (PBS) som kontroll.
Under träningen (Dagar 1 - 2, och 4-5), enll grupper av råttor hade visat en jämförbar prestanda beträffande den totala sträckan simmat i labyrinten (Figur 11A-B). Medan avståndet simmat hade visat att förkorta över dagar (F (3159) = 59,3, p <0,0001), fanns det ingen signifikant effekt av hjärnregion (F (1153) = 0,2, ns), inaktivering (F (3,53) = 0,3, ns), och ingen signifikant interaktion mellan struktur och inaktivering (F (2,53) = 0,8, ns). Sammantaget visar detta en jämförbar mönster av lärande mellan alla grupper av råttor över 4 träningspass, med inga signifikanta skillnader mellan dem.
Representativa simma vägar för sonden och utbildningar visas i figur 11E. När det gäller den tid som tillbringas i stället arm var och en av de grupper av råttor (Figur 11C-D), var resultatet visat sig vara betydligt högre än chansen nivån för mPFC och dHip grupper förbehandlade med PBS på den andra sonden rättegången ( p <0,05), och ovanför chansnivå för mPFC-PBS-gruppen under den första sonden studien (p <0,05). När MSCI introducerades till mPFC, gjorde den tid som råttor i stället arm inte skiljer sig från en slump på båda sond rättegång, för antingen 0,26 eller 0,70 nmol koncentration. Däremot hade dHip-MSCI grupp tillbringade betydligt mindre tid i procedursvarsarmen (än slumpen) för båda koncentrationerna under den första sonden rättegången, men deras resultat skiljde sig inte från en slump under den andra sonden rättegången (båda koncentrationerna, igen). I den andra sonden rättegången, en 2 x 2 x 2 ANOVA av tiden tillbringas i stället armen (NE) signifikant struktur (F (1,53) = 11,2, p <0,01), inaktive (F (2,53 = 17,4, p <0,001), och sond rättegång (F (1,53) = 9,0, p <0,01) effekter. Vad detta visar är att förmågan hos kontrollråttorna att hitta plattformen armen förbättrades markant efter 4 dagars utbildning ( i motsats till 2 dagar) -. en effekt, som avbröts i både mPFC och dHip inaktive grupper Generally sett dessa störningar var mer uttalad i dHip grupper, särskilt med tanke på att resultatunderskott observerades för både 0,26 och 0,70 nmol koncentrationer av MSCI. Däremot de mPFC-inaktive underskott var mer uttalad vid högre koncentration av MSCI.
Figur 1. Dubbel H labyrint schematiska. Double-H labyrint upptar en 1600 x 1600 mm i kvadrat med en inre ytarea av cirka 1,084 m 2, och består av väggpaneler, giljotindörrar, tvärstavar, och genomskinliga överdrag vid slutet av varje arm (A). En 100 mm diameter, 140 mm högt cylindern är placerad vid änden av en av de mål armar för att tjäna som en flykt plattformen (B). Tjockleken hos väggpanelerna hela labyrinten är 6 mm. Ett fotografi av Double-H Maze visas (D;omtryckt från 24), med labyrint kanter markeras för tydlighets skull. För ytterligare information om labyrinten konstruktion, ritningar av labyrinten kan fås på begäran. Klicka här för att se en större version av denna siffra.
Figur 2. Layout av zoner för felanalys Fågel-syna beskådar av dubbel H labyrint, visar zonerna fel (EZ1 - EZ4) för 2 olika utgångslägen (South - A, North - B).. Felet zoner är markerade i grått och den slutna armen (via giljotindörren) är markerat i svart. Fel zoner bestäms utifrån eventuella avvikelser råttan kan göra från den kortaste vägen mellan start och mål armarna. Således efter släpps frånS arm (A), skulle ett första högersväng resultera i råtta in fel zon 1 (EZ1), som utgör ett första fel. Repetitiva fel räknas när detta händer mer än en gång, för varje zon. Den streckade linjen i B belyser ett exempel simma bana, vilket ställer råttan i alla 4 fel zoner innan det når målet i NW, vilket utgör 4 initiala fel (EZ1, ez3, EZ2 och EZ4). Utdrag från 24. Klicka här för att se en större version av denna siffra.
Figur 3. Protokoll som används i allocentric utbildningsstrategi En allocentric utbildning paradigm sker över 3 -. 4 dagar, och råttor ges upp till 4 försök per dag. Råttor frigörs från N (A) och S (
Figur 4. Exempel på simma spår från allocentric strategi utbildning. Simma spår exempel visas som streckade linjer under en sond rättegång, som gavs efter en 1 dagars fördröjning efter 4 utbildningsdagar (vid 4 försök / dag). Råttor utsläppt från S armen och plattformen avlägsnades från dess NW (training läge). I A motsvarar spåret till en latens för att nå den tidigare plattformen läge 6,62 sek och tiden i denna arm var 25,16 sek (chans på 8,2 sek). I B, motsvarar spåret till en latens av 14,02 sekund, med en tid som tillbringas inuti armen vid 26,45 sek. Utdrag från 24. Klicka här för att se en större version av denna siffra.
Figur 5. Protokoll Används i egocentrisk Strategi Träning. Under utbildningen (A), råttorna utsläppt från den N armen av den dubbla-H-labyrint (vit pil), med S armen sluten av en transparent giljotindörr. Flykten plattformen ligger i NV armen, och råttor utbildade för att hitta den här armen över 4 dagar i följd (vid 4 försök/ Dag). Under sonden rättegången var flyktplattformen bort och råttorna släpptes från antingen NE (B, vita pilen), eller S armen (C, vita pilen), med SE eller N armarna stängda, respektive. Sonden rättegången varade 60 sekunder och råttor skulle göra antingen en egocentrisk svar med hjälp av procedurminnet (simma till N, för NE start, simma till SE, för S start), en plats svar med hjälp av plats minne (simma till NW), eller ingetdera. Klicka här för att se en större version av denna siffra.
Figur 6. Utveckling under Probe Trial. Andel av svaren från varje av de 4 grupper av råttor visas för sonden rättegången. Oavsett råttor som utbildas från antingen N eller S armen, en förskjutning av startarmen vid 60cm till vänster (trans) resulterade främst förfarande svar (RESP; 92,3%). Men de två grupper av råttor som hade sin start arm roteras 180 ° (Rot) uppvisade en större mängd plats svar (PLATS). Detta tyder på att subtila förskjutningar i miljösynpunkt (i Trans-grupper) resulterade i fler råttor byter placera-minne för att hitta plattformen platsen. Svaren som var varken plats eller svar procedur betecknades som andra. Utdrag från 25. Klicka här för att se en större version av denna siffra.
Figur 7. Effekt av HFS på minnesprestandan i dubbel H labyrint. Råttor genomgick en 20 sek sond period som följer 3 dagars utbildning i en egocentrisk paradigm (4 försök / dag). Data visas for sond session som ägde rum på nästa dagen i rad, med stimulering (STIM), bluff-stimulering (SHAM) och kontroll (FORTS) grupper av råttor. Det fanns inga signifikanta skillnader observerades mellan de tre grupperna av råttor avseende den genomsnittliga latensen för att nå utbildningsplattform läge (A), och under tiden tillbringas i målet armen (B). I B, * representerar en signifikant skillnad i tid tillbringas i målet armen från slump nivå (vilket indikeras av en kläckt linje, p <0,05). När det gäller det genomsnittliga antalet fel som görs av varje grupp under de första 20 sekunder, var en signifikant skillnad observeras mellan STIM och CONT grupper (p <0,05). Andelen procedur, plats och "övriga" svar för varje grupp visas i (D), som vita, grå och svarta streck, respektive. Skillnaden mellan Stim och CONT råttor när det gäller N och NW svar var signifikant (χ 2 = 4,09, P <0,05), som kanske belyser en förändrad användning av procedur strategi i Stim under sonden sessionen. Utdrag från 26. Klicka här för att se en större version av denna siffra.
. Figur 8. NHVL-inducerad underskott av process minne Under vart och ett av de tre utbildningsdagar, råttor med neonatala ventrala hippocampus lesioner (NVHL) tillbringade en betydligt större mängd tid att nå målet plattform än skenopererade djur (A, överst). Dessutom gjorde NVHL gruppen fler fel före lokalisera målplattform (A, botten). Labyrinten layout under sonden rättegången visas i B (överst), med start armen ligger i SW, och var och en av de tillgängliga vapen belysas på grundvalråttorna valda strategi när de släpps ut i labyrinten: plats svar (PLATS, NE), procedurminnet (PROC, N) och inte heller (ÖVRIGT; NV och SO). S armen avslutades med en giljotindörr. Under sonden rättegången NVHL råttor visade en övervikt av andra svar som stod för varken plats eller procedurminnet, i motsats till den sken grupp som hade alla visas procedur svar (B, botten). Övergripande försämrad utbildning prestanda och bristen på tydlig strategi under sonden session i NVHL råttor visar inlärningssvårigheter och spatial desorientering, respektive. Utdrag från 27. Klicka här för att se en större version av denna siffra.
Figur 9. Typiska simma spår under träning och retention. Typiska simma spår visas för både skenopererade (SHAM) och neonatal ventrala hippocampus lesionen (NVHL) grupper, för de första och fjärde försök under den första testdagen (övre och mellersta), och under sonden studien ( botten). Under träningsfasen N armen var stängt med ett transparent giljotindörr, och råttor släpptes från S armen. Under sonden sessionen startarmen som användes under träning (S) tillsluten med ett transparent giljotindörr, och råttor släpptes från SW armen. Ett "x" betecknar den plats där råttor togs ut ur labyrinten efter 60 sek försöksperioden hade förflutit. En procedur-minnessvar räknades när råttan hade flyttat först till N armen. Utdrag från 27. Klicka här för att se en större version av denna siffra.
Figur 10. Utbildning och kvarhållande prestanda i råttmodeller av Huntingtons sjukdom. Utbildningen (A) och sond (BC) konfigurationer av dubbel H labyrint på 13 månader visas, inklusive startpunkter (som betecknas med en vit pil) och avspärrat armen (markerat i grått). Under träningsfasen, råttor simmade från N armen till en plattform, som var belägen vid änden av NW armen. Under sond sessioner plattformen togs bort, och råttor släpptes formen antingen NE armen (Probe 1, B) eller S armen (Probe 2, C). I båda fallen en kläckts linje indikerar en procedurminnen baserade svar, medan en heldragen linje indikerar en plats-minnessvar. Latens för att nå plattformen under träning (D), är Prob 1 (E) och sond 2 (F) sessioner visas för tregrupper av råttor. Den tid som råttorna tillbringade i mål-armen (föregående plattform läge) under det första (G) och andra (H) sond sessioner visas också, med den streckade linjen som representerar chansen-nivå (8,25 sek). Den ursprungliga (I) och repetitiva (J) fel under vart och ett av de utbildnings- och sond sessioner visas för varje grupp. Alla data visas som medelvärde ± SEM. Utdrag från 28. Klicka här för att se en större version av denna siffra.
. Figur 11. Utbildning och kvarhållande prestanda hos råttor med dHip eller mPFC Inaktive Alla grupper av råttor utbildades på dagarna 1 - 2 och 4-5 med hjälp av en allocentric-lärande paradigm (4 försök / dag), med sond sessions sker på dagarna 3 och 6. Under sessionen sond råttor släpptes från SW armen, med NE armen stängd av en transparent giljotindörr (E). Råttor fick en bilateral infusion av antingen 0,26 eller 0,70 nmol MSCI eller PBS, till antingen den mediala prefrontala cortex (mPFC) eller rygg hippocampus (dHip) före varje sond session. Medelavståndet simmat för mPFC (A) och dHip (B) råttor innan det når fly plattform visas för var och en av utbildningsdagar, med ingen signifikant skillnad mellan grupperna. Under sonden rättegången, är den tid som tillbringas i målet platssvarsarmen (NE) under 60 sek perioden visas (CD). Typiska simma banorna visas för var och en av grupperna av råttor under sondsessionen (E). Alla data visas som medelvärde ± SEM, med # som indikerar en signifikant skillnad jämfört med PBS (p <0,05), och * indikerar en signifikant skillnad jämfört med en slump (p <0,05; chance nivå visas som en streckat linje). Klicka här för att se en större version av denna siffra.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Kommentarer till studie Design och analys
Sedan dess utformning, har dubbel-H labyrint använts i ett antal beteendeförsök på råttor, som tillsammans var avsedda att studera egocentriska och / eller allocentric svar hos råttor under normala 24,25 och förändrade 26-29 hjärntillstånd. De senare studierna ingår striatal djuphjärnstimulering (DBS) 26, djurmodeller av neurologiska sjukdomar 27,28, samt bilaterala inaktiveringar av olika Cortico-hippocampus i hjärnan regioner använder muscimol 29. Många av de studier som beskrivs användas antingen en allocentric- eller egocentriska-learning strategi, som sammanfattas i §4.7 och §4.8 respektive; även subtila variationer kärn paradigm (t.ex. en 180 ° rotation i startarmen under en vilseledande sond rättegång 25) görs när så är lämpligt för den aktuella studien. Den specifika arten av denna utbildning paradigm berors på studien, som pågår (t.ex. 24-29). En initial fel räknas när råttan avviker från den korrekta mål banan tillbaka in i antingen startarmen eller in i en ny labyrint segment, för första gången. En återkommande fel räknas när detta händer mer än en gång. Den korrekta mål banan definieras som den kortaste vägen mellan startposition och plattform / målarmen. Till exempel om utgångsläget är i arm, och fly plattformen är i NV armen, de resulterande 4 fel zoner (EZ1 - EZ4) ligger i SW, NE och SE vapen, samt östra delen av den centrala gränden (Figur 2A). Exemplet simma spår i figur 2B representerar 4 inledande fel, som råttan hade besökt var och en av de fyra fel zoner gång. Råttor endast anses ha skrivit en arm / maze segment när alla 4 tassar är inuti.
Statistisk Analys
Med tanke på den snäva correlaning mellan latensen (mellan startpositionen och plattform) och avståndet simmat, varvid den senare variabeln är ofta utelämnas. Men hos råttor visar uppenbara motoriska problem, avståndet eller antalet fel verkar en mer tillförlitlig variabel. För råttor, som har utbildats på ett egocentriskt paradigm, deras första dopp val inne i dubbel-H labyrint under sonden rättegången utgör antingen en egocentrisk, allocentric eller "ANNAN" svar, beroende på var de simmar först. Detta analyseras med en χ 2 statistik. När det gäller den tid som råttorna tillbringade i målet armen under sond prövningar har chansen-nivå beräknas utifrån hur stor andel av ytan i denna arm, i förhållande till resten av labyrinten (13,76%). Således 13,76% x 60 sek = 8,25 sek.
Ändring av utbildningsstrategier för t.ex. Testa läkemedelseffekter etc.
Många anpassningar till standard allocentric och egocentriska lärandeprotokoll har använts på olika studier, som har testat råttor i dubbel H labyrint. Frekvensen och varaktigheten av utbildningar kan konfigureras enligt ett särskilt protokoll. Exempelvis Pol-Bodetto och kollegor variera antalet testdagar (2, 4 eller 6, såväl som antalet försök per dag (3 eller 4) 24. Vidare, medan huvuddelen av studierna utnyttjar en 60 sek sond prov (t.ex., 24,25,27-29), Schumacher och kollegor använde 20 sek 26. Djur kan behandlas med läkemedel, antingen före träning 24 eller innan sonden sessionen 29. Slutligen, platsen för startpositionen under sonden session kan varieras för att ge djuren en liknande (t.ex. Schumacher et al. 26) eller påtagligt förändras (t.ex. 24,25) första uppfattning om de extra labyrint ledtrådar.
Allmänna överväganden
Den dubbel H labyrint uppgift har bevisat detsjälv vara en enkel minnesuppgift, som snabbt kan förvärvas av gnagare, och kräver inga tidigare förstärkningstekniker såsom mat begränsning. Dess grundläggande princip innebär råttor simning för att nå en dold fly plattform, och därefter lära sin position, likt Morris Water Maze. Råttor kan tränas till en stabil utveckling i så lite som 2 dagar (6 försök / dag), vilket ger denna uppgift en stor fördel när det gäller tidsmedvetna studier såsom prekliniska applikationer och läkemedelsscreening. Utbildningen protokollet kan skräddarsys för att passa en allocentric eller egocentriskt lärande paradigm, och sondförsök ägt rum i hela kan ge en inblick i den dynamiska balansen mellan de två minnessystem som styr dessa beteenden, inklusive möjligheten av råttor för att byta från ett system till den andra. Slutligen kan många anpassningar av standardprotokoll (t.ex. en sidoförskjutning av startarmen, jämfört med en rotation) utföras för att förstärka the användningen av en särskild strategi på ett vilseledande sond rättegång 25.
Förvärv och Trace Längd
I ett stort antal studier med hjälp av dubbel H labyrint, både allocentric 24,29 och egocentriska 24-28 utbildning paradigm har lett till stabila minne spår, även i närvaro av amnestiska droger, skador och högfrekvent stimulering (se nedan). Särskilt i en allocentric protokoll (se §4.7) råttor inte kan utveckla en rutin för att lösa uppgiften, eftersom utgångsläget är randomiserade tvärs försöken (huvudsakligen N eller S; mer kan användas för att öka den rumsliga efterfrågan av uppgiften ). Prestanda hela uppgiften har mätts genom att räkna de första och repetitiva fel (avvikelser från uppgiften mål), samt att mäta latensen att nå målet arm / plattform. Ytterligare åtgärder som gjorts under de vilseledande sondförsök omfatta tiden på plats-svarsarmen, liksom den initiala cAL råttor som ställs på släpps ut i labyrinten. Genomgående i de studier som har ägt rum hittills, dessa variabler har sett att gradvis förändras över den relativt korta träningsperiod på ett stabilt sätt, vilket återspeglar en prestandaförbättring. Till exempel i en sex dagars allocentric lärande protokoll råttorna sig reducera antalet initiala fel (från ~ 2 till nästan 0) och repetitiva fel (från ~ 0,5-0), liksom deras latens att nå flyktplattformen (från ~ 35 sek till ~ 10 sek) 24. Under denna studie var det uppenbart i sond prövningar som råttor hade lärt och kunde hämta placeringen av flyktplattform, vilket framgår av den genomsnittliga latensen att gå in i målet armen är under 8 sekunder (i motsats till den genomsnittliga första rättegången latens av 42,8 sek). Vidare råttor har visat sig bibehålla placeringen av flyktplattformen även vid den längsta efter förvärvet fördröjning (18 dagar) mellan den sista träningsdagen och sonden sessionen 24. Dessutom har inga statistiska belägg för prestandaförsämring finns på kortare fördröjningar (1 och 5 dagar).
Växla från Place to procedur minne
Tidigare Packard och McGaugh 7 hade visat tendens för råttor för att byta från en plats till en procedur svar, när de hade fått en repetitiv uppgift i en tvär labyrint. I detta experiment råttor gående frigöras från samma startpunkt för att nå ett livsmedel belöning vid en annan fast punkt. Saline råttor hade visat en åtgärdsstrategi står för plats minne efter 8 dagars utbildning, och procedurminnet efter 16 dagars utbildning; i vilseledande sondförsök varvid startarmen flyttades till en annan plats. Detta fenomen har senare visat följande utökade lärande i dubbel-H procedur labyrint 24,25, där råttor konsekvent frigörs från samma startarmen (med en egocentrisk strategy; se §4.8). I en av de första studierna, som utnyttjade den dubbel H labyrint, konstaterades det att subtila förändringar i miljöperspektiv i en vilseledande sond rättegång (lateral en 60 cm skifta i startposition), lett till främst svar i råttor processuella, i motsats till råttor som hade genomgått en 180 ° förskjutning i startplatsen och hade därefter visade en betydligt högre förekomst av plats svar 24. Denna effekt tillskrevs råttor utnyttjar en procedurbaserad strategi när deras miljöperspektiv var tillräckligt lika för att det ses under träningarna. Detta utforskas ytterligare i en senare studie som tog hänsyn till utgångsläget (råttor delas upp i N och S arm startposition), i vilka grupper av råttor utbildade från antingen N eller S arm upplevt antingen horisontellt eller roterande skift, den senare varav påtagligt förändrat den inledande miljöperspektiv på labyrinten 25. De fann inte bara liknande resultat regarding valet av strategi baserad på den inledande miljöperspektiv, men även detta val var relativt oföränderliga i det läge i vilket råttor ursprungligen utbildad i labyrinten. Sammantaget dessa observationer visar att justeringar av utgångsläget i dubbel H labyrint (under vilseledande sond prövningar) kan underlätta antingen en processuell eller plats svar, beroende på hur skiljer sig markant råttorna inledande perspektiv på miljö signaler är. För stora skillnader, vilket kan ses hos råttor som börjar från motsatt arm som de har utbildats, tillgripa de främst att placera minne. Detta är intressant eftersom det visar en förmåga för råttor att byta till en tidigare lärt plats-minne på efterfrågan, när situationen kräver det, och även ytterligare förstärker tidigare resultat som tyder på att råttor lära sig en procedur svar efter att ha förvärvat uppgiften med hjälp av platsen minne 7. Detta kan vara till nytta i framtida studier där experimenter kanske vill veta om en råtta kan växla från procedur att placera minnet efter en viss behandling.
Prestanda Brister i djurmodeller av minnesförsämring
Sedan dess utformning, har dubbel-H labyrint använts i flera studier som utvärderade effekterna av minnesstörningar hos gnagare, genom selektiva hippocampus lesioner 27, inaktivering av Cortico-hippocampus hjärnregioner 29, striatal djuphjärnstimulering (DBS) 26, samt genom användning av olika systemiskt administrerade läkemedel 24. Medan alla dessa exempel hade visat prestandaskillnader i efterutbildningssondförsök, hade resultatet av behandlade och kontrollråttor normalise i slutet av träningen. Detta belyser enkelheten i uppgift att det snabbt kan förvärvas även i närvaro av läkemedel som påverkar kolinerga eller glutamaterg neurotransmission 24, för jagnstance. Olika förändringar i prestanda hade noterats i sond sessioner. DBS av rygg striatum hade avslöjat en betydligt förändrad fördelning av plats / procedur / andra svar hos råttor (jämfört med kontrollråttor) som genomförde en vilseledande sond rättegång följande, en egocentrisk lärande paradigm 26. Detta föreslogs för att resultatet av en modifiering av de neurala processer som ligger bakom procedurminne, i råttorna som hade mottagit DBS. Bilateral muskimol inaktivering av Cortico-hippocampus hjärnregioner (vid 0,70 och 0,26 nmol) visade sig inducera stora underskott i strategin växling när råttorna testades på en vilseledande sond rättegång 29. I denna studie var det märkt att dessa underskott var också närvarande genom bilaterala inaktivering av reuniens och romboid (ReRh) talamiska kärnor, som därefter markerade sin eventuella roll i strategin att flytta i uppgifter som kräver både kortikala och hippocampus informationsutbyte. Minnes underskott idjurmodeller av neurologiska sjukdomar har också bedömts i dubbel H labyrint 27,28. Råttor med neonatala ventrala hippocampus lesioner (NVHL) hade visat en betydligt längre latens för att nå målet plattformen (p = 0,00006) samt ett ökat antal fel som görs (p = 0,001), jämfört med kontrollråttor 29. Dessutom hade NVHL råttor visas i första hand svar under sonden rättegången som hade stod för varken plats eller procedurminnet (i motsats till de kontrollråttor som hade alla visade svar processuella), vilket markerade en rumslig oordning. Slutligen, transgena råttmodeller av Huntingtons sjukdom hade visat tydliga minnes underskott under sondförsök, efter en procedur lärande paradigm 28. Sammantaget understryker detta bevis en spännande roll för dubbel-H labyrint för att utnyttjas i studier som bedömer neurologiska funktionsnedsättningar (och potentiella behandlingsalternativ) hos djur, eftersom det gör det möjligt för en fin cKONTROLL över den typ av lärande och strategi som krävs för att genomföra uppgifter.
Fördelar och nackdelar
För att sammanfatta tidigare diskussion, är den dubbla-H-labyrint ett enkelt och snabbt förvärvad uppgift, vilket kan leda till stabila minne spår. Dessutom kan det göra det möjligt för försöksledaren att styra vilken typ av lärande som är inblandade, nämligen allocentric eller egocentriska lärande. De dynamiska interaktioner mellan dessa två minnessystem kan observeras i en sond prov, och bedömas under olika förhållanden (t.ex. lesioner, droger, DBS), såsom tidigare beskrivits. Med tanke på att dubbel H labyrint är en vattenlabyrint, en av dess främsta nackdelar innebär akut stress för djuren när de placeras inne i vattnet, som med alla vattenlabyrint (t.ex. 30). Dessutom är många av de beroende variablerna i uppgiften (t.ex. att latens målplattform) kräver normalt motorprestanda hos råttor. Detta är viktigt eftersområttor med motoriska funktionsnedsättningar (t.ex. modeller av Parkinsons sjukdom) är kända för att simma annorlunda för att kontrollera djur, alltså längre latenser i uppgiften kan vara felaktigt tolkas som minnes nedskrivningar. I sådana fall kan avstånd användas som en sista utväg. Med tanke på att vattnet måste göras ogenomskinliga med hjälp av skummjölkspulver måste labyrinten tömmas och fyllas på varje dag för att hindra vattnet från att bli härsken, som i sig är en tidskrävande uppgift, beroende på laboratoriet installationen. Mjölkpulver, dock skulle kunna ersättas med en syntetisk färgämne. Slutligen, till skillnad från andra labyrint uppgifter, användningen av vatten förhindrar användningen av samtidig EEG inspelning (med användning av antingen en kabel tjuder eller trådlöst registreringssystem), såvida inte en) ett implanterbart system används (som sällan har transmissionsområdet för att täcka dubbel- H labyrint), eller b) försök görs för att vattentäta systemet.
Framtida Förbättringar denna metod
Sedan dess conception, har dubbel-H labyrint varit inblandad i flera studier, vilka var och har gjort subtila anpassningar till standardprotokoll, som beskrivs i representativa resultat. Många andra variabler kan registreras som är relevanta för de framtida studier som kommer att äga rum, såsom det andra valet råttorna gör efter en procedur svar under en sond session. Till exempel råttor kan växla placera minnet omedelbart efter att ha upptäckt att fly plattformen saknas (negativ återkoppling). Andra beteendemätningar kan innefatta en analys av hastigheten för simning, liksom egenskaperna hos simma gestaltat sig för råttan. Som observerats under interna undersökningar, råttor som simmar längs en viss sida av en dubbel H arm har en tendens att vända i just den riktningen när de når följande korsningen. Sådana beteenden kan registreras med hjälp av kommersiellt tillgängliga video-mjukvara. Slutligen, när det gäller den nuvarande allocentric-learning-protokollet, det kan inte uteslutas attDetta förfarande kan leda råttor till utvecklingen av två rutiner. Vidare startpunkten i sonden försöket kan vara samma som en av de träningsutgångspunkter. Således en mer lämpligt protokoll för att träna en allocentric strategi kan bestå av att använda 4 startande armar / dag från där råttan släpps på ett oförutsägbart sekvens (t.ex. N, NW, SO, S, S, N, NW, SE, etc. ). En av de återstående armarna skulle vara där utrymningsplattform ligger under alla träningspass (t.ex. NE), den andra är stängd under träningen, men används som startarmen för sonden rättegången (t.ex. SW). Det finns inga publicerade resultat med detta protokoll, har pågående experiment visat att detta protokoll fungerar perfekt med mycket mindre tvivel om den rumsliga karaktären hos lärandet.
Slutsats
Den dubbla-H är en effektiv och tillförlitlig labyrinttest, som kan användas för att bedöma plats och förfarande inlärning hos råttor. Dessrelativt korta anskaffningstider gör den idealisk för snabba prekliniska utvärderingar av läkemedelskandidater, och bristen på prestandaförsämring under nästan 3 efter förvärvet veckor belyser en roll i identifiering av Spatiotemporal dynamiken i avlägsna minnen på systemnivå. Dessutom möjliggör det för studier baserade på den dynamiska samspelet mellan formella och deklarativa minnessystem.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Författarna har ingenting att lämna ut.
Acknowledgments
Detta arbete stöddes av universitetet i Strasbourg och Neurex-neurovetenskap Rhin Network (post-doc stipendium till RP) och BrainLinks-BrainTools Cluster of Excellence finansieras av det tyska Research Foundation (DFG, bevilja EXC 1086). Vi tackar Nadja Martini för teknisk experthjälp.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Rats or Mice | Charles River | ||
| Towels for drying | University Hospital | 1 / animal | |
| Water | ~200 L / day | ||
| Skim milk powder | Grocery store | 250 g / 200 L water | |
| Garden Hose | Hardware store | ||
| Drying rack for towels | Hardware store | ||
| Kinect camera | Kinect | ||
| PC computer | any |
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Double H Maze, (plexiglass) (Custom-Built) | |||
| External lateral walls, 1600 × 350 × 6 mm | 2 | ||
| Internal lateral walls, 706 × 350 × 6 mm | 8 | ||
| Central corridor panels, 500 × 350 × 6 mm | 4 | ||
| Arm extremities, 188 × 350 × 6 mm | 6 | ||
| Guillotine doors, 187 × 350 × 6 mm | 3 | ||
| Extremity covers, 200 × 250 mm | 6 | ||
| Crossbars, 200 × 40 mm | 6 | ||
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Double-H Maze Platform (to be ballasted) (Custom-Built) | |||
| Metal platform, 100 mm diameter × 150 mm | 2 | ||
| Platform cover, 100 mm diameter × 6 mm | 2 | ||
References
- Izquierdo, I., et al. The connection between the hippocampal and the striatal memory systems of the brain: a review of recent findings. Neurotoxicity Research. 10 (2), 113-121 (2006).
- Albouy, G., et al. Both the hippocampus and striatum are involved in consolidation of motor sequence memory. Neuron. 58 (2), 261-272 (2008).
- Albouy, G., et al. Interaction between Hippocampal and Striatal Systems Predicts Subsequent Consolidation of Motor Sequence Memory. Plos One. 8 (3), (2013).
- Chang, Q., Gold, P. E. Intra-hippocampal lidocaine injections impair acquisition of a place task and facilitate acquisition of a response task in rats. Behav Brain Res. 144 (1-2), 19-24 (2003).
- McDonald, R. J., Hong, N. S., Devan, B. D. The challenges of understanding mammalian cognition and memory-based behaviours: an interactive learning and memory systems approach. Neurosci Biobehav Rev. 28 (7), 719-745 (2004).
- Packard, M. G. Anxiety cognition, and habit: a multiple memory systems perspective. Brain Res. 1293, 121-128 (2009).
- Packard, M. G., McGaugh, J. L. Inactivation of hippocampus or caudate nucleus with lidocaine differentially affects expression of place and response learning. Neurobiol Learn Mem. 65 (1), 65-72 (1996).
- Lawrence, A. D., et al. Executive and mnemonic functions in early Huntington's disease. Brain. 119 (Pt 5), 1633-1645 (1996).
- Lawrence, A. D., Watkins, L. H., Sahakian, B. J., Hodges, J. R., Robbins, T. W. Visual object and visuospatial cognition in Huntington's disease: implications for information processing in corticostriatal circuits. Brain. 123 (Pt 7), 1349-1364 (2000).
- Walker, F. O.
- Cushman, L. A., Stein, K., Duffy, C. J. Detecting navigational deficits in cognitive aging and Alzheimer disease using virtual reality). Neurology. 71 (12), 888-895 (2008).
- Liu, L., Gauthier, L., Gauthier, S. Spatial disorientation in persons with early senile dementia of the Alzheimer type. A`m J Occup Ther. 45 (1), 67-74 (1991).
- Mapstone, M., Steffenella, T. M., Duffy, C. J. A visuospatial variant of mild cognitive impairment: getting lost between aging and AD. Neurology. 60 (5), 802-808 (2003).
- Vliet, E. C., et al. The neuropsychological profiles of mild Alzheimer's disease and questionable dementia as compared to age-related cognitive decline. J Int Neuropsychol Soc. 9 (5), 720-732 (2003).
- Hanagasi, H. A., et al. Cognitive impairment in amyotrophic lateral sclerosis: evidence from neuropsychological investigation and event-related potentials. Brain Res Cogn Brain Res. 14 (2), 234-244 (2002).
- Robbins, T. W., Murphy, E. R. Behavioural pharmacology: 40+ years of progress, with a focus on glutamate receptors and cognition. Trends Pharmacol Sci. 27 (3), 141-148 (2006).
- Paul, C. M., Magda, G., Abel, S. Spatial memory: Theoretical basis and comparative review on experimental methods in rodents. Behav Brain Res. 203 (2), 151-164 (2009).
- Hodges, H. Maze procedures: the radial-arm and water maze compared. Brain Res Cogn Brain Res. 3 (3-4), 167-181 (1996).
- Kesner, R. P., Farnsworth, G., Kametani, H. Role of parietal cortex and hippocampus in representing spatial information. Cereb Cortex. 1 (5), 367-373 (1991).
- Barnes, C. A. Memory deficits associated with senescence: a neurophysiological and behavioral study in the rat. J Comp Physiol Psychol. 93 (1), 74-104 (1979).
- Whishaw, I. Q., Cassel, J. C., Jarrad, L. E. Rats with fimbria-fornix lesions display a place response in a swimming pool: a dissociation between getting there and knowing where. J Neurosci. 15 (8), 5779-5788 (1995).
- Staay, F. J., Raaijmakers, W. G., Lammers, A. J., Tonnaer, J. A. Selective fimbria lesions impair acquisition of working and reference memory of rats in a complex spatial discrimination task. Behav Brain Res. 32 (2), 151-161 (1989).
- Olton, R. S., Samuelson, R. J. Remembrance of places past: Spatial memory in rats. J Exp Psych. 2 (2), 97-116 (1976).
- Pol-Bodetto, S., et al. The double-H maze test, a novel, simple, water-escape memory task: acquisition, recall of recent and remote memory, and effects of systemic muscarinic or NMDA receptor blockade during training. Behav Brain Res. 218 (1), 138-151 (2011).
- Cassel, R., Kelche, C., Lecourtier, L., Cassel, J. -C. The match/mismatch of visuo-spatial cues between acquisition and retrieval contexts influences the expression of response vs. place memory in rats. Behavioural Brain Research. 230 (2), 333-342 (2012).
- Schumacher, A., de Vasconcelos, A. P., Lecourtier, L., Moser, A., Cassel, J. C. Electrical high frequency stimulation in the dorsal striatum: Effects on response learning and on GABA levels in rats. Behavioural Brain Research. 222 (2), 368-374 (2011).
- Lecourtier, L., et al. Intact neurobehavioral development and dramatic impairments of procedural-like memory following neonatal ventral hippocampal lesion in rats. Neuroscience. 207, 110-123 (2012).
- Kirch, R. D., et al. Early deficits in declarative and procedural memory dependent behavioral function in a transgenic rat model of Huntington's disease. Behav Brain Res. 239, 15-26 (2013).
- Cholvin, T., et al. The ventral midline thalamus contributes to strategy shifting in a memory task requiring both prefrontal cortical and hippocampal functions. J Neurosci. 33 (20), 8772-8783 (2013).
- Hooge, R., De Deyn, P. P. Applications of the Morris water maze in the study of learning and memory. Brain Res Brain Res Rev. 36 (1), 60-90 (2001).
