Abstract
Romlig erkjennelse forskning i gnagere vanligvis sysselsetter bruk av labyrinten oppgaver, hvis attributter varierer fra en labyrint til den neste. Disse oppgavene varierer etter deres atferdsmessige fleksibilitet og nødvendig minne varighet, antall mål og stier, og også den generelle oppgaven kompleksitet. En confounding funksjon i mange av disse oppgavene er mangelen på kontroll over strategi ansatt i gnagere for å nå målet, f.eks allocentric (deklarative-lignende) eller egosentriske (prosedyre) basert strategier. Den doble-H labyrint er en ny vann flukt minne oppgave som løser dette problemet, ved at eksperimentator å dirigere type strategi lært i løpet av kursperioden. Den doble-H labyrint er en transparent enhet, som består av en sentral alleyway med tre armer som stikker ut på begge sider, sammen med en fluktplattformen senkes ved enden av en av disse armer.
Rotter kan trenes ved hjelp av en allocentric strategi ved å alternere start posisjon i labyrinten på en uforutsigbar måte (se protokoll 1; §4.7), og dermed krever dem til å lære plasseringen av plattform basert på de tilgjengelige allothetic signaler. Alternativt en egosentrisk læringsstrategi (protokoll 2; §4.8) kan benyttes ved å frigjøre rotter fra samme posisjon under hvert forsøk, før de lærer det prosessuelle mønster som kreves for å nå målet. Denne oppgaven har vist seg å muliggjøre dannelse av stabile minne spor.
Minnet kan analysert etter opplæringsperioden på en misvisende probe rettssak, der startposisjon for rotter varamedlemmer. Etter en egosentrisk læring paradigme, rotter ofte ty til en allocentric-basert strategi, men bare når deres første visningen på ekstra-labyrint pekepinner skiller seg markant fra sin opprinnelige posisjon. Denne oppgaven er ideell for å utforske effekten av narkotika / perturbasjoner på allocentric / egosentriske minneytelse, samt samspillet mellom these to minnesystemer.
Introduction
Hos dyr er læring hovedsakelig mediert av de hippocampal- og striatale basert minne systemer 1,2, som spiller sentrale roller angå sted- og prosessuelle-minne, henholdsvis. Forholdet mellom disse to systemene er komplekse, og de er kjent for å samhandle med hverandre i samarbeids eller konkurrerende oppførsel 1,3. I tillegg har studier vist at påvirkningen av hver av disse hukommelsessystemer på dyrs oppførsel kan øke som følge av fravær eller skade av det andre systemet 4-7. Begge disse systemene er forbundet med den prefrontale cortex via thalamus.
Mange nevrologiske lidelser og nevrodegenerative sykdommer kan påvirke romlig erkjennelse hos mennesker som er avhengige av samspillet mellom prosessuelle og deklarativ minne systemer. Eksempler inkluderer Parkinsons sykdom (PD), Huntingtons sykdom (HD) 8-10, Alzheimers sykdom (AD) 11-14, samtamyotrofisk lateral sklerose (ALS) 15. Dyremodeller, som er relevant for disse lidelsene kan induseres gjennom ulike medikamentelle behandlinger som blokkerer visse reseptorer 16, samt gjennom målrettede lesjoner. Når slike dyr brukes med romlige hukommelsesoppgaver, kan en verdifull innsikt oppnås i de underliggende mekanismene knyttet til disse lidelsene, samt til ulike behandlingstilbud.
Det finnes mange forskjellige typer av romlig hukommelsesoppgaver i gnagere, som samlet er konstruert for å vurdere bestemte aspekter av læring og hukommelse, så vel som effekten av mulige behandlinger for forskjellige forstyrrelser 17,18. Disse oppgavene kan være preget av antall mål og veier, graden av atferds fleksibilitet i å løse oppgaven, minnet varighet eller forsinkelse, samt valg av strategi som brukes for å løse oppgaven. En god prestasjon kan erverves basert på eksterne signaler eller landemerker som brukes til å orienteredyret mot mål (en allocentric eller sted strategi). Alternativt kan en gnager utvikle en strategi som er basert på kroppslige retning og signaler med hensyn til retning for å bevege seg i (en egosentrisk eller prosedyre strategi), f.eks hvis en rotte vet at målet er en venstresving etterfulgt av en høyresving , så er det lite behov for en allocentric eller sted strategi. Maze oppgaver ofte variere basert på graden av fleksibilitet tilbys til gnager i å løse dem. For eksempel, i Morris Water Maze, en tørr versjon av sistnevnte (f.eks, 19) eller Barnes labyrinten (f.eks, 20), er det potensielt uendelig ruter rat kan ta for å nå målet. I Morris Water Maze, for eksempel plasseringen av målet kan læres basert på eksterne landemerker eller signaler (allocentric strategi), eller ved å svømme i sirkler mot sentrum inntil plattformen er funnet (egosentriske strategi) 21. Enkelte oppgaver har flere målog en høy grad av fleksibilitet, slik som kjegle feltet oppgave 22 eller Olton største radial labyrint 23. I den andre enden av skalaen er oppgaver, som gir begrenset fleksibilitet i å nå målet, for eksempel, steinen labyrinten, eller vekslende versjonen av T-labyrint. Disse oppgavene gir bare én riktig måte å nå målet, og legge til rette for fremveksten av kognitive rutiner som er i hovedsak styrt av striatum-baserte saksbehandlingsminnesystem.
Den doble-H labyrint er en ny romlig hukommelse testeapparat, som ble utformet for å tillate experimenter å lede den type strategi som er lært av gnagere i å løse oppgaven 24. Bestående av tre parallelle kjøre armer som krysses av en vinkelrett sentral alleyway, er dobbelt-H labyrint en vann-flukt oppgave som gnagere lære å oppnå en fluktplattform som er nedsenket i en av labyrinten steder. Under trening, kan en prosessuell strategi skal utvikles ved å opprettholde than samme start og mål steder over hele. Alternativt kan en allocentric strategi skal utvikles ved å endre startstedet i tilfeldig rekkefølge, og dermed krever rotte å lære plasseringen av skjult plattform basert på miljømessige signaler som det har å gjøre i et vann labyrint. Dette overvinner en hindring er tilstede i mange forskjellige labyrint oppgaver, hvor experimenter ellers har liten kontroll over den type strategi som gnagere utnytte. Dette er viktig når man vurderer at effekten av visse kognisjonsforøkende legemiddelkandidater er avhengige av hippocampus-baserte sted-minnesystem, og dermed fremveksten av kognitive rutiner eller prosedyrer kan forvirre tolkningen av de atferdsmessige observasjoner når dyr, for eksempel overgang fra allocentric til prosessuelle minne i løpet av treningen. Tilsvarende kan det være ønskelig å vurdere virkningene av medikamenter og behandlinger på prosessuelle minne, uten påvirkning av allocentric sted basert minne. Til slutt, denne enhetenkan benyttes til å studere samarbeids eller konkurrerende interaksjoner mellom disse minnesystemer, og under hvilke vilkår gnagere kan bytte fra ett system til et annet.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
1. Generelle betraktninger
Denne protokollen er godkjent av Animal Care og bruk komité universitetssykehus Freiburg (samme for Strasbourg). Synsskarphet er nødvendig for ytelse i tester av romfølelse. Gnagere med nedsatt synssystem er derfor ikke egnet. Også belysning må være tilstrekkelig for at rottene å se de forskjellige signaler som ligger på de omkringliggende vegger. Det er nyttig å bruke grunnleggende formede (firkant, sirkel, trekant) men godt kontrast signaler (f.eks svartmalte pekepinner på en hvitmalt bakgrunn). Likeledes alvorlige motoriske mangler er eksklusjonskriterier fordi svømming er nødvendig for at denne test og drukning kan forekomme. Endelig kan hyper-engstelig gnagere vise et sterkt partisk søkeatferd, hvilke virkninger på ytelse.
2. Innretning Konfigurer
- Konstruer en dobbelt-H-labyrint som består av en 160 cm sentral alleyway, som er gjennomskåret i begge ender og i midtenmed tre 160 cm parallelle armer drevet (se figur 1). Sørg for at den sentrale smau og dens vinkelrette armene er 20 cm bred, og er omgitt av 35 cm høye gjennomsiktige Pleksiglass vegger. Tykkelsen på pleksiglass er 6 mm for alle deler.
- Sikre veggene på plass ved hjelp av lim og skruer, og vanntett labyrinten ved hjelp av silikonfuger på alle interne vinkler. Disse leddene kan enkelt skiftes ut bør de miste sin vanntetthet. Plasser en dreneringsutløp ved den enden av en av hjørnearmene (eller i midten av labyrinten) for tømming.
- Plasser labyrinten på en 80 cm høyt bord, med tilstrekkelig plass rundt det for a) å vandre rundt i labyrinten, og b) plassering av godt kontrast signaler. Utpeke hver arm i labyrinten av sin posisjon, dvs. nordvest (NW), nord (N), nordøst (NE), sørvest (SW), sør (S), og sørøst (SE).
- Plasser en takmontert kameraet over labyrinten for post-test analyse av dyrs atferd, ved hjelp av enten manuell eller autOmatic (video-sporing) metoder (se § 5).
3. Generelle kommentarer
- Før bruk fylles labyrinten med vann til en omtrentlig høyde på 18 cm (200 l). Dette er høyt nok til å hindre rotter i å berøre bunnen av labyrinten med sine føtter, men tynt nok til å hindre rømning.
- Etter pre-trening, gjengi vann ugjennomsiktig ved å blande 250 g skummet melkepulver. Endre vann på en daglig basis for å hindre at melk-vann harskner. Holde vanntemperaturen mellom 21-23 ° C for å gi incentiv for rottene å søke flukten plattformen.
MERK: Som rotter bli kjent med posisjonen av plattformen under pre-trening, er dens posisjon flyttes til en annen arm under trening. - Før bruk, dyppe en 17 cm høy, 10 cm diameter plattform ved enden av en av hjørne armer (NE, NV, SE eller SW). Sørge for høyden for å være neddykket er 1 cm under overflaten til vannflaten. Tren rottene å nåmålet plattformen ved hjelp av enten en allocentric eller egosentriske læringsstrategi, som er avhengig av hvilken type paradigmet (se § 4).
4. Grunnleggende opplæring Protokoller
MERK: Rotter er vanligvis utstyrt med en initiell dag av pre-trening, som tillater dem å bli kjent med labyrinten.
- For pre-trening slippe rotte fra enden av en av midtarmene (f.eks S arm) og plasser målet plattformen ved enden av en av hjørne armene (f.eks NE), så gi rottene fire påfølgende 60 sek forsøk i å nå målet plattformen.
- Ved å nå flukten plattformen, la rotta å vente der i 15 sek, slik at de kan hvile og observere sine omgivelser. Uavhengig av startposisjonen, alltid blokkere den motsatte arm med en gjennomsiktig giljotin dør, som hindrer inntrengning.
MERK: Under pre-trening, la vannet gjennomsiktig, og justere plattformen hanight slik at det stikker ut en cm over vannoverflaten, slik at det blir synlig for rotte. - Utføre daglige treningsøkt bestående av opp til 4 påfølgende forsøk, atskilt med en 10 sek gap minst (diskret trening, dvs. med intervaller på flere minutter mellom studier, er et alternativ).
- For trening, flytte plattformen fra sin pre-trening stilling til den valgte arm (f.eks NW), og senk den på sitt ytterpunkt 1 cm under vannoverflaten. Nå gjengi vannet ugjennomsiktig ved tilsetting av melk makt og utføre følgende opplæring (§ 4).
- For rotter som ikke når målet plattformen innen 60 sekunder, returnere dem til startposisjon, og forsiktig lede dem til plattformen ved eksperimentator.
- Måle flere variabler i løpet av treningen og sonde økter, for eksempel, avstand svømte, ventetid til mål arm / plattform, tid brukt i hver arm, samt antall innledende / gjentatte feil (se Figur2). Husk at ventetider kan bli påvirket av motoriske vansker. Skulle saken oppstår, avstand og feil fremstå som mer pålitelige variabler vedrørende kognitive prestasjoner.
- Allocentric Strategi Training:
- Dag 1 - Pre-trening:
- Ikke legg melkepulver for dette trinnet. Plasser flukt plattform utstå 1 cm over vannflaten på et fast sted. Tog rotter i 4 påfølgende forsøk for å komme til plattformen.
- Dager 2 - 5 - Opplæring:
- Tilsett 250 g skummet melkepulver i vann til å gjøre det ugjennomsiktig. Kjør kurven til en annen arm (for eksempel fra NE til NW) og tilsett vann slik at plattformen er en cm under vannflaten. Slipp rotter fra enten N eller S arm i uforutsigbare sekvenser for hver økt, slik at begge armer brukes dobbelt så rettssaken start i en enkelt sesjon (4 forsøk / dag, for eksempel, SNNS, NSNS, se figur 3).
- Dag 6 - Probe Session:
- Fjern plattform for sonden rettssaken. Slipp rotter fra en annen arm med de som brukes under trening (f.eks SW), og tillate dem å svømme i 60 sek. Se figur 4 for representative svømme spor. Analyse av tidsbruk i målet arm (tidligere plasseringen av plattformen) gir en indikasjon på om rotter bruke en romlig strategi, en annen type strategi, en sekvensiell kombinasjon av ulike strategier (se nedenfor), eller en uorganisert søkemønster.
- Dag 1 - Pre-trening:
- Egosentriske Strategi Training:
- Dag 1 - Pre-trening:
- Dette er det samme som første skritt i allocentric strategi opplæring (trinn 4.1). Ikke legg melkepulver for dette trinnet. Plasser flukt plattform utstå 1 cm over vannflaten på et fast sted. Tog rotter i 4 påfølgende forsøk for å komme til plattformen.
- Dager 2 - 5 - Opplæring:
- Tilsett 250 gskummet melkepulver i vann for å gjøre det ugjennomsiktig. Kjør kurven til en annen arm, og tilsett vann, slik at plattformen er 1 cm under vannoverflaten. Slipp rotter fra samme start arm (S eller N, se figur 5) for hver studie (4 studier / dag).
- Dag 6 - Probe Session:
- Fjern plattform for sonden rettssaken. Rotter er gitt ut fra en arm forskjellig fra der de ble løslatt i løpet av treningen. La rottene å svømme i 60 sek. Blokkere motsatt arm med en gjennomsiktig giljotin dør.
MERK: Endre ovenfor opplæringsstrategier for i henhold til kravene i den aktuelle forsøket, f.eks Testing stoffet effekter osv.
- Fjern plattform for sonden rettssaken. Rotter er gitt ut fra en arm forskjellig fra der de ble løslatt i løpet av treningen. La rottene å svømme i 60 sek. Blokkere motsatt arm med en gjennomsiktig giljotin dør.
- Dag 1 - Pre-trening:
- Tørk rotte med absorberende håndklær etter hver økt i vannet.
5. Analyse
- Utføre målinger av ventetider, innledende og repeterende feil, første valg og svartype manually ved å ta opp disse variablene fra videoer tatt fra overhead kameraet.
- Alternativt hvis tilgjengelig, utnytte kommersielt tilgjengelig video-sporing og konfigurert til å ta opp disse variablene automatisk.
- Statistisk Analyse:
NB: Den spesifikke implementering av statistisk analyse avhenger av studien, som finner sted.- Utfør en ett, to eller tre-veis ANOVAs om de innledende / gjentatte feil, ventetid til mål arm / plattform, og tid brukt i målet arm; med faktorer som inkluderer testdagen, og behandlingsgruppe (r).
- Der det er nødvendig, kan du følge disse ANOVAs bruker post-hoc Newman-Keuls flere sammenligninger tester. Å sammenligne ytelse, bruk en referanseverdi (f.eks tidsbruk i målet armen under en sonde prøve vs. sjansen nivå), og utføre t-test.
- Hvis det er nødvendig, bruker ikke parametrisk statistikk i tillegg (f.eks χ², se nedenfor) eller i stedet når forholdene for parametRic de ikke er oppfylt.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Egosentriske læringsstrategi
En studie ble utført for å avgjøre om den valgte minne strategi i rotter endringer basert på endringer i deres perspektiv av eksterne miljø signaler, etter en egosentrisk-læring paradigmet 25. Rotter ble trent over 4 dager (fire studier / dag) for å nå et mål arm ligger på NE, og ble deretter testet på den femte dagen ved hjelp av en misvisende probe rettssak, der starten arm var enten flyttet 60 cm til venstre (dvs. , NE starte for dyr sluppet fra N armen under trening, SW starte for dyr utdannet fra S arm), eller roteres 180 °. Under sonden forsøket ble rottene vist å utvikle en preferanse for prosess-hukommelsesresponser når plattformen er forskjøvet 60 cm til venstre for sin normale stilling (ved 92,3% ved bruk av 26 rotter, se figur 6). Dette var tydelig for rotter som ble opplært i både N og S armer (og senere løslatt fra NE og SW arms under probe-rettssaken, henholdsvis). Derimot, bare 8 av 25 rotter (32%) som ble utgitt fra motsatt arm fra det som de hadde blitt opplært i (dvs. en endring fra N til S, og vice-versa) hadde vist en prosessuell respons, med en høyere forekomst av sted svar. En χ 2-analyse viste at forskjellen i denne fordelingen var meget signifikant (χ 2 = 19.80, p <0,001). I rotasjon gruppen, 5 av de 13 rotter, som ble utgitt fra N armen under trening, hadde vist en oppførsel som ikke står for enten et sted eller prosedyre respons (betegnet som "Annet" i figur 6), som var signifikant (χ 2 = 5,77, p <0,05). For å oppsummere, rotter som hadde blitt utgitt i sonden rettssaken med en lignende miljøperspektiv som ble observert under trening (60 cm lateral shift) hadde hovedsakelig benyttet en egosentrisk strategi, mens rotter med store changes i deres miljøperspektiv (via 180 ° rotasjon) hadde vist en høyere forekomst av sted eller "andre" svar.
Deep-hjernestimulering i Dorsal-striatum - Konsekvenser for Prosedyre Learning
Prosessuelle-læring paradigmet har vært benyttet i rotter, som gjennomgikk dype hjernestimulering (DBS) i rygg striatum 26, i et forsøk på å forstå hvordan det påvirker dyrenes oppkjøpet, og valg av strategi i en misvisende probe rettssak. Rottene ble delt inn i tre grupper (stimulering, humbug-stimulering og kontroll), og ble trent i tre påfølgende dager (fire forsøk / dag) til å svømme fra startposisjonen i S arm, til en flukt plattform skjult i NE arm. Umiddelbart etter hver treningsøkt rotter ble administrert DBS enn fire timer i vekslende 20 min perioder. Rotter ble deretter gitt en 20 sek sondeprøve 24 timer etter den siste trenings dag karakterisert ved at plattformen var remoVed, og startsted ble flyttet 60 cm til venstre (SW arm). Mens denne studien hadde rapportert ingen signifikante forskjeller mellom stimulering (STIM) og sham-stimulering (SHAM) grupper under oppkjøpet ytelse, de hadde vist en endret atferd under sonden rettssaken. Resultatene for hver av de grupper av rotter i løpet av prøvesonden er vist i figur 7 Selv om hver av de tre grupper av rotter hadde vist en over gjennomsnittlig tid brukt i målet armen. (P <0,01; på 2,9 sek mulighet nivå), Det var ingen signifikante forskjeller mellom gruppene (F (2,42) = 1,4), som analysert ved hjelp av en enveis ANOVA (Group). Chance nivå ble bestemt i dette tilfellet ved å dele målet arm areal over total labyrint området, og multiplisere med sonde-rettssaken tid (20 sek). Videre ble ingen signifikante forskjeller observert mellom gruppene med hensyn til ventetid for å nå den tidligere plattformen sted (F (2,24) = 0,5). Generelt er hver av gruppene avrotter som kreves mellom 8 og 11 sek å nå armen hvor plattformen hadde blitt plassert i løpet av praksisperioden, med mellom 6 og 8 sek brukt i målet arm (~ 35% av probe-rettssaken varighet). Dette var betydelig bedre enn sjansen nivået (ved 2,9 sekunder; p <0,01). Første arm valget var forskjellig mellom de STIM og behold rotter også, med 42% av STIM rotter som velger N arm (som indikerer en saksbehandlings minne respons), 42% velger NW (annet respons) som sitt førstevalg, og de resterende 14 % velger NE arm (sted respons). I motsetning til 65% av rottene CONT svømte direkte til den N arm, med bare 7% velge den ene NW. Forskjellene mellom disse gruppene var signifikante, som målt ved hjelp av en χ 2 statistikk (χ 2 = 4,09, p <0,05). Til sammen observasjonene gjort under sonden rettssaken indikerer en endring av prosesser underliggende prosessuelle minne i rottene som fikk dype hjernestimulering.
Procedural Memory Testing i rottemodeller av nevrologiske lidelser
Schizofreni
Prosessuelle læring og hukommelse hos rotter har blitt undersøkt ved hjelp av dyremodeller av relevans for schizofreni, ved hjelp av en egosentrisk-læringsstrategi i dobbel-H labyrint. Lecourtier og kolleger 27 studert hvordan en neonatal ventral-hippocampus lesjon (NVHL) påvirker prosessuelle hukommelse hos rotter, i dagene etter fødselen 84 - 87. Etter en dag med pre-trening, ble rottene trent over tre påfølgende dager (fire studier / dag) i de ble frigjort fra S arm (med N arm blokkert av en gjennomsiktig giljotin dør), og plattformen var plassert på den ytterste ende av armen NE. På den neste påfølgende dag etter treningsperioden, en misvisende sondeprøve fant sted der plattformen ble fjernet, og rottene ble frigjort form SW arm (med S armen sperret), og fikk anledning til å svømme i 60 sek.
Resultater oppnådd i løpet av 3-dagers trinnelukker viser den midlere ventetid for å komme til plattformen (figur 8A, øverst), og det midlere antall feil laget (figur 8A, nederst). Over 3-dagers opplæringsperioden, var det en signifikant effekt av Training Day på plattformen latency (F (2,38) = 46,67, p = 0,0000) og antall feil på rad (F (2,38) = 7,06, p = 0,002), som ble reflektert ved en redusert plattform latens og antall feil (henholdsvis), i løpet av treningen av begge grupper av rotter. Ved sammenligning av resultatene for begge grupper av rotter, var det signifikant effekt av lesjon på både plattformen latens (F (1,19) = 25,81, p = 0,00006), og også på antall feil på rad (F (1,19 ) = 14,92, p = 0,001), i hvilket tilfelle NVHL rottene ble vist å utføre dårligere. Det ble observert noen signifikante interaksjoner mellom Training Day og lesjon om ventetid for å nå målet plattform (F (2,38) = 0,34, p = 0,72) eller antall feil (F (2,38) = 0,18, p = 0,18 ), noe som kan forklaresved tilstedeværelse av et tilsvarende trend forbedring i ytelse over hele treningsperiode, for begge grupper av rotter. Typiske svømme spor som er tatt opp i løpet av begynnelsen av treningen, og sonden-studien er vist i figur 9. Andelen av første-valg som Rottene som ble benyttet under sonde-prøve ble analysert ved bruk av en χ 2-test, i hvilket tilfelle sammenligninger var gjort basert på andelen av valgene som tilsvarte en saksbehandlingslæringsbasert strategi. Mens 8/8 rotter fra humbug gruppen (100%) hadde vist en prosessuell læringsbasert valg under sonden økt, hadde bare 1/13 rotter fra NVHL gruppen (7,7%) vises dette problemet, med de resterende valgene være i en arm som ikke er reflektert av enten et sted- eller prosedyre-strategi (Figur 8B, nederst). Disse forskjellene var statistisk signifikant (χ 1 2 = 17.23, p = 0,0000). Generelt sett disse funnene markere et underskudd i abiheten av NVHL rotter til å a) skaffe seg den oppgaven, og b) tilegne seg en saksbehandlingsminnebasert respons, sammenlignet med sham gruppen. Dette siste funn reflekterer en romlig desorientering i NVHL rotter.
Huntingtons sykdom
Prosessuelle læring og hukommelse er også blitt undersøkt i en transgen rottemodell av Huntingtons sykdom (tgHD), ved hjelp av en tilsvarende paradigme som den som tidligere er beskrevet 28. 40 tgHD rotter (hanner, 5 25, 15 homozygote heterozygote, 5 vill-type, og 15 kvinner, 4 homozygote, fem heterozygot, 5 vill-type) ble testet i dobbelt-H labyrinten ved hjelp av en selvsentrerte lærende strategi ved 13 måneder . Dyr ble trent over fire dager med 4 forsøk per dag (dager 1-4, Figur 10A) etterfulgt av en enkelt sonde prøve (Probe 1, dag 5, figur 10B). På dag 6, dyr gikk ytterligere fire studier med trening, som så ble fulgt av en annen probe rettssak på dag 7 (Probe 2, Figur 10C </ Strong>). Gjennom hele treningsperioden alle tre grupper av rotter hadde vist en progressiv forbedring i anskaffelse ytelse, selv om det ikke var noen statistisk signifikante forskjeller mellom gruppene (figur 10D, genotype, F (2,43) = 2,9, p = 0,07). Til tross for dette, er det en klar tendens til at homozygote rotter til ikke utføre så vel som de heterozygote og villtype rotter i løpet av den første rettssaken mot hver trening eller sonde økten, som er kanskje en indikasjon på et informasjons tilbakekalling underskudd (figur 10D , × Genotype Trials, F (38,646) = 2,6, p <0,001).
I både den første og andre probe-forsøkene var det ingen signifikante forskjeller mellom grupper av rotter med hensyn til ventetid for å komme til plattformen plassering (figur 10E og F, Genotype, F (2,34) = 1,6 og 0,1, begge ns), eller tidsbruk i målet arm (Figur 10G og H, Genotype, F (2,34) = 2,7 og 1,3, begge ns). Men når mengden av innledende og repeterende feil mellom gruppene ble vurdert, var homozygote rotter vist å ha en betydelig økt antall innledende feil (Figur 10i: Genotype, F (2,34) = 11,1, p <0,001; post hoc Newman-Keuls test, homozygot tgHD> villtype, heterozygote tgHD, p <0,05), og gjentatte feil (Figur 10J: genotype, F (2,34) = 12,1, p <0,001, post hoc Newman-Keuls test, homozygot tgHD> vill-type, heterozygote tgHD, p <0,05). Til sammen er disse dataene tyder på en tydelig minne underskudd i tgHD rotter.
Allocentric Læring og minneytelse etter en Bilateral Muscimol inaktivering av MPFC eller dHip
Rollen til de reuniens og romboide (ReRh) talamiske kjerner vedrørende regulering av CORTICO-hippocampus interaksjoner ble studert i en allocentric-lærings paraparadigme ved hjelp av dobbel-H labyrint og en bilateral muscimol (MSCI) inaktivering av disse hjerneregioner 29. Ett forsøk i denne studien er beskrevet her, hvor rotter ble trenet i løpet av 4 dager (4 forsøk / dag), med escape plattformen ble plassert på enden av armen NE. De ble frigjort fra enten N eller S arm i en randomisert sekvens (for eksempel, S, N, N, S; se §4.7 for forklaring). To probe studier ble gitt (1) 24 timer etter de første to dager med trening og (2) 24 timer etter to ekstra dager med trening. Således Dyrene ble trenet på dag 1, 2, 4 og 5; med probe forsøk foregår på dager 3 og 6. 30 min før hver probe studien ble rotter fylt med 0,26 eller 0,70 nmol i en ul muscimol (MSCI) i medial prefrontal cortex (MPFC) eller rygg hippocampus (dHip). De gjenværende dyrene ble infusert med et tilsvarende volum av fosfat-bufret saltvann (PBS) som en kontroll.
Under treningene (Days 1-2 og 4-5), enll grupper av rotter hadde vist en sammenlignbar ytelse med hensyn til totale avstanden swum i labyrinten (Figur 11A-B). Mens avstanden swum hadde vist å forkorte seg over dager (F (3,159) = 59,3, p <0,0001), var det ingen signifikant effekt av hjerneregion (F (1,153) = 0,2, ns), inaktivering (F (3,53) = 0,3, ns), og ingen signifikant interaksjon mellom struktur og inaktivering (F (2,53) = 0,8, NS). Til sammen viser dette en sammenlignbar mønster av læring mellom alle grupper av rotter i løpet av de fire treningsøkter, med ingen signifikante forskjeller mellom dem.
Representative svømme baner for sonde og treningene er vist i figur 11E. Når det gjelder tidsbruk i stedet-arm av hver av gruppene av rotter (Figur 11C-D), ble forestillingen vist seg å være betydelig over sjansen nivået for MPFC og dHip grupper pre-behandlet med PBS i andre probe rettssaken ( p <0,05), og over en tilfeldighetnivået for MPFC PBS-gruppe under den første proben prøve (p <0,05). Når MSCI ble introdusert til MPFC, gjorde tid brukt av rotter i stedet-arm ikke avvike fra sjanse på hver probe rettssak, for enten 0,26 eller 0,70 nmol konsentrasjon. Derimot hadde dHip-MSCI gruppe tilbrakte betydelig mindre tid på prosedyre-respons arm (enn sjanse) for begge konsentrasjoner i løpet av første probe-rettssaken, men resultatene deres var ikke forskjellig fra en tilfeldighet under den andre proben rettssaken (begge konsentrasjoner, igjen). I den andre sonden rettssaken, en 2 x 2 x 2 ANOVA av tiden tilbringes i stedet arm (NE) viste signifikant struktur (F (1,53) = 11,2, p <0,01), inaktivering (F (2,53 = 17,4, p <0,001), og probe studie (F (1,53) = 9,0, p <0,01) virkning. Hva dette viser at evnen til kontrollrottene for å finne plattformen arm forbedres markert etter fire dager med trening ( i motsetning til 2 dager.) - en effekt som ble avbrutt i både MPFC og dHip inaktiveringsgruppene Generally sett disse forstyrrelsene var mer uttalt hos de dHip grupper, særlig gitt at ytelses underskudd ble observert for både 0,26 og 0,70 nmol konsentrasjoner av MSCI. I motsetning til MPFC-inaktive underskudd var mer uttalt ved høyere konsentrasjon av MSCI.
Figur 1. Dobbel-H labyrint skjematisk. The Double-H Maze opptar en 1600 x 1600 mm i kvadrat med et indre overflateareal på ca. 1,084 m 2, og består av veggpaneler, giljotin dører, tverrstenger, og transparente deksler ved slutten av hver arm (A). En 100 mm diameter, 140 mm høy sylinder er plassert ved enden av en av armene mål å tjene som en flukt plattform (B). Tykkelsen av veggpanelene gjennom labyrinten er 6 mm. Et fotografi av Double-H Maze er vist (D;gjengitt fra 24), med labyrinten kantene uthevet for klarhet. For ytterligere informasjon om labyrinten konstruksjon, blåkopier av labyrinten er tilgjengelig på forespørsel. Vennligst klikk her for å se en større versjon av dette tallet.
Figur 2. Layout av soner for feilanalyse Fugleperspektiv av dobbel-H labyrint, viser feil soner (EZ1 - EZ4) for to forskjellige startposisjoner (Sør - A, Nord - B).. Feil sonene er markert i grått, og den lukkede arm (via giljotin dør) er uthevet i sort. Feil soner fastsettes basert på eventuelle avvik rotte kan gjøre fra den korteste veien mellom start og mål armene. Dermed etter å ha blitt løslatt fraS arm (A), kan en høyresving innledende resultere i rotte å angi feilen sone 1 (EZ1), som utgjør en første feil. Repeterende feil telles når dette skjer mer enn en gang, for hver sone. Det skraverte linjen i B fremhever et eksempel svømme banen, som plasserer rotte inn i alle fire feil soner før til å nå målet i NW, og dermed utgjør fire første feil (EZ1, ez3, ez2, og EZ4). Gjengitt fra 24. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.
Figur 3. Protocol brukes i allocentric strategi trening En allocentric trening paradigme foregår over 3 -. 4 dager, og rotter gis inntil 4 forsøk per dag. Rotter blir gitt ut fra N (A) og S (
Figur 4. Eksempler på svømme låter fra allocentric strategi opplæring. Svøm spor eksempler er avbildet som klekket linjer under en sonde rettssaken, som ble gitt etter en 1 dag opphold etter fire treningsdager (4 studier / dag). Rotter ble løslatt fra S armen og plattformen ble fjernet fra sin NW (Training) posisjon. I A tilsvarer sporet til en ventetid for å nå den tidligere plattformen plasseringen av 6,62 sek, og tidsbruk i denne armen var 25,16 sek (sjanse på 8,2 sek). I B, tilsvarer sporet til en ventetid på 14,02 sek, med en tid på innsiden av armen på 26,45 sek. Gjengitt fra 24. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.
Figur 5. protokoll som brukes i Egosentrisk Strategi Training. Under trening (A), rotter ble løslatt fra N arm av dobbel-H labyrint (hvit pil), med S arm avstengt med en gjennomsiktig giljotin dør. Flukten plattformen ble plassert i NW arm, og rotter ble opplært til å finne denne armen over 4 sammenhengende dager (4 forsøk/ Dag). I løpet av prøveperioden probe, ble flukt plattformen fjernet, og rottene ble frigjort fra enten NE (B, hvit pil) eller S armen (C, hvite pilen) med SE eller N armene lukket av hhv. Sonden rettssaken varte 60 sek og rotter ville gjøre enten en egosentrisk respons ved å bruke prosessuelle minne (svømme til N, for NE start, svømme til SE, for S start), et sted respons ved hjelp av sted minne (svømme til NW), eller ingen av delene. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.
Figur 6. Ytelse under Probe Trial. Andel av svarene gjøres ved hver av de fire gruppene av rotter er vist for sonden rettssaken. Uavhengig av rotter ble trenet fra enten N eller S arm, en forskyvning av startarmen ved 60cm til venstre (Trans) resulterte hovedsakelig i saksbehandlings svar (hhv; 92,3%). Men de to gruppene av rotter som hadde sin start arm roteres 180 ° (Rot) viste et høyere beløp av sted svar (sted). Dette indikerer at subtile endringer i miljø view (i Trans grupper) resulterte i flere rotter bytter til sted-minne for å finne plattformen plassering. Responser som var verken plass eller prosedyremessige responser ble utpekt som ANDRE. Gjengitt fra 25. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.
Figur 7. Effekt av HFS på minneytelse i dobbel-H labyrint. Rotter gikk en 20 sek probe sesjon etter 3 dager med trening i en egosentrisk paradigmet (4 forsøk / dag). Data er vist for sonden økt som fant sted på neste rad dagen, med stimulering (STIM), sham-stimulering (SHAM) og kontroll (CONT) grupper av rotter. Det var ingen signifikante forskjeller ble observert mellom de tre gruppene av rotter med hensyn til midlere ventetid for å komme til treningsplattform sted (A), og i mellomtiden brukt i målet armen (B). I B, * representerer en betydelig forskjell i tid brukt i målet arm fra sjanse nivå (som indikert av et skravert linje; p <0,05). Når det gjennomsnittlige antall feil på rad av hver gruppe under den første 20 sek, ble observert en signifikant forskjell mellom de STIM og CONT-grupper (P <0,05). Prosentandelen av prosessuelle, sted og "andre" svar for hver gruppe er vist i (D), som hvite, grå og svarte striper, henholdsvis. Forskjellen mellom STIM og behold rotter angående N og NW svar var signifikant (χ 2 = 4,09, P <0,05), noe som kanskje fremhever en endret bruk av prosess strategi i STIM under sonden sesjon. Gjengitt fra 26. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.
. Figur 8. NHVL-Induced underskudd av prosessuelle minne Under hver av de tre treningsdager, rotter med neonatal ventral hippocampus lesjoner (NVHL) brukt en betydelig større mengde tid å nå målet plattform enn humbug-opererte dyr (A, øverst). Også, NVHL gruppe gjort flere feil forut for å lokalisere target-plattform (A, nederst). Labyrinten layout under prøvesonden er vist i B (øverst), med startarmen ligger i SW, og hver av de tilgjengelige armene uthevet på grunnlag avrottene valgte strategien når det blir sluppet inn i labyrinten: sted respons (PLACE, NE), prosessuelle minne (PROC, N), og verken (ANDRE, NW og SE). S arm ble avsluttet med en giljotin dør. Under sonden rettssaken NVHL rotter viste en overvekt av andre reaksjoner som stod for verken plass eller prosessuelle minne, i motsetning til humbug gruppen som hadde alt som vises elle responser (B, nederst). Samlet svekket trening ytelse og mangel på klar strategi under sonden økt i NVHL rotter demonstrere læringsunderskudd og romlig desorientering, henholdsvis. Gjengitt fra 27. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.
Figur 9. Typiske svømme spor under trening og oppbevaring. Typiske svømme spor vises for både sham-opererte (SHAM) og neonatal ventral hippocampus lesjon (NVHL) grupper, for første og fjerde forsøk i løpet av den første testdagen (øvre og midtre), og i løpet av sonden rettssaken ( nederst). Under treningsfasen N arm ble lukket med et gjennomsiktig giljotin dør, og rottene ble frigjort fra S arm. Under sonden session start arm som ble brukt under trening (S) ble avsluttet med en gjennomsiktig giljotin dør, og rotter ble løslatt fra SW arm. En "X" betegner det sted hvor rottene ble tatt ut av labyrinten etter 60 sek prøveperioden var forløpt. En prosess-minne respons ble regnet når rotta hadde flyttet først inn i N arm. Gjengitt fra 27. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.
Figur 10. Trenings og retensjonsytelse i rottemodeller av Huntingtons sykdom. Treningen (A) og probe (BC) konfigurasjoner av dobbel-H labyrint ved 13 måneder er vist, blant annet startpunktene (identifisert av en hvit pil) og den lukket-off arm (uthevet i grått). I løpet av treningsfasen, rotter svømte fra N arm til en plattform, som var plassert på den ytterste ende av armen NW. Under sonde sesjoner plattformen ble fjernet, og rottene ble frigjort form, enten NE arm (probe 1, B) eller S armen (Probe 2, C). I begge tilfeller en klekket linje indikerer en saksbehandlings-minne basert respons, mens en heltrukken linje angir et sted-minne respons. Latens til å nå plattformen under trening (D), er Probe 1 (E) og probe 2 (F) sesjoner vist for tregrupper av rotter. Tiden som rotter brukt i målet arm (forrige plattform plassering) i den første (G) og andre (H) sonde sesjoner er også vist, sammen med den stiplede linjen representerer mulighet nivå (8,25 sek). Den innledende (I) og repeterende (J) feil i hver av de opplæring og sonde økter er vist for hver gruppe. Alle data er vist som gjennomsnitt ± SEM. Gjengitt fra 28. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.
. Figur 11. Opplæring og oppbevaring evne hos rotter med dHip eller MPFC Inaktive Alle grupper av rotter ble trent på dagene 1-2 og 4-5 ved hjelp av en allocentric-læring paradigmet (4 studier / dag), med sonde sessions finner sted på dagene 3 og 6. Under sondesesjons rottene ble frigjort fra SW arm, med den NE arm lukket av en gjennomsiktig giljotin dør (E). Rotter fikk en bilateral infusjon av enten 0,26 eller 0,70 nmol av MSCI, eller PBS, i enten medial prefrontal cortex (MPFC) eller rygg hippocampus (dHip) før hver probe økt. Gjennomsnittlig avstand svømt for MPFC (A) og dHip (B) rotter før nå flukten plattform er vist for hver av kursdagene, med ingen signifikant forskjell mellom gruppene. Under sonden rettssaken, er tidsbruk i målet stedet-respons arm (NE) i løpet av 60 sekunder periode vist (CD). Typiske svømme baner er vist for hver av de grupper av rotter i løpet av sonden sesjon (E). Alle data er vist som gjennomsnitt ± SEM, og # indikerer en signifikant forskjell sammenlignet med PBS (p <0,05), og * angir en signifikant forskjell sammenlignet med sjanse (p <0,05; Chance nivå vist som skravert linje). Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Kommentarer til studiedesign og analyse
Siden oppfatning har det doble-H labyrint blitt benyttet i en rekke av atferdsmessige eksperimenter i rotter, som kollektivt ble utformet for å studere egosentriske og / eller allocentric responser hos rotter under normale 24,25 og endrede 26-29 hjernen stater. De sistnevnte studiene inkluderer striatal dyp hjernestimulering (DBS) 26, dyremodeller av nevrologiske lidelser 27,28, samt bilaterale deaktivering av ulike CORTICO-hippocampus hjernen regioner som bruker muscimol 29. Mange av studiene beskrevet benyttes enten en allocentric- eller egosentrisk-læringsstrategi, som oppsummert i §4.7 og §4.8, henholdsvis; selv subtile variasjoner til kjernen paradigmet (for eksempel en 180 ° rotasjon i starten armen under en misvisende probe prøve 25) er laget der det er hensiktsmessig for spesielle studien. Egenart opplæringen paradigmet avhenges på studien, som finner sted (f.eks, 24-29). Telles En innledende feil når rotten avviker fra riktig mål banen tilbake til enten startarmen, eller inn i en ny labyrint segment, for første gang. Telles En repeterende feil når dette skjer mer enn én gang. Den riktige mål bane er definert som den korteste vei mellom startposisjonen og plattform / mål arm. For eksempel hvis utgangsstillingen er i den arm, og at plattformen er i flukt NW arm, de resulterende fire feilsoner (EZ1 - EZ4) er plassert inne i SW, NE og SE armer, samt øst delen av den sentrale bakgate (Figur 2A). Eksemplet svømmer spor i Figur 2B viser fire første feil, som rotten hadde besøkt hver av de fire feil soner samtidig. Rotter er bare anses å ha inngått en arm / labyrint segmentet når alle fire poter er inni den.
Statistisk Analyse
Gitt den stramme correlasjon mellom latency (mellom startposisjon og plattform) og avstanden svømt, sistnevnte variabelen er ofte utelatt. Men i rotter som viser åpen motoriske problemer, er avstanden eller antallet feil virke mer pålitelig variabel. For rotter, som har blitt trent på en egosentrisk paradigme utgjør sin første svømmetur valg inne i dobbel-H labyrint under sonden rettssaken enten en egosentrisk, allocentric eller "andre" svar, avhengig av hvor de svømmer til først. Dette er analysert med en χ 2 statistikken. Når det gjelder den tid som rotter brukt i målet armen under sonde forsøk ble sjansen-nivå som er beregnet på grunnlag av andelen av overflatearealet i denne arm, i forhold til resten av labyrinten (13,76%). Dermed 13.76% x 60 sek = 8,25 sek.
Endring av Training Strategier for eksempel testing stoffet effekter etc.
Mange tilpasninger til standard allocentric og egosentriske læringprotokoller har blitt utnyttet på tvers av ulike studier som har testet rotter i dobbel-H labyrint. Hyppighet og varighet av treningsøkter kan konfigureres i henhold til en bestemt protokoll. For eksempel, Pol-Bodetto og kolleger variere antall test dager (2, 4 eller 6, så vel som antall forsøk per dag (tre eller fire) 24. Videre, mens de fleste studier benytter en sonde 60 sek prøve (f.eks 24,25,27-29), Schumacher og kolleger brukte 20 sek 26. Dyr kan behandles med medikamenter enten før trening eller 24 før sonden 29 sesjonen. Endelig, plasseringen av startposisjonen under sonden sesjon kan varieres for å gi dyrene en lignende (f.eks Schumacher et al. 26) eller markert forandret (f.eks 24,25) første visningen av ekstra-labyrint pekepinner.
Generelle betraktninger
Den doble-H labyrint oppgave har bevist detselv å være en enkel oppgave minne, som hurtig kan erverves av gnagere, og krever ingen forutgående forsterkningsteknikker slik som mat begrensning. Dens grunnleggende prinsipp innebærer rotter svømme for å nå et skjult flukt plattform, og deretter lærer sin stilling, omtrent som Morris Water Maze. Rotter kan trenes til en stabil utvikling i så lite som 2 dager (seks studier / dag), noe som gir denne oppgaven en betydelig fordel med hensyn til tidsbevisste studier som pre-kliniske applikasjoner og narkotika screening. Treningsprotokollen kan skreddersys for å passe en allocentric eller egosentriske læring paradigme, og sonde forsøk funnet sted gjennom kan gi et innblikk i dynamisk balanse mellom de to minnesystemer som regulerer disse atferd, inkludert muligheten for rotter å bytte fra ett system til den andre. Endelig kan tallrike tilpasninger til standard protokoll (f.eks, en sideveis forskyvning av startarmen, kontra en rotasjon) utføres for å forsterke the bruk av en bestemt strategi i et misvisende probe rettssak 25.
Oppkjøp og Trace Varighet
I tallrike undersøkelser ved hjelp av dobbel-H labyrint, både allocentric 24,29 og egosentriske 24-28 opplærings paradigmer har ført til stabile minne spor, selv i nærvær av amnestiske narkotika, lesjoner og høyfrekvente stimulering (se nedenfor). Spesielt i en allocentric protokoll (se §4.7) rotter er ikke i stand til å utvikle en rutine for å løse oppgaven, fordi startposisjonen er randomiserte forsøk (på tvers av hovedsakelig N eller S; mer kan brukes til å øke den romlige etterspørselen av oppgaven ). Ytelse over hele oppgaven har blitt målt ved å telle de første og repeterende feil (avvik fra den oppgave mål), så vel som måling av ventetid for å nå målet arm / plattform. Andre tiltak er gjort i løpet av de villedende sonde studiene inkluderer tid brukt i stedet respons arm, samt innledende choice rotter gjort ved å bli sluppet inn i labyrinten. Konsekvent, i studiene som har funnet sted så langt, disse variablene har blitt sett å gradvis endre seg over den relativt korte opplæringsperioden på en stabil måte, og dermed reflekterer en ytelsesforbedring. For eksempel i en 6 dagers allocentric-læring protokollen, ble rottene observert for å redusere antall innledende feil (fra ~ 2 til nesten 0) og repeterende feil (fra ~ 0,5-0), så vel som deres ventetid for å komme til flukt plattformen (fra 35 ~ sekunder til ~ 10 sek) 24. I denne studien var det tydelig i sonde forsøk som rottene hadde lært og kan hente plasseringen av fluktplattformen, slik det er åpenbart av den midlere ventetid for å gå inn i målet arm er under 8 sek (i motsetning til det gjennomsnittlige første prøve ventetid på 42,8 sek). Videre rotter har vist seg å holde plasseringen av flukt plattformen selv ved de lengste etter anskaffelse forsinkelse (18 dager) mellom den siste trening dag og sonden sesjon 24. I tillegg ble ingen statistisk tegn på forringelse av ytelsen funnet på kortere forsinkelser (1 og 5 dager).
Bytt fra Place to prosedyre Memory
Tidligere hadde Packard og McGaugh 7 demonstrert tendensen for rotter å bytte fra et sted til et prosedyre svar, når de hadde fått en repeterende oppgave inne på et innlegg labyrint. I dette forsøket ble rottene konsekvent frigitt fra samme startpunktet for å oppnå en belønning mat på et annet fast punkt. Saline-behandlede rotter hadde vist en reaksjon strategi regnskap for stedet minnet etter 8 dager med trening, og prosessuelle minne etter 16 dager med trening; villedende probe forsøk hvorved startarmen ble flyttet til et annet sted. Dette fenomenet har blitt videre demonstrert følgende utvidede prosessuelle læring i dobbel-H labyrint 24,25, hvor rotter ble konsekvent løslatt fra samme start arm (ved hjelp av en egosentrisk strategy; se §4.8). I en av de første studier som benyttet dobbelt-H labyrinten, ble det funnet at små endringer i miljøperspektiv i en villedende probe prøve (en 60 cm sideveis forskyvning i startposisjonen), førte til hovedsakelig elle responser hos rotter i motsetning til rotter som hadde gjennomgått en 180 ° vridning i startsted og hadde deretter vises en mye høyere forekomst av sted svar 24. Denne effekten ble tilskrevet rotter utnytte en saksbehandlings-basert strategi når deres miljøperspektiv var like nok til at sett under treningsøktene. Dette ble ytterligere undersøkt i en senere studie som tok hensyn til startposisjon (rotter delt opp i N og S arm utgangsstilling), i hvilken grupper av rotter trent fra enten N eller S arm med enten en lateral eller rotasjonsmessig forskyvning, idet sistnevnte hvorav markert endret den innledende miljøperspektiv på labyrinten 25. De fant ikke bare lignende resultater regarding valget av strategi basert på den innledende miljøsynspunkt, men også dette valget var forholdsvis upåvirket av posisjonen hvor rotter ble først trenet i labyrinten. Samlet utgjør disse observasjonene viser at justeringer av startposisjonen i dobbel-H labyrint (under villedende sonde studier) kan lette enten en saksbehandlings eller sted respons, avhengig av hvor markert forskjellig rottene innledende perspektiv på miljø signaler er. For store forskjeller, som sett hos rotter som starter fra motsatt arm som de har blitt opplært, de ty hovedsakelig å plassere minnet. Dette er interessant fordi det viser en evne for rotter å bytte til et tidligere lært sted-minne på etterspørsel, når situasjonen krever det, og også ytterligere forsterker tidligere funn som tyder på at rotter lære en saksbehandlings respons etter å anskaffe seg oppgaven å bruke plassen minne 7. Dette kan være til nytte i fremtidige studier der experimenter kan ønske å vite om en rotte kan bytte fra prosedyre å plassere minnet etter en bestemt behandling.
Ytelses Underskudd i dyremodeller av hukommelsessvikt
Siden unnfangelsen, har dobbel-H labyrint blitt benyttet i flere studier som vurderte effekten av svekket hukommelse hos gnagere, gjennom selektive hippocampus lesjoner 27, inaktivering av CORTICO-hippocampus hjerneregioner 29, striatal dyp hjernestimulering (DBS) 26, så vel som ved bruk av forskjellige systemisk administrerte legemidler 24. Mens alle disse eksemplene hadde vist prestasjonsforskjeller i post-trening probe studier hadde ytelsen av behandlede og kontrollrottene normalisert mot slutten av treningsøktene. Dette understreker det enkle oppgaven ved at den hurtig kan erverves selv i nærvær av stoffer som påvirker kolinerge eller glutamaterg nevrotransmisjonen 24, for jegnstance. Ulike endringer i ytelse hadde blitt bemerket i sonde økter. DBS av dorsal striatum hadde avdekket en signifikant endret fordeling av sted / prosessuelle / andre responser hos rotter (vs. kontrollrotter) som foretok en misvisende probe-rettssaken følgende, en egosentrisk læring paradigme 26. Det ble foreslått å skyldes en modifikasjon av nevrale prosessene som ligger til grunn prosessuelle minnet, i rotter som hadde mottatt DBS. Bilateral muscimol inaktivering av CORTICO-hippocampus områder av hjernen (på 0,70 og 0,26 nmol) ble funnet å indusere store underskudd i strategi giring når rottene ble testet på en misvisende probe rettssak 29. I denne studien ble det lagt merke til at disse underskuddene var også til stede gjennom bilateral inaktivering av reuniens og rhomboid (ReRh) talamiske kjerner, som senere markerte sin mulige rolle i strategien skiftende oppgaver som krever både cortical og hippocampus informasjonsutveksling. Minne underskudd idyremodeller av nevrologiske sykdommer har også blitt vurdert i den doble-H labyrint 27,28. Rotter med neonatale ventrale hippocampus lesjoner (NVHL) hadde vist en signifikant lengre ventetid for å nå målet plattformen (p = 0,00006), så vel som et øket antall feil på rad (p = 0,001), sammenlignet med 29 kontrollrotter. Videre hadde NVHL rotter vises primært svar i løpet av sonden rettssaken som hadde stått for verken plass eller prosessuelle minne (i motsetning til kontrollrottene som hadde alt som vises elle responser), som markerte en romlig uorden. Til slutt, transgene rottemodeller av Huntingtons sykdom hadde vist klare hukommelsessvikt under sonde prøvelser, etter en prosessuell læring paradigme 28. Til sammen fremhever dette bevis en spennende rolle for dobbel-H labyrint som skal benyttes i studier som vurderer nevrologiske svekkelser (og potensielle behandlingstilbud) i dyr, siden det gir en fin c-regulering i løpet av den type læring og strategi som er nødvendig for oppgaven er fullført.
Fordeler og ulemper
For å oppsummere foregående diskusjon, er dobbelt-H labyrint en enkel og hurtig ervervet oppgave, noe som kan føre til en stabil minne spor. Videre kan det gjøre det mulig for eksperimentator å lede den type læring som er involvert, nemlig allocentric eller egosentriske læring. De dynamiske interaksjoner mellom disse to minne systemer kan observeres i en sonde prøveperiode, og vurdert under forskjellige betingelser (f.eks lesjoner, narkotika, DBS), som beskrevet tidligere. Gitt at den doble-H labyrint er en vann labyrint, en av sine primære ulempene innebærer akutt stress for dyrene når de plasseres på innsiden av vann, som med en hvilken som helst vann labyrint (for eksempel 30). Videre har mange av de avhengige variablene i oppgaven (for eksempel til latency målrette plattform) nødvendig normal motorytelse hos rotter. Dette er viktig fordirotter med motoriske vansker (for eksempel modeller av Parkinsons sykdom) er kjent for å svømme annerledes for å kontrollere dyr, og dermed lengre ventetider i oppgaven kan være feilaktig tolket som minnevansker. I et slikt tilfelle kan avstanden bli brukt som en siste utvei. Gitt at vannet må gjøres opakt ved bruk av skummet melk-pulver, må labyrinten tømmes og fylles på nytt hver dag for å hindre vannet fra å bli harske, noe som i seg selv er en tidkrevende oppgave, avhengig av laboratorieoppsett. Melkepulver, men kan bli erstattet av et syntetisk fargestoff. Til slutt, i motsetning til andre labyrint oppgaver, hindrer bruk av vann ved bruk av samtidige EEG opptak (enten ved hjelp av en kabel eller trådløst tjore opptakssystem), med mindre a) en implanterbar system brukes (som sjelden har overføringsområdet for å dekke dobbelt H labyrint), eller b) forsøk er foretatt for å vanntett system.
Fremtidige forbedringer til denne metoden
Siden conception har dobbel-H labyrint vært involvert i flere studier, som har hvert gjort subtile tilpasninger til standard protokoll, som beskrevet i de representative resultater. En rekke andre variabler kan registreres som er relevante for fremtidige studier som vil finne sted, slik som de andre valg rotter gjør etter en prosessuell respons under en sonde økt. For eksempel rotter kan bytte for å plassere minne umiddelbart etter at de oppdaget at rømmingen plattformen mangler (negativ feedback). Andre atferdstiltak kan omfatte en analyse av hastigheten til svømming, samt egenskapene til svømme stier tatt av rotter. Som observert under in-house-studier, rotter som svømmer langs en bestemt side av en dobbelt-H arm har en tendens til å slå i en bestemt retning når de når den følgende veikryss. Slik atferd kan være registrert bruker kommersielt tilgjengelige video-sporing. Til slutt, med hensyn til strømmen allocentric-læring protokollen, kan det ikke utelukkes atdenne fremgangsmåten kan føre rotter til utviklingen av to rutiner. Videre utgangspunkt i sondeprøve kan være den samme som en av de trening utgangspunkt. Dermed en mer passende protokoll for å trene en allocentric strategi kan bestå av å bruke fire starter armer / dag fra der rotte er utgitt i en uforutsigbar sekvens (f.eks, N, NW, SE, S, S, N, NW, SE, etc. ). En av de gjenværende armene vil være hvor flukt plattformen er plassert under trening (f.eks, NE), og den andre er lukket under trening, men brukes som utgangsarmen for sonden prøve (f.eks SW). Mens det er ingen publiserte resultater med denne protokollen, har pågående eksperimenter vist at denne protokollen fungerer perfekt med mye mindre tvil om den romlige natur læring.
Konklusjon
Den doble-H er en effektiv og pålitelig labyrinttest, som kan brukes til å vurdere sted og prosess læring hos rotter. Densrelativt korte innhentingstider gjør det ideelt for raske prekliniske evalueringer av legemiddelkandidater, og mangelen på dårligere ytelse enn nesten 3 etter ervervet uker fremhever en rolle i identifisering av tid og rom dynamikken i fjerntliggende minner på systemnivå. Videre gir det mulighet for studier basert på det dynamiske samspillet mellom prosessuelle og deklarativ minne systemer.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Forfatterne har ingenting å avsløre.
Acknowledgments
Dette arbeidet ble støttet av Universitetet i Strasbourg og Neurex-Neuroscience Upper Rhine Network (post-doc til RP) og ved BrainLinks-BrainTools Cluster of Excellence finansiert av den tyske Research Foundation (DFG, gi nummer EXC 1086). Vi takker Nadja Martini for sakkyndig teknisk assistanse.
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).
