Barnes Maze Teststrategien mit kleinen und großen Nager-Modelle

Summary

Die Trockenland Barnes Labyrinth wird häufig zur räumlichen Navigation Fähigkeit in Reaktion auf leicht aversive Reize zu messen. In aufeinander folgenden Tagen, Leistung (zB Latenz, um das Entweichen Käfig zu suchen) der Probanden verbessert, was auf normalen Lernen und Gedächtnis. Unterschiede zwischen Ratten und Mäusen erfordern Gerät und Methodik Veränderungen, die hier beschrieben werden.

Abstract

Räumliches Lernen und Gedächtnis von Labornagern wird oft über Navigationsfähigkeit in Labyrinthe, die beliebtesten sind die Wasser-und Trockenland (Barnes) Labyrinthe bewertet. Verbesserte Leistung über Sitzungen oder Studien wird angenommen, dass Lernen und Gedächtnis des Flucht Käfig / Plattform Lage zu reflektieren. Als weniger stressig als Wasser Labyrinthe, ist die Barnes Labyrinth eine relativ einfache Konstruktion aus einer kreisförmigen Plattform oben mit mehreren Bohrungen gleichmäßig um den Umfangsrand angeordnet. Alle außer einem der Löcher falschen Boden oder Sack endet, während eine führt zum Entweichen Käfig. Leicht aversiven Reizen (zB helle Deckenbeleuchtung) motivieren, um das Entweichen Käfig suchen. Latenz, um das Entweichen Käfig finden können während der Sitzung gemessen werden, jedoch zusätzliche Endpunkte erfordern in der Regel Video-Aufzeichnung. Aus diesen Videoaufnahmen kann die Verwendung von automatisierten Tracking-Software eine Vielzahl von Endpunkten, die ähnlich denen in Wasser Labyrinthe hergestellt (z. B. sind generieren </ Em> gelegte Strecke, Geschwindigkeit / Geschwindigkeit, Zeit in der richtigen Quadranten verbracht, verbrachte Zeit verschieben / ruhen, und die Bestätigung der Latenz). Art der Suchstrategie (dh Zufalls, seriellen oder direkt) kann als gut eingestuft werden. Barnes Labyrinth Bau-und Testmethoden auch für kleine Nagetiere, wie Mäuse und große Nagetiere, wie Ratten unterscheiden. Zum Beispiel, während Extra-Labyrinth Cues wirksam für Ratten, kleinere wilde Nagetiere können intra-Irrgartens mit einem Sichtschutz rund um das Labyrinth erfordern. Entsprechende Reize müssen identifiziert werden, die die Nager zu motivieren, um die Flucht Käfig suchen. Sowohl Barnes und Wasser Labyrinthe kann zeitaufwendig als 4-7 Testversuche sind in der Regel erforderlich, um eine verbesserte Lern-und Gedächtnisleistung (z. B. kürzere Latenzen oder Pfadlängen, um die Flucht Plattform oder Käfig zu suchen) und / oder Unterschiede zwischen den Versuchsgruppen zu erkennen. Auch so ist die Barnes Labyrinth ein weithin eingesetzten Verhaltensbeurteilung Messung räumlichen Navigationsfähigkeiten undihre möglichen Störungen durch genetische, neurologisch-Manipulationen oder Drogen / Giftstoff-Exposition.

Introduction

Räumliches Lernen und Gedächtnis in Labornager wurde zuerst mit Lebensmitteln entzogen Ratten, die ein Labyrinth von Gassen navigiert, ein Lebensmittel ^ein Verstärker lokalisieren bewertet. Einige Jahrzehnte später wurde ein Raumbezug Speichersystem ² vorgeschlagen. Im Gegensatz zum Arbeitsspeicher, die Speicher in einer Testphase oder Gerichtsverfahren bezieht, bezieht Referenzspeicher zum Speicher über Test-Sessions oder Prüfungen und ist enger, langfristige Arbeitsspeicher an.

Mehrere Arten von Labyrinthe sind als nicht-invasive Beurteilung des Hippocampus-abhängigen räumlichen Lernen und Gedächtnis in kleinen und großen Nager (zB Wasserlabyrinth, mehrere T-Labyrinth, Irrgarten und radialen Arm Trockenland Labyrinthe) ^6.3 entwickelt. Hier konzentrieren wir uns auf die kreisförmige Plattform oder Barnes Labyrinth, erstmals 1979 von Dr. Carol Barnes ⁷ beschrieben. Dieses Labyrinth wurde verwendet, um räumliche Navigations Lernen und Gedächtnis in einer Vielzahl von Tiermodellen zu testen, darunter Ratten (RaTTUs norvegicus), Mäuse (Mus musculus), Hirschmäuse (Peromyscus maniculatus bairdii), Kalifornien Mäuse (Peromyscus californicus) und hystricomorph Nagetieren (Degus [Strauchratten Degus]) ^13.08. Andere Arten beurteilt mit der Barnes Labyrinth gehören American Schaben (Periplaneta americana) ^14, Kornnattern (Elaphe guttata guttata) ^15,   squamate Reptilien (zB Seiten-gestromt Eidechsen [Uta stansburiana]) ¹⁶ und nicht-menschlichen Primaten (z. B. Maus Lemuren [Microcebus murinus]) ^17. In unseren Labors hat Barnes Labyrinth Leistung als Index der Neurotoxizität nach Entwicklungs Bisphenol A (BPA) oder Ethinylestradiol (EE2) Exposition ^9-1113 verwendet. Es ist auch allgemein für das Verhalten Phänotypisierung von verschiedenen Mausstämmen ^18-21, Beurteilung von Alterungseffekten ^7,22-28 verwendet werden, und die Alzheimer-Krankheit bezogenen deficits in Tiermodellen ^3,29-33, sowie die Auswirkungen von Bewegung und Ernährung, Umwelt-und Stoffwechselveränderungen ^34-42.

Ein Hauptvorteil von Barnes Labyrinth Nutzung ist, dass es weniger Stress induziert in den Fächern relativ zu Wasser Labyrinthe, wie der Morris-Wasserlabyrinth ^43, obwohl beide akuten Anstieg der Plasma-Corticosteron-Konzentrationen in ⁴⁴ Mäuse zu induzieren. Als trockene Land Labyrinth kann der Barnes-Labyrinth für terrestrischen Nagetiere ⁴⁵ weitere artgerechte-relevant. Obwohl Wasserlabyrinth Leistung hat sich gezeigt, empfindlicher auf genetische Veränderungen in Mäusen ^3,46,47 zu sein, ist mehr empfindlich auf bestimmte andere Veränderungen ^48,49 Barnes Labyrinth Leistung. In Tiermodellen, wo Wasser-Labyrinth Einsatz nicht möglich ist, kann das Barnes-Labyrinth bieten eine fein abgestimmte Bewertung der räumlichen Gedächtnisleistung ^31. Die milde aversiven Reizen in der Regel im Barnes Labyrinth (dh helle Lichter) verwendet wird,jedoch kann keine ausreichende Motivation für die Nager, um das Entweichen Korb ⁴⁵ zu lokalisieren. Darüber hinaus können Nagetiere lernen, dass keine Strafe tritt auf, wenn sie nicht in die Flucht Käfig. Statt also aktiv nach der Flucht Käfig, einige Nagetiere aktiv erkunden das Labyrinth für lange Laufzeiten der einzelnen Studien. Wie von Kennard und Woodruff-Pak ²⁴ überprüft, wird diese erhöhte Erforschung der Latenz verlängern, um die Flucht Käfig, Pfadlänge zu finden, und die Anzahl von Fehlern. So Messung mehrerer Parameter, einschließlich Latenz, Fehlerrate, die Zeit in den richtigen und falschen Quadranten, Geschwindigkeit verbrachte, Zeit in Bewegung, Zeit stillstehen, und Suchstrategie können gemeinsam einen besseren Indikator für die räumliche Navigations Lern-und Gedächtnisfähigkeit jeder Person ^{8 -10.} Zusätzlich kann die Leistung als Latenz gemessen werden, um zuerst das Flucht Käfig (primäre Maßnahme) oder die Wartezeit, um die Flucht Käfig (Gesamtmaßnahme). Einige haben Argumenteed, dass die primäre Maßnahmen der Leistung sind eine genaue Wiedergabe der räumlichen Lernen als insgesamt ⁵⁰ Maßnahmen. Die meisten Studien, einschließlich der hier beschriebenen Beispiele verwenden Latenz, um das Entweichen Käfig eingeben, um Fehlerrate und Suchstrategie zu bestimmen. Ferner haben einige Tracking-Software-Systeme einen Drei-Punkt-Körper Detektionssystem, das die Frequenzen der Sniffing die richtigen Löcher vs korrekt messen kann. Schließlich muss das Labyrinth gründlich mit Ethanol zwischen Studien gereinigt werden, um Geruchssinn, die Hinweise liefern oder sich als störend auf nachfolgende Tiere könnten zu entfernen.

Barnes Labyrinth Designs variieren aber in der Regel jeweils 12 oder 20 potenzielle Fluchtlöcher, von denen nur einer zu Hause oder eine Flucht Käfig. Die Escape-Käfig kann entweder direkt unter dem Austrittsloch auf dem Labyrinth oben (ohne Wände für Labyrinthe) befinden oder in die umgebende Wand des Labyrinth gebaut. Die Signale können in der Größe von ca. 16,5 cm Höhe oder Breite (m variieren innerhalb deraze) auf eine horizontale Linie in der Breite 21,6 cm vom Boden bis zur Decke des Raumes Wand außerhalb des Labyrinths gesetzt. Fig. 1-5 zeigen Beispiele von Barnes Labyrinth Designs für Peromyscus Spezies (Abbildung 1) und Ratten (Abbildungen 2-5). Stecker oder Doppelböden müssen die nonescape Löcher abdecken, um das Tier aus aus dem Labyrinth fällt. Größe des Testraum kann variieren (~ 20 m ^2), aber es muss groß genug, um genügend Raum für das Labyrinth zu bieten, Gewöhnung der Tiere an die Raum, der einen Computer mit Video-Set-up (falls verwendet), und ein Ort, für den Experimentator in einem Abstand (mindestens ~ 122 cm) vom Labyrinth-Vorrichtung, so daß ihre Anwesenheit nicht mit der Leistung des Tieres stören sitzen. Zuordnung der Flucht Käfig Standort sollte zwischen den Behandlungsgruppen und Geschlecht ausgeglichen werden. Während die hier beschriebenen spezifischen Verfahren enthalten keine Dreh das Labyrinth zwischen Studien die Nutzung der inner Labyrinth Geruch Cues, einige Studien entmutigennehmen dieses Verfahren ^50. In unserem Verfahren wird das Labyrinth sauber mit Ethanol abgewischt, um zwischen Studien Hinweise Geruch zu beseitigen.

Bei der Lokalisierung der Flucht Käfig, drei Arten von Suchstrategien definiert wurden (ursprünglich als "Muster" von Barnes ^7): 1) zufällig, operativ als lokalisierte Such der Löcher durch die Wege der Überquerung des Labyrinths Zentrum getrennt, 2) Serien, definiert als definiert eine systematische Suche von aufeinanderfolgenden Löchern im Uhrzeigersinn oder gegen den Uhrzeigersinn, und 3) die direkte oder räumliche, definiert als die Navigation direkt auf den richtigen Quadranten ohne Überquerung der Labyrinth-Center mehr als einmal und mit drei oder weniger Fehlern. In der Regel mit wiederholten Tests, Nagetiere normalerweise durch die Suchstrategien in der aufgeführten (Random-, serielle und direkt) ^51, um Fortschritte. Eine Sonde Studie ohne die Flucht Käfig kann auch als weitere Maßnahme des Speichers ⁵⁰ verwendet werden.

Das Protokoll und die VertreterErgebnisse wurden hier für zwei Arten von Nagetieren (Peromyscus arten anders bezeichnet kleine Nagetiere) und Ratten entwickelt. Während diese allgemeinen Verfahren kann auch für Inzucht-und / oder outbred Mäuse (Mus musculus) zu halten, sollten weitere Studien über mögliche Unterschiede Methodik für die letztere Art ^18-21 konsultiert werden.

Protocol

1. Barnes Maze Procedure für kleine Nagetiere Schalten Sie die Deckenbeleuchtung über dem Labyrinth und Ort "Do Not Enter"-Zeichen auf der Außenseite der Labortür. Bringen Mäuse in ihrem normalen Käfige zu den Testraum ca. 30 min vor Beginn der ersten Studie zur Gewöhnung zu ermöglichen. Wenn der Raum ist ruhig, kann es nicht notwendig, weißes Rauschen enthalten sein, da sonst diese Vorsichtsmaßnahme in Betracht gezogen werden. Stellen Sie das Tracking-Programm. <l…

Representative Results

Geschlechtsreife männliche Rotwild Mäuse sind abhängig verbesserte räumliche Navigations Fähigkeit, potenzielle Brutpartner, die überall in der Umwelt verbreitet werden, zu lokalisieren. Sowohl prä-und Erwachsenen Einwirkung von Testosteron sind unerlässlich bei der Organisation und der Aktivierung dieses später erwachsenen männlichen Verhalten 53. So wurde angenommen, dass frühe Exposition gegenüber endokrinen Disruptoren könnte diese Eigenschaft später bei Männern stören. Um diese Hypothese …

Discussion

Kritische Schritte in Barnes Labyrinth Testverfahren gehören: 1) die Bereitstellung der richtigen mild aversiven Reiz, um das Tier zu motivieren, um die Flucht Käfig zu finden, 2) die Gewährleistung einheitlicher Bedingungen sind über die Tierversuche erhalten (zB Testzeit, Testpersonal, externe Lärmschutz, und andere Reize, die die Leistung beeinträchtigen könnten), 3), wenn Studien sind Video aufgezeichnet, Optimierung und Sicherstellung der ordnungsgemäßen Video-Aufzeichnung und-Datei wieder auf, un…

Materials

NOTE: Those items that are for small rodents only are bolded. Those items that are for large rodents only are italicized. Items neither bolded nor italicized are for both.
Barnes Maze platform with 12 or 20 escape holes every 30°. For rats, each hole is 10.5 cm in diameter and 4 cm from the maze top edge. For use with automated tracking programs, a black top for white rodents or a white top for pigmented rodents is needed. For mice and rats, this circular top is 95 and 122 cm in diameter, respectively.	US Plastics Corp, Lima, OH	42625	This is the top of the Barnes Maze and the surface that the rodent is placed upon. It can be constructed from a variety of materials (e.g. Plexiglas), but for endocrine disruptor work, polypropylene BPA-free material is optimal. One of the holes leads to the an escape cage; all other holes are blind-ending or false-bottomed. For the rat maze, small slides on the underside of the maze platform allow the escape cage and false bottoms to slide in.
2" Polypropylene pipe plug (24) 2" 90° Black polypropylene elbow (12) 2" x 6" Polypropylene pipe nipple (1)	US Plastics Corp, Lima, OH	30724 32086 30712	These are only necessary for the small rodent (e.g. mouse) Barnes Maze. These adaptations are either blind-ending tubes/elbows or one of the tubes is connected to the pipe nipple that then leads to the escape cage.
False bottoms for rat Barnes Maze			These were custom made of ABS plastic and vacuum molded for the rat maze apparatus.
Circular aluminum wall/barrier (50 cm high) around the maze	Ace Hardware, Columbia, MO		In the case of small rodents (e.g. mice), this barrier prevents them from falling off the maze; the rat apparatus generally does not require this. The wall may not be needed for laboratory mice that are relatively tame.
Support stand for maze platform top	US Plastics Corp, Lima, OH	42625	The stand supports the maze platform top such that it is elevated above the floor (typically, 70-100 cm) to motivate the rodent to locate the escape cage. The stand can be constructed of any material.
White noise	SleepMate Sound Conditioner, Marpac, Rocky Point, NC	980A	Background noise may be used to block out peripheral acoustic cues that may confound Barnes Maze testing across trials and animals
Light fixtures and 300-500 watt bulbs encased in aluminum shells. For example, Utilitech 500-watt halogen portable work lights.	Ace Hardware or Lowes		Bright lights provide a mildly aversive stimulus which motivate the rodent to locate the escape cage. The lights are generally suspended ~150 cm above the maze top.
Escape cage. For small rodents, this can be a polypropylene cage (27.8 x 7.5 x 13 cm).	Ancare, Bellmore, NY	N40 PP	The rat escape cage here was custom built and has a ramp leading into the escape cage.
Opaque tube (rats only) (27 cm diameter; 23 cm height) with a piece of thick cardboard to cover the top.			The tube is placed in the center of the maze and the rat is placed into the tube from the top which is covered with the cardboard. A handle on the outside of the tube allows easier lifting of the tube, which then begins the trial. The tube can be constructed of any material, but should be opaque.
High resolution video camera (e.g. Panasonic Digital Video Camera)	Panasonic, Secaucus, NJ	ICV19458	The video camera is positioned overhead and records trials for later analysis.
Extra- or intra-maze geometric cues made of high quality cardboard construction paper	Any office supply store, such as Staples.		These visual cues orient the animal within the maze environment, providing cues as to the spatial location of the escape cage; in rats, extra-maze cues on the walls work well, whereas in small rodents that require a wall around the maze, intra-maze cues must be used.
Black curtain to surround the maze (small rodents only)	Any fabric and crafts store, such as Jo-Ann Fabrics		A black curtain is used in small rodents (especially wild species, e.g. Peromyscus) to maintain attention within the maze confines.
70% ethanol	Fisher Scientific	BP2818-4	After each trial, the maze top and escape cage are cleaned to eliminate potential odor cues for consecutively tested rodents.
Tracking software program, such as Ethovision, and computer with appropriate video card and substantial (1 TB or more) hard-drive space. Alternatively, videos can be recorded directly to the computer for later analysis using a program such as Win TV (Hauppauge Computer Works, Inc.).	Noldus (Leesburg, VA)		Tracking software is required to analyze trials for latency to locate the escape cage, velocity, distance traveled, time spent resting, time spent moving, time spent in the correct versus incorrect quadrants, time spent around the escape hole, number of errors or entries into incorrect holes, and overall search strategy employed to find the escape cage.
External hard drives, such as Seagate or WD, with a minimum 1- 2 TB of memory	Any office supply store, such as Staples.		Videorecordings should be backed up in at least one separate location.
Videorecording program, e.g. WinTV program	Hauppauge Computer Works, Inc., Hauppauge, NY		If tracking software is not available at the time of the testing, the trials should be video-recorded for later analysis