小型·大齧歯類モデルとバーンズ迷路テスト戦略

Summary

ドライランドバーンズ迷路が広く穏やかに嫌悪刺激に応答して、空間ナビゲーション能力を測定するために使用される。連続した日に、対照被験者のパフォーマンス（エスケープケージを配置するなどの待ち時間）は、通常の学習と記憶の指標を向上させます。ラットとマウスの違いはここに詳述されている装置および方法論の変更を必要とする。

Abstract

実験用げっ歯類の空間学習と記憶は、多くの場合、水とドライの土地（バーンズ）迷路いる最も人気のあるそのうちの迷路でのナビゲーションの能力によって評価する。セッションや裁判よりも改善されたパフォーマンスが脱出ケージ/プラットフォーム位置の学習と記憶を反映すると考えられている。水迷路よりもストレスの少ないと考えられ、バーンズ迷路も同様に周縁部の周りに間隔をあけ、複数の穴を持つ円形のプラットフォーム上の比較的シンプルなデザインです。 1エスケープケージにつながるながら穴の1つを除くすべてが、偽底またはブラインド終わることである。穏やかに嫌悪刺激（ 例えば 、明るい頭上の照明）は、エスケープケージを見つけるためにモチベーションを与える。エスケープケージを配置する待ち時間は、セッションの間に測定することができるが、追加のエンドポイントは、典型的には、録画を要求する。これらのビデオ記録から、自動化された追跡ソフトウェアの使用は、水迷路（ 例えば、で生産されるものに類似しているエンドポイントの様々を生成することができる</ em>の走行距離、速度/速度、正しい四分円で過ごした時間、時間）は休憩、および待ち時間の確認/移動過ごした。 （ すなわち 、ランダムシリアル、または直接）は、検索戦略のタイプも同様に分類することができる。バーンズ迷路の構築とテスト方法論は、ラットのようなマウスのような小型のげっ歯類、および大型げっ歯類のために異なる場合があります。余分な迷路の手がかりは、ラットで効果的であるが、たとえば、小さい野生のげっ歯類は、迷路の周りの視覚的なバリアで内迷路の手がかりが必要な場合があります。適切な刺激は、エスケープケージを見つけるために、げっ歯類のモ​​チベーションが同定されなければならない。バーンズと水迷路4-7テスト·試験は、通常、改善された学習と記憶のパフォーマンスを検出するのに必要とされるように時間がかかる場合があります（ 例えば 、より短い待ち時間やパス逃避台またはケージを配置する長）および/ ​​または実験群間の差の両方。そうであっても、バーンズ迷路は、空間ナビゲーションの能力を測定する広く採用行動評価で、その潜在的な遺伝的、神経行動学的操作によって破壊、または薬物/毒物曝露。

Introduction

実験用げっ歯類での空間学習と記憶は、最初の食品強化剤^1を見つけるために路地の迷路をナビゲート絶食ラットで評価した。数十年後に、空間参照メモリ·システムは^、2提案された。試験セッションまたは試用内のメモリを指すワーキングメモリとは対照的に、参照メモリは、試験又は臨床試験セッション間でメモリを参照して、より密接に長期記憶に関連する。

迷路にはいくつかの種類が、この海馬依存性の空間学習と記憶、大小のげっ歯類（ 例えば水迷路、複数のT-迷路、放射状迷路とドライ土地の迷路^）3-6の非侵襲的評価として開発されてきた。ここでは、最初に博士キャロルバーンズ⁷により1979年に記載された円形のプラットフォームやバーンズ迷路、に焦点を当てる。この迷路は、ラット（Raを含む、齧歯類モデルの広い範囲で、空間ナビゲーションの学習および記憶を試験するために使用されているのTTUのドブネズミ）、マウス（ ハツカネズミ ）、鹿マウス（Peromyscus maniculatus bairdii）、カリフォルニアマウス（Peromyscusカブリダニ ）、およびヤマアラシ類のげっ歯類（ 例えばデグー[Octodonのデグー ^{]）8月13日} 。バーンズ迷路を用いて評価し、他の種は、アメリカのゴキブリ（ ワモンゴキブリ ^）14、トウモロコシヘビ（Elaphe滴状滴状 ^）15を含み、  うろこに覆われた爬虫類（ 例えばサイドblotchedトカゲ[ うたの^{stansburiana]）16、}およびヒト以外の霊長類（ 例えば 、マウスキツネザル[Microcebusのムリナス ^]）17。我々の研究室では、バーンズ迷路性能が発達ビスフェノールA（BPA）またはエチニルエストラジオール（EE2）露光^{9から1113まで}の後の神経毒性の指標として使用されている。これは、一般的に、行動の様々なマウス系統の表現型^18〜21、経年変化^7,22-28の評価、およびアルツハイマー病に関連するDEFにも使用されている動物モデル^3,29-33だけでなく、運動や栄養、環境、および代謝の変化^34〜42の効果がicits。

バーンズ迷路の使用の主な利点は、両方のマウス⁴⁴における血漿コルチコステロン濃度の急性の増加を誘導することができるが、それは、例えば、モリス水迷路⁴³としての水迷路、に対して被験体においてより少ないストレスを誘導することである。乾燥した土地迷路としては、バーンズ迷路は、より多くの動物行動学関連の地上げっ歯類⁴⁵ためのものであってもよい。水迷路性能がマウス^3,46,47における遺伝的変化に敏感であることが示されているが、バーンズ迷路性能は、特定の他の改変^48,49に対してより敏感である。水迷路使用が不可能であるげっ歯類モデルにおいて、バーンズ迷路は、空間記憶の保持³¹の微調整された評価を提供してもよい。通常は、バーンズ迷路（ つまり明るい光）で使用される軽度の嫌悪刺激しかし、脱出ケージ^45を配置する齧歯類のための十分な動機を提供することはできません。さらに、げっ歯類は、彼らが脱出ケージを入力しないと罰が発生しないことを学ぶことができます。このようにして、代わりに積極的に脱出ケージを検索する、いくつかのげっ歯類は、積極的に各試験の長い期間のために迷路を探る。ケナードとウッドラフ-パック²⁴によってレビューされるように、この増加の探査は、エスケープケージ、パスの長さを見つけるために、待ち時間を延長し、エラーの数が増加します。従って、レイテンシ、エラーレート、正誤象限、速度、時間移動、時間休止し、探索戦略で費やされた時間を含む複数のパラメータの測定は、集合的に、各被験者の空間ナビゲーションの学習および記憶能力⁸の良い指標を提供することができる^-10。さらに、パフォーマンスは最初のエスケープケージ（プライマリ測定）またはエスケープケージ（総措置）を入力するレイテンシを見つけるために、待ち時間として測定することができる。中には、引数を持っているパフォーマンスの主な対策は、全施策⁵⁰よりも空間学習をより正確に反映していること編ここで説明する例を含むほとんどの研究は、誤り率と探索戦略を決定するために、エスケープケージを入力するために遅延を使用する。さらに、いくつかのトラッキングソフトウェアシステムは、正しい対間違った穴をスニッフィングの周波数を測定することができる3つのポイント体検出システムを有する。最後に、迷路を徹底的に手がかりを提供したり、その後の動物に気が散ることを証明できた嗅覚を削除するために試験間エタノールで洗浄しなければならない。

バーンズ迷路の設計は変化するが、一般に、各家庭内やエスケープ·ケージをもたらす一方のみが、12又は20の電位逃げ孔を有している。エスケープケージは（壁のない迷路用）迷路の上に直接、逃げ穴の下に位置または迷路の周囲の壁に内蔵されていてもよい。手がかりは、m以内、約16.5センチメートルの高さや幅（のサイズを変えることができるAZE）水平ライン床から迷路の外側の部屋の壁の天井に配置された、幅21.6センチ。Peromyscus種に対するバーンズ迷路設計の1-5の例を示します（ 図1）およびラット（ 図2-5）図 。プラグまたは虚偽の底が迷路から落ちるの動物を防ぐためにnonescape穴をカバーしなければならない。試験室の大きさが変化することができる（〜20メートル^2）それは、部屋に動物をhabituatingビデオセットアップ（使用されている場合）を持つコンピュータを収容して、場所、迷路の余地を提供するのに十分な大きさでなければならない実験者は、彼らの存在は、動物のパフォーマンスに干渉しないように迷路装置からの距離（少なくとも〜122センチメートル）で座ってください。脱出ケージ位置の割り当ては、治療群と性別の間でバランスをとる必要があります。ここに記載された特定の手順では、いくつかの研究、内迷路臭気の手がかりの使用を阻止するために試験間迷路を回転させることは含まれていませんがこの手順^50を組み込む。私たちの手順では、迷路は臭気の手がかりを排除するために試験間エタノールできれいに拭き取る。

、動作的迷路の中心を横切る経路によって分離穴の局所探索として定義され、1）ランダム2）シリアルのように定義：エスケープ·ケージを配置では、検索戦略の3つのタイプ（もともとバーンズ⁷によって「パターン」と呼ばれる）に定義されている体系的な時計回りまたは反時計方向に連続した穴の探索、および3）直接または空間、複数回および3つ以下のエラーで迷路の中心部を横断することなく、正しい象限に直接ナビゲートするように定義されています。一般的には、反復試験で、げっ歯類は、一般的に^51（ランダムシリアル、およびダイレクト）リストされている順序で検索戦略を進行。エスケープおりなしプローブ試行は、メモリ⁵⁰の別の尺度として用いることができる。

プロトコルと代表ここでの結果は、げっ歯類の2種類（Peromyscus種 、そうでないと呼ばれる小型のげっ歯類）ラットのために開発された。これらの一般的な手順はまた、近交系および/ ​​または非近交系マウス（ ハツカネズミ ）のために保持することができるが、他の研究では、これらの後者の種^18〜21のための潜在的な方法論の違いに相談する必要があります。

Protocol

1。小型げっ歯類のためのバーンズ迷路手順ラボのドアの外側に兆候を「入力しない」迷路と場所上記頭上の照明をオンにします。 約30分前に慣らしを可能にするための最初の試験を開始する試験室に彼らの通常のホームケージにマウスを持って来る。部屋は静かである場合、それはそうでなければ、この予防策を考えることができる、白色雑音を含むことが必要ではないかも?…

Representative Results

性的に成熟した雄のシカマウスは広く環境全体に散在している潜在的な繁殖のパートナーを見つけるために強化された空間的なナビゲーション能力に依存している。出生前およびテストステロンへの成人の暴露の両方が、この後の成人男性の行動53を組織し、活性化するのに不可欠です。このように、これは、内分泌かく乱化合物への早期の曝露は男性で、この保存形質を乱す可能性…

Discussion

バーンズ迷路テスト手順における重要なステップは、次のとおり、1）、エスケープケージを見つけるために動物をやる気にさせる適切穏やかに嫌悪刺激を与える2）人事、外部ノイズコントロールのテスト、（均一な条件は動物試験も維持されます例えば 、試験時間を確保とパフォーマンスに影響を与える可能性のある他の刺激）、3）試験は、ビデオの最適化と確実に適切なビデオ録…

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