Avaliando a aprendizagem espacial e memória em pequenas Squamata Répteis

Summary

This paper describes a modification of the Barnes maze, a standard rodent paradigm used to assess spatial memory and learning, for use in small squamate reptiles.

Abstract

A pesquisa clínica tem aproveitado uma variedade de paradigmas para avaliar o declínio cognitivo, comumente alvo habilidades de aprendizagem e memória espacial. No entanto, o interesse nos processos cognitivos de espécies nonmodel, normalmente dentro de um contexto ecológico, também se tornou um campo emergente de estudo. Em particular, o interesse nos processos cognitivos em répteis está crescendo, embora estudos experimentais sobre a cognição répteis são escassos. Os poucos estudos de répteis que experimentalmente testados para a aprendizagem espacial ea memória usaram paradigmas de roedores modificados para uso em répteis. No entanto, ecologicamente devem ser tomadas importantes aspectos da fisiologia e comportamento deste grupo taxonómico em consideração ao testar para a cognição com base espacialmente. Aqui, descrevemos modificações da Barnes labirinto terra seca e protocolo de teste associados que podem melhorar o desempenho quando sondagem para a aprendizagem espacial e capacidade de memória em pequenos répteis Squamata. O paradigma descrito e próprocedimentos foram utilizadas com sucesso com lagartos masculinos do lado-blotched (Uta stansburiana), demonstrando que a aprendizagem espacial ea memória pode ser avaliada neste grupo taxonómico com um aparelho e protocolo ecologicamente relevantes.

Introduction

Muitas doenças neurodegenerativas, como presente de Alzheimer com um declínio progressivo na capacidade cognitiva, normalmente concomitante com a degradação do cérebro ^1-4. Para testar a influência da lesão cerebral e degradação em processos cognitivos, a investigação clínica tem aproveitado as vantagens de espécies de roedores modelo e padronização de aparelhos de teste e protocolo. Em particular, os processos de aprendizagem e memória espacial foram avaliados através de vários paradigmas padrão, como o labirinto Morris água, Barnes labirinto, e labirinto radial do braço (para uma revisão abrangente destes e de outros paradigmas, veja ^5,6). A rica história desses paradigmas de aprendizagem e memória espacial tem se mostrado bastante bem sucedida, permitindo que os investigadores a compreender muitas das facetas e nuances da relação entre a memória humana, a função cerebral e doença.

Embora a avaliação dos processos cognitivos foi examinado em pesquisa clínica para saire algum tempo, a investigação dirigida para as habilidades cognitivas de espécies nonmodel é relativamente novo. Pesquisadores que estudam a cognição em espécies nonmodel são tipicamente interessados ​​na relevância ecológica e evolutiva dos processos cognitivos, particularmente no contexto de sobrevivência e reprodução. Alguns estudos em répteis têm sugerido que as capacidades cognitivas avançadas, em particular a memória espacial, podem causar alguns comportamentos, particularmente aquelas relativas à navegação e orientação. No entanto, enquanto muitos estudos têm demonstrado que os répteis pode reorientar após o deslocamento ^{de 7,8,} a mecanismos cognitivos comportamento reorientação subjacente ainda não foram esmiuçadas distante. Devido a isso, alguns estudos têm tentado avaliar experimentalmente a importância da aprendizagem espacial ea memória durante a navegação ^9-17. A metodologia nestes estudos são predominantemente modelado após paradigmas de roedores e protocolos, por vezes modificados para utilização em répteis, mas estes estudostiveram sucesso variável na avaliação da memória espacial. Alguns estudos têm demonstrado a aprendizagem espacial ea memória em algumas espécies ^11-17, enquanto outros estudos não encontraram nenhuma evidência de tal ^9,10. Assim, o papel ou a existência de aprendizagem espacial ea memória durante a navegação em répteis ainda é incerto.

Uma questão que pode ser problemático quando experimentalmente avaliar a aprendizagem espacial ea memória em répteis é a relevância ecológica da tarefa. Os répteis são um grupo taxonómico especial bastante distinta de roedores, demonstrando grande variação na ecologia, comportamento e fisiologia. Diferenças de comportamento entre as espécies de répteis poderia impacto da avaliação das habilidades cognitivas espaciais, particularmente se o paradigma utilizado não bater em um comportamento natural. Por exemplo, em uma espécie que normalmente procura refúgio em pequenas fendas, habilidades espaciais pode ser facilmente avaliada utilizando um Barnes labirinto que este labirinto pode não ser a escolha ideal paradigmaem uma espécie que normalmente permanece imóvel. Da mesma forma, a maioria dos répteis Squamata não são aquáticas e assim o labirinto aquático de Morris não pode ser uma escolha adequada para testar a aprendizagem espacial ea memória (mas veja ^15); no entanto, este labirinto pode ser uma escolha ideal para testar habilidades espaciais em tartarugas ^16. Finalmente, a fisiologia deste grupo devem ser contabilizados, como os répteis são ectotérmicos manutenção da temperatura adequada e, particularmente, do substrato, devem ser considerados durante o procedimento de teste.

O protocolo e paradigma aqui apresentados foram usadas para sondar para a aprendizagem espacial ea memória em lagartos do lado-blotched adultos (Uta stansburiana) ^13, um pequeno lagarto que normalmente foge de predadores em pequenas fendas nas rochas ^18. Sabendo este aspecto da história natural e comportamento da espécie, utilizou-se uma modificação do labirinto tradicional Barnes para testar a aprendizagem espacial ea memória. O labirinto i Barnessa labirinto-terra seca e normalmente usado para testar a cognição espacial em modelos de roedores. Nós modificamos o nosso labirinto de várias formas do labirinto roedor, tanto em design e protocolo (descrito abaixo). O nosso labirinto consistia de uma plataforma circular com furos 10 equidistantes uma da outra ao longo do perímetro da plataforma (Figura 1). O protocolo aqui descrito envolve um assunto que participa em ensaios de formação para aprender a localização de um buraco objetivo, então, uma vez que o sujeito aprende a localização do buraco objetivo, um julgamento sonda é usada para determinar o uso de memória espacial durante a navegação para o gol.

Protocol

Todos os procedimentos foram aprovados pela Penn State University Animal Care Institucional e Comitê de Uso (IACUC – Protocolo ID: 43242) e aderiu a todos os locais, estaduais e federais. 1. Preparação Comprar ou construir o labirinto Barnes, assegurando que os orifícios de meta são de tamanho adequado para a espécie de interesse. Para este protocolo, utilize sete lagartos do lado-blotched adultos (Uta stansburiana). Determinar o tamanho da amostra adequada de estud…

Representative Results

Este protocolo permite a avaliação experimental de navegação baseada espacialmente em pequenos lagartos. Um estudo anterior utilizado com sucesso este protocolo para sondar para a navegação espacial em lagartos do lado-blotched do sexo masculino 13. Nesse estudo particular, os machos foram treinados para navegar para um buraco meta e, uma vez que critério foi alcançado, evoluiu para um julgamento sonda para avaliar as pistas priorizados quando navegando para um buraco …

Discussion

Quando experimentalmente testar para a aprendizagem espacial e memória, há várias questões conceituais importantes que serão abordados em alguns dos principais passos no protocolo. Primeiro, os indivíduos devem demonstrar que estão aprendendo a localização do buraco meta ao longo dos ensaios de formação. Atingir o critério predefinido demonstra que a aprendizagem da localização do furo meta ocorreu. Se não sujeitos aprender a localização do orifício objectivo, não há nenhuma maneira viável para, em …

Materials

Barnes maze	TSE Systems	302050-BM/M	Available from other vendors. Alternatively, a Barnes maze can be constructed from a standard, non-porous round table.
Heat tape	Big Apple Pet Supply		May also use a small space heater situated on the floor under the maze.
Pet keeper for small animals	Petco	1230204	Housing enclosure that can be mounted under the maze.
Nickel plated shelf support pegs	Newegg	241941	Pegs attached to underside of maze. Secures enclosure to maze during trials.
LifeCam Studio webcam	Microsoft	Q2F-00013	Available from other vendors. Other brands of webcams may also be used.
Tracking software	Code custom written for Matlab and the Image Toolbox		Video tracking software. Other tracking software such as VideoMot 2 from TSE Systems can be used.