ويصف هذا البروتوكول تحليل السلوكي، استناداً إلى اختبار المتاهة بارنز، لدراسة دفاعية غريزية كيف يتم تعديل الإجراءات بعلم البيئة المكانية.
وقد اختارت تطور مرجع للسلوكيات الدفاعية التي لا غنى عنها للبقاء على قيد الحياة عبر جميع الأنواع الحيوانية. غالباً ما تكون هذه السلوكيات النمطية الإجراءات أثارت في الاستجابة للمحفزات الحسية الفطرة البرود، لكن نجاحها يتطلب قدرا كافياً من المرونة للتكيف مع البيئات المكانية المختلفة، التي يمكن أن تتغير بسرعة. وهنا يصف لنا تحليل السلوكي لتقييم تأثير المعرفة المكانية المستفادة في السلوكيات الدفاعية في الفئران. ونحن قد تكيفت المقايسة الذاكرة المكانية المتاهة بارنز المستخدمة على نطاق واسع للتحقيق كيف انتقل الفئران إلى مأوى خلال الردود الهروب إلى المنبهات الحسية الفطرة البرود في بيئة جديدة، وكيفية التكيف مع التغيرات الحادة في البيئة. هذا الفحص الجديد هو معياراً اثولوجيكال التي لا تتطلب تدريبا ويستغل الطبيعية استكشاف أنماط واستراتيجيات التنقل في الفئران. ونحن نقترح أن مجموعة البروتوكولات المذكورة هنا هي وسيلة قوية لدراسة السلوكيات الموجهة الهدف والتنقل أدت الحوافز، التي ينبغي أن تكون ذات فائدة لكلا الحقلين سلوكيات غريزية والذاكرة المكانية.
سلوكيات دفاعية غريزية تعتبر إلى حد كبير أن تكون ماثلة التحفيز-الردود، مثل حركة ج-البدء في الأسماك والبرمائيات، الذي ينقل الحيوان بعيداً عن مصدر تهديد1. ومع ذلك، يمكن أن تكون السلوكيات الدفاعية التكيفية أكثر إذا كانت مرنة تأخذ في الاعتبار المعلومات المستخلصة عن البيئة الحالية. ومن الأمثلة على هذه المرونة هو التحول من الهروب إلى تجميد أبدته القوارض عندما تواجه الخطر، تبعاً لمعرفة مسبقة حول وجود أو عدم وجود مأوى في البيئة2،3. أمثلة أخرى على المرونة في سلوكيات فطرية تشمل تكييف على عتبة بدء الرحلة أو الهروب السرعة اعتماداً على المسافة بين فريسة و المأوى لها4، تجربة المسافة إلى التهديد5،6، والسابقة 11 , 12، كذلك تحديد استراتيجيات دفاعية مختلفة تبعاً للخصائص الحسية من التحفيز البرود7، أو حتى قمع السلوك الدفاعي في مواجهة الدوافع المتنافسة مثل الجوع8، 9،10. تبعية اختيار العمل على المعارف المكتسبة حول الميزات المكانية للبيئة يجعل السلوكيات دفاعية غريزية في الفئران نموذج قوية لدراسة اختيار الهدف والذاكرة المكانية والملاحة. هنا، يمكننا وصف تكييف مهمة السلوكية استخداماً، والذاكرة المكانية المتاهة (BM) بارنز الاعتداء13، لتحديد تأثير البيئة المكانية على اختيار إجراءات دفاعية في الفئران، واستراتيجياتها الخاصة بالملاحة عند الهروب نحو ملجأ.
المتاهة بارنز القياسية المستخدمة في دراسة التعلم والمكانية الذاكرة في الفئران ويتكون من منصة دائرية ~ 90 سم القطر مع ثقوب متباعدة بالتساوي 20، التي أغلقت 19، وواحد يؤدي إلى ملجأ تحت الأرض التي تسعى الفئران تجنبا لفتح مجال البيئة لمنهاج العمل. في كثير من الأحيان، ضعف المحفزات البرود (صفارة، الضوء الساطع، مروحة) تستخدم باستمرار في جميع أنحاء المقايسة لجعل البيئة البرود وبالتالي التشجيع على دخول المأوى14. في15،التحليل الأكثر استخداماً16، قد الحيوان واحد التعود المحاكمة حيث أنها تسترشد إلى الملجأ يدوياً المجرب فورا بعد يجري وضعه على المنصة. هذا هو تليها فترة الحصول على 4 أيام، حيث كل يوم مسموح بالماوس للتنقل بحرية في متاهة لمدة 3 دقائق، بعدها أنه مرة أخرى يدوياً يسترشد إلى المأوى إذا أنها لا تصل إلى أنه خلال فترة الاستكشاف. المرحلة الأخيرة من الفحص مسبار واحد للمحاكمة في اليومال 5 (على الرغم من أن ذاكرة سبعة أيام طويلة الأجل لمحاكمة أيضا عادة تتم) عند الحيوان يستكشف المتاهة مع جميع الثقوب مغلقة. الذاكرة التعلم وطويلة الأجل هي كمية الوقت اللازم للعثور على مأوى والوخزات في الثقوب خاطئة خلال فترة حيازة، والوقت الذي يقضيه قرب الحفرة المأوى مغلقة في محاكمة التحقيق. النتائج النموذجية تظهر انخفاضا في عدد الأخطاء والكمون للوصول إلى المأوى أثناء اقتناء، ونسبة أعلاه فرصة من الوقت الذي يقضيه في رباعي يحتوي على حفرة مغلقة المستهدفة في التحقيق المحاكمة15.
وبينما كانت عدة متغيرات للمقايسة BM18سبق وصفها17،،19، النموذج الذي يصف لنا هنا قد ثلاثة تغييرات أساسية من التحليل القياسي. أولاً، يتم ترك الحيوان لاستكشاف المتاهة وإيجاد المأوى بمفردها، ويتم اختبار في الدورة نفسها، بعد أن تم العثور على الملجأ، خلال فترات حيث تشارك الحيوان في السلوك الاستكشافي. على الرغم من أن هذا الإعداد لا اختبار الذاكرة على المدى الطويل من موقع المأوى، فإنه صمم ليكون سيناريو طبيعي أن يقلد استكشاف الأرض الرواية، تحت التهديد بالافتراس. وباﻹضافة إلى ذلك، فإنه يسمح لاختبار كيف الحيوانات تتكيف مع التغيرات الحادة في البيئة، مثل التغيرات المفاجئة في المناظر الطبيعية. ثانيا، هو أحد جوانب رئيسية للمقايسة لدينا أن المجرب قوات ابدأ الحيوان أو الخروج من الملجأ، الذي يمكن تضليل الحيوان واستبعاد مسار التكامل20 ك استراتيجية قابلة للتطبيق ملاحة21. مسار التكامل هو استراتيجية تنقل الذي يستخدم إشارات ذاتية الحركة، مثل الرموز المخصوص والدهليزيه، الناشئة عن دمج تدفق السيارات، إلى تحديث الموضع الحالي للحيوان، والانتقال نحو هدف، وليس من الممكن إذا التي تنقل الحيوانات سلبية بالمجرب. ثالثا، نستخدم البرود الفطرة البصرية22 والمنبهات السمعية23 للحصول على الهروب إلى المأوى، والتي يتم تمييزها بسهولة من السلوك مساحات العلف الجارية ويسمح للتقييم والتقدير الكمي لاستراتيجيات محددة الملاحة المستخدمة خلال الدفاع عن التهديدات الوشيكة. ونحن نقترح أن هذا التحليل سوف تكون مفيدة لتشريح دور الذاكرة المكانية في اختيار وتنفيذ سلوك دفاعي، وأكثر عموما إلى أوسع دراسة للتنقل الموجه بالهدف والذاكرة المكانية على المدى القصير. عرض البروتوكولات المذكورة هنا Vale وآخرون. في عام 2017، الذي نشير إليه القراء لأكثر في عمق مناقشة الأساس المنطقي للتجارب والنتائج.
فحوصات يصف لنا هنا واضحة من الناحية الفنية لأداء، واستثناء المنصة تجارب التناوب، يمكن سهولة تنفيذها في متاهة بارنز قياسية. ومع ذلك، قد تنشأ مضاعفات قليلة: من ناحية، الماوس قد يبدو خائفا من دخول المأوى، الذي قد يكون سبب المأوى لا يجري تنظيفها بما فيه الكفاية أو المجففة. من ناحية أخرى، قد تبقى الماوس داخل المأوى لفترات طويلة جداً من الزمن. من الأهمية بمكان لهذه التجارب أن الحيوانات ابدأ مزالة من المأوى يدوياً، هذا يمكن أن تعطل مسار التكامل، فضلا عن الضائقة الحيوانات وتغيير استجابتهم للتهديد. ونحن نقترح إنهاء التجربة بعد 90 دقيقة وإعادة الاختبار بعد 48 ساعة إذا لزم الأمر. آخر النظر في العملية ذات الصلة أنه عندما يحقق الماوس على حافة المنصة، قد لا يكشف المحفزات البصرية إذا كانت الزاوية برأسه على الحافة، وهكذا نوصي بحجب المحفزات في مثل هذه الحالات. بالإضافة إلى ذلك، قد تقفز الفئران أسفل من المنصة في مناسبات نادرة. نقترح إنهاء التجربة وإعادة الاختبار بعد 48 حاء الفئران التي تترك بنشاط المنصة مرة واحدة ومن المرجح أن تفعل ذلك مرة أخرى في المستقبل وقد تستبعد من الدراسة. وأخيراً، من خلال تجربتنا، معظم أجهزة الماوس سوف تستجيب للتحفيز البصرية (الفئران 34/36). ومع ذلك، إذا كانت الفئران لا تظهر أي نوع من استجابة لحافز البصرية (أما من جفل، ورحلة أو استجابة تجميد)، ينبغي أن يستبعدن من الدراسة.
نقطة هامة للنظر أن السيطرة على الإشارات الحسية عادة مشكلة في فحوصات الذاكرة المكانية، حيث غالباً ما يصعب القضاء على جميع المصادر الممكنة لتلويث العظة. لدينا الإعداد التجريبية يقلل الإشارات المرئية الخارجية المحيطة بالمتاهة مع جدار، ويتم وضعها داخل خزانة الملطف صوت لعزل الصوت. للتقليل من إشارات حاسة الشم، نوصي بدقة تنظيف الإعداد مع الإيثانول 70% أو حمض الخليك بين التجارب.
ويضيف لدينا التحليل السلوكي للأساليب السابقة لدراسة الملاحة الفضائية26 باستخدام سلوكيات دفاعية غريزية للتحقيق في الذاكرة المكانية وتركز على سيناريوهات اثولوجيكال. فرق حاسم بين الإجراءات الوارد وصفها هنا والمقايسة BM القياسية هو عدم وجود دورات تدريبية. في لدينا فحوصات، يضمن فترة التعود أن الماوس الزيارات المأوى مرة واحدة على الأقل، وغالباً ما عدة مرات أكثر، مما قد أظهرنا سابقا أن تكون كافية لحفظ موقع المأوى2. ونحن نعتقد أن أحد أسباب مهمة لارتفاع نسبة النجاح والدقة في إيجاد المأوى على الرغم من الافتقار إلى التدريب هو تشريد ابدأ سلبية الحيوان أثناء التجربة، مما يجعل مسار إدماج استراتيجية قابلة للتطبيق ملاحة. غير أننا نلاحظ أن لدينا المقايسة يتعامل مع الذاكرة شكلت وتقييمها خلال جلسة واحدة، وأن نحن لم تختبر للذاكرة على المدى الطويل من موقع المأوى، الذي عادة ما يكون الهدف من معيار BM التجارب. أخيرا، باستخدام المحفزات الفطرة البرود منفصلة بدلاً من مروحة استخداماً أو الطنين لمدة الدورة، لدينا المقايسة يوفر تحكم تجريبية جيدة جداً اثنين من السلوكيات التي قد تستخدم استراتيجيات مختلفة التنقل: جمع العلف و الهروب الموجه من المأوى. ونحن نعتقد أن استخدام هذه الاختبارات في تركيبة مع التقنيات الحديثة في علم الأعصاب لتسجيل ومعالجة النشاط العصبي يمكن أن توفر أفكاراً هامة في الدوائر العصبية كيف تحسب السلوك.
The authors have nothing to disclose.
تم تمويل هذا العمل من صندوق ويلكوم الاستئماني الملكي “المجتمع هنري دايل زمالة” (098400/Z/12/Z)، منح مجلس البحوث الطبية (MRC) MC-متابعة-1201/1، مؤسسة ويلكوم ترست ومؤسسة خيرية غاتسبي SWC زمالة (ليد)، منحة الدكتوراه MRC (إلى دي و R.V) وزمالة “بورنغير انغلهايم Fonds الدكتوراه” (إلى R.V). ونحن نشكر كوستاس بيتسيوس لبرمجة البرنامج الحصول على البيانات، LMB الميكانيكية والكهربائية ورش العمل لبناء على الساحة التجريبية.
Infrared iluminators TV6700 | Abus | – | |
DLP projector Infocus IN3126 | Infocus | 0001740992-00000001 | |
Ultrasound speaker Pettersson L60 | Pettersson Elektronik | – | |
Amplifier QTX PRO240 | QTX | – | |
Soundcard Xonar D2 | Asus | 90-YAA021-1UAN00Z | |
HP Z840 desktop | HP | F5G73AV | |
100 micron drafting film | Xerox | 3R98145 | |
Near infrared camera: Basler acA1300-60gmNIR | Basler | 106202 | |
National Instruments BNC-2110 | National instruments | 777643-01 | |
LabVIEW 2015 64-bit | National instruments | – | |
Custom made Barnes maze | MRC Laboratory of Molecular Biology mechanical workshop | – |