本协议描述了一种基于巴恩斯迷宫测试的行为分析方法, 研究了空间环境知识对本能防御行为的修正。
进化选择了一系列的防御行为, 这对所有动物物种的生存都是必不可少的。这些行为通常是由于对固有的厌恶感官刺激的反应而引起的刻板印象, 但是它们的成功需要足够的灵活性来适应不同的空间环境, 这种变化可以迅速改变。在这里, 我们描述了一种行为分析, 以评估学习空间知识对小鼠防御行为的影响。我们已经适应了广泛使用的巴恩斯迷宫空间记忆分析, 以调查老鼠如何导航到一个庇护所, 在逃避反应的先天厌恶感官刺激在一个新的环境, 以及如何适应环境的急性变化。这一新的检测是一个动物行为学范式, 不需要训练和利用的自然探索模式和导航策略的小鼠。我们建议, 这里所描述的一系列协议是研究目标导向行为和刺激触发导航的有力手段, 它应该对本能行为和空间记忆领域都感兴趣。
本能的防御行为主要被认为是硬线刺激-反应, 如在鱼和两栖动物的 C 开始运动, 这使动物远离威胁源1。然而, 如果他们灵活地考虑到有关当前环境的信息, 防御行为可能会更适应。这种灵活性的一个例子是, 在面临威胁时, 由啮齿类动物所显示的从逃逸到冰冻的转变, 这取决于环境2、3中是否存在庇护所的事先知识。其他在先天行为上的灵活性的例子包括根据猎物和它的庇护所之间的距离调整飞行起始阈值或逃逸速度4、距离威胁5、6和以前的经验11,12、根据厌恶刺激7的感官特性选择不同的防御策略, 甚至在面对诸如饥饿8 等竞争动机时抑制防守行为,9,10。行动选择对环境空间特征获取知识的依赖性使得小鼠本能的防御行为成为研究目标选择、空间记忆和导航的有力模型。在这里, 我们描述了一个常用的行为任务的适应, 巴恩斯迷宫 (BM) 空间记忆分析13, 以确定空间环境对小鼠防御行动选择的影响, 以及他们的导航策略时,逃向避难所。
用于研究小鼠学习和空间记忆的标准巴恩斯迷宫由一个圆形的 ~ 90 厘米直径平台和20个同样间隔的孔组成, 其中19个是闭合的, 一条通向地下的避难所, 老鼠寻找, 以避免开放领域平台的环境。通常, 微弱的厌恶刺激 (蜂鸣器, 明亮的光, 风扇) 在整个试验期间连续使用, 使环境厌恶和因而促进进入风雨棚14。在最常用的化验15,16, 动物有一个适应试验, 它被引导到避难所, 由实验者在被放置在平台上后立即手动。接下来是一个4天的购置期, 每天允许鼠标在迷宫中自由地航行3分钟, 之后, 如果在勘探期间没有到达, 它又被手动引导到避难所。试验的最后阶段是一个探针试验在5天 (虽然一个长期七天记忆试验也通常执行), 当动物探索迷宫与所有孔闭合了。学习和长期记忆是量化的时间, 以寻找避难所和戳在错误的洞在获取期间, 并在接近封闭的遮蔽孔在探针试验。典型的结果表明, 在采集过程中到达遮蔽处的误差和滞后时间的减少, 以及在探针试验15中包含闭合目标孔的象限中所花费的超概率比例。
虽然 BM 分析的几个变种以前被描述了17,18,19, 我们这里描述的范例有三根本性变动从标准试验。首先, 动物被留下来探索迷宫和自己找到避难所, 和测试是在同一届会议上, 在发现庇护所后不久, 在动物从事探索行为的时期。虽然这个设置不测试遮蔽位置的长期记忆, 它被设计成一个自然主义的场景, 模仿新的领土的探索, 在捕食的威胁下。此外, 它允许测试动物如何适应环境中的剧烈变化, 如景观的突变。第二, 我们的试验的一个关键方面是, 实验者从来没有强迫动物进出庇护所, 这可以迷惑动物和排除路径集成20作为一个可行的导航策略21。路径集成是一种导航策略, 它使用自运动提示 (如本体和前庭信号), 这些信号是由电机流出的积分引起的, 用于更新动物的当前位置并导航到目标, 这是不可能的, 如果动物被实验者被动地移动。第三, 我们使用先天厌恶视觉22和听觉23刺激, 以获取逃生的庇护所, 这是很容易区分与持续觅食行为, 并允许评估和量化的具体导航策略使用在防御迫在眉睫的威胁。我们建议, 这种分析将有助于解剖空间记忆在选择和实施防御行为的作用, 更广泛地研究目标导向导航和短期空间记忆。这里描述的协议是由淡水河谷和al介绍的。在 2017年, 我们参考读者, 更深入地讨论实验和结果的基本原理。
我们在这里描述的测试在技术上是简单的执行, 除了平台旋转实验, 可以很容易地实现在标准巴恩斯迷宫。然而, 可能会出现一些并发症: 一方面, 老鼠似乎害怕进入庇护所, 这可能是由于没有充分清洁或干燥的庇护所。另一方面, 老鼠可能会在庇护所里呆很长一段时间。这是关键的这些实验, 动物从来没有从避难所手动删除, 因为这可能扰乱路径整合以及困扰动物和改变他们对威胁的反应。我们建议在90分钟后终止实验, 必要时再进行48小时的重新测试。另一项相关的实际考虑是, 当鼠标研究平台的边缘时, 如果它的头部倾斜在边缘上, 它可能无法检测到视觉刺激, 因此我们建议在这种情况下对刺激进行预扣。此外, 小鼠可能会在罕见的场合下跳下平台。我们建议结束实验, 并在48小时后重新测试, 积极离开平台的老鼠有可能在将来再做一次, 可能不得不被排除在研究之外。最后, 根据我们的经验, 大多数老鼠会对视觉刺激 (34/36 只老鼠) 做出反应。然而, 如果老鼠对视觉刺激没有表现出任何类型的反应 (惊吓, 飞行或冰冻反应), 他们应该被排除在研究之外。
需要考虑的一个重要问题是, 感官线索的控制通常是空间记忆检测中的一个问题, 因为通常很难消除所有可能的污染线索来源。我们的实验设置减少了外部视觉提示, 周围的迷宫与墙, 它被放置在一个声音阻尼柜内的声音隔离。为了最大限度地减少嗅觉暗示, 我们建议在实验之间彻底清洗70% 乙醇或醋酸的设置。
我们的行为分析增加了以前研究空间导航26的方法, 使用本能的防御行为来探测空间记忆并聚焦于动物行为学场景。这里描述的程序和标准的 BM 检测之间的一个关键区别是缺乏培训课程。在我们的化验中, 适应期确保老鼠至少一次和多次访问避难所, 我们以前已经证明, 这足以记住2的庇护所位置。我们认为, 尽管缺乏训练, 但在寻找避难所的成功率和准确性方面的一个重要原因是, 在实验中绝不会被动地取代动物, 从而使路径整合成为可行的导航策略。然而, 我们注意到我们的检测处理在一个单一的会话中形成和评估的记忆, 我们没有测试的长期记忆的庇护所位置, 这通常是标准 BM 实验的目标。最后, 通过使用离散固有的厌恶刺激, 而不是通常使用的风扇或嗡嗡声在会议期间, 我们的化验提供了很好的实验控制两种行为可能使用不同的导航策略: 觅食和避难所定向逃生。我们认为, 使用这些化验与现代神经科学技术的记录和操作神经活动可以提供重要的洞察力如何计算神经回路的行为。
The authors have nothing to disclose.
这项工作是由威康信托/皇家学会亨利戴尔奖学金 (098400/Z/12/z), 一个医学研究理事会 (MRC) 赠款 MC-UP-1201/1, 康威信托和盖茨比慈善基金会 (到肺结核), MRC 博士奖学金 (D.E. 和 R. V) 的资助。和勃林格殷格翰全宗博士奖学金 (到 R. V)。我们感谢科斯塔斯卡 Betsios 编程的数据采集软件, LMB 的机械和电气车间, 为建设实验舞台。
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 | – |