Анализ пространственной обучение и социальная поведение у мышей с использованием Барнс лабиринт и девицы в беде парадигмы
Summary
Этот протокол меры пространственного обучения и памяти с помощью Барнс лабиринт. Роман парадигмы девицы в беде используется для оценки двигательной активности и социальная поведение у мышей.
Abstract
Лабиринт Барнс является надежной мерой пространственного обучения и памяти, которая не требует питания ограничение или воздействия крайне стрессовых раздражителей. Барнс лабиринт может также оценить другие расширения функциональности мыши, таких как общей мотивации, чтобы вырваться из лабиринта платформы и произвольное поведение. Барнс лабиринт может измерять ли генетической мутации или переменной среды может повлиять на приобретение и сохранение пространственных воспоминания, а также предоставить информацию о стратегии поиска, используемых мышей. Здесь мы используем Барнс лабиринт для выявления дефицита памяти в взрослых мышей после воздействия события единого развития этанола. Недавно описан парадигмы девицы в беде предоставляет мужчины мыши женского мышь в ловушке в камере в открытом поле центр арены. Это дает возможность для мыши социально реагировать захваченных женщин и социальная поведение. Девица в беде парадигма также может использоваться для изучения поведения мыши в Роман Арена и мера двигательной активности. Лабиринт Барнс и девицы в беде протоколы требуют минимальных финансовых инвестиций и большинство аспектов тесты могут быть построены от общих поставок лаборатории. Эти гибкие и доступные инструменты могут также использоваться для выявления поведенческих изменений в течение развития.
Introduction
Целью настоящего Протокола является измерение пространственного обучения и памяти у мышей с использованием Барнс лабиринт, а также социальная отзывчивость и передвижения с использованием парадигмы девицы в беде. Часто используемые пространственного обучения и памяти тесты для грызунов включать Радиальный/консольный торцовочный лабиринт, который измеряет способность мыши найти скрытые еду в одной руке со спицами multi аппарата, и Моррис воды лабиринт, который помещает мышь в большой ванне или бассейне воды и Определяет, сколько времени потребовалось, чтобы найти скрытые подводные платформы. Как правило, обучение для эти парадигмы охватывает несколько судебных процессов и позволяет измерение обоих обучения цены приобретения и удержания через краткосрочной и долгосрочной памяти испытаний.
Хотя радиально АРМ лабиринт и Моррис воды лабиринт надежных способов тестирования памяти на грызунах, они представляют собой осложнения для некоторых исследователей. Обе лабиринты использовать лишение или сильной отрицательной стимулы как подкрепление1. Радиальный/консольный торцовочный maze использует лишение пищи обеспечить надлежащим образом мотивированы, чтобы найти пищи награды грызунов. В лабиринте воды Моррис последствия стресса, вызванного вынуждены плавать может изменить результаты в мыши2.
Лабиринт Барнс является альтернативным пространственной осведомленности задача, которая требует грызунов узнать позицию отверстие для того чтобы избежать лабиринт яркие, открытые поверхности3. Слабой отрицательной стимуляции (свет или звук) применяется для повышения вероятности того, что мышь будет бежать от платформы. Барнс лабиринт не требует лишение пищи, поэтому количество животных подготовки меньше, чем в Радиальный/консольный торцовочный лабиринт. Он может использоваться без конфликта исследователи, которые изучают поведение или связанные с еды, гормональной регуляции или каналы гипоталамические молекул.
Барнс лабиринт также имеет преимущества над лабиринтом воды Моррис. Это менее напряженный, чем Моррис воды лабиринт, вызывая менее повышенный уровень кортикостерона в мышей4. Кроме того она гораздо проще собрать и требует меньше выделенного пространства во время процедуры тестирования и хранения.
Девица в беде assay является простой эксперимент двух частей, которые можно оценить двигательной активности, следуют социальная поведение. Девица в беде assay предназначен для оценки произвольного поведения и социальной реакции мужчины грызунов в ответ на зависшие женского грызунов. Часто используемый метод для оценки коммуникабельность (а также предпочтение социальной новизна) является использование Кроули-трехкамерный коммуникабельность теста, который оценивает свободный выбор мыши проводить время вблизи или от других мышей5.
Подобно Кроули-трехкамерный коммуникабельность тест, девицы в беде assay также меры свободный выбор о том, как провести время в присутствии другой мыши, но он также обеспечивает измерения для более глубоких аспектов социального функционирования: 1) в Пробирного девицы в беде, захваченных женщин мыши проводится в центре открытого поля, поэтому мужчины потенциальных отвращение к открытом поле выступают против его диск социально исследовать или расследовать проблемные девушки conspecific. 2 девицы в беде модель также предоставляет способ оценки социальная и чуткими поведение в ответ на ловушку мышь, которая не была изучена часто у мышей.
Животных эмпатии определенно заметных и поддающихся измерению, хотя для этой цели существует не так много парадигм. Например у крыс, захваченных Кейдж Мате может побудить государство социальная мотивации, где крыс будет работать на свободное захваченные животного. В самом деле крысы будет выбрать, чтобы помочь ловушку животных даже перед открытием подобный контейнер, содержащий шоколад закуска, затем доступ шоколад и поделиться им с освобожденным крыса6.
Меры эмпатии в мышей, как правило, включают причинение боли; действительно мышей, которые смотреть другие мышей в боль более чувствительны к боли сами7,8. Сдержанность стресс это явление характеризуется грызунов и сопровождается шоком для изучения реакции стресса, как одной из мер эмпатии в мышей9,10.
Есть этические соображения, связанные с индуцированных боли или шок, поэтому необходимы стресса заставить альтернатив. Мы разработали девицы в беде парадигмы как мера чуткими поведения в отсутствие боли или шоковой терапии. Захваченных мышей в наши девицы в беде протокол признаки явной бедствия после лишь несколько моментов как они не могут развернуться в небольшой контейнер, но они целым и невредимым, обеспечивая возможность для других мышей, чтобы ответить на их бедственном положении.
Чтобы начать оценку девицы в беде, мужчины мыши помещается в большой роман Арена, содержащий небольшой пустой центрального цилиндра. Произвольного поведения, записываются на несколько минут, включая пересекли сколько разделов арены и сколько времени провел в районе центральной открытой. Этот метод обеспечивает быстрый и простой способ исключает двигательного дефицита как потенциальных confounder в ситуации обучения, которая требует скоординированного движения для успешного завершения. Она также обеспечивает основной показатель сколько отвращение в открытом поле центр присутствует. Обе эти меры могут повлиять на производительность лабиринт Барнс.
После первоначального исследования самец удаляется от арены и женского мыши помещается в закрытых, небольшие ясно центрального цилиндра, (аналогичный тому, который используется для сбора крови от мышей). Затем оригинальный мужской мыши вновь на арену, и произвольное поведение снова забил. Девица в беде парадигмы оценивает ли мышь заинтересована в социального взаимодействия на основе изменений в поведенческих моделей, когда женщина ловушке присутствует (забил, время, проведенное в центре площади и количество серий рытье) и является ли мышь экспонатов социальная поведение по отношению к ловушке самка (забил на количество цилиндров расследований и контактных события с захваченных девушки). Девица в беде assay может использоваться для измерения склонность к социальной Новинка (аналогично Кроули-трехкамерный коммуникабельность тест) в зависимости от ли исследователи ловушки мыши знакомые или роман.
Вместе Барнс лабиринт и девицы в беде эксперименты позволяют точной оценки мыши возможности обучения и социальной реакции в отсутствие крайне стрессовых раздражителей. Как и в случае всех поведенческих анализов, эти эксперименты должны быть выполнены с большой чувствительностью к животного опыт, свести к минимуму неудобства, испытываемые животного.
Как большинство лабиринтов различия в двигательной активности могут влиять производительность на лабиринт Барнс, поэтому исследователи также следует оценить двигательной активности, особенно при использовании Барнс лабиринт для оценки обучения у мышей с мутациями, которые могут ухудшить движения (такие, как те нашли в моделях мыши болезни Гентингтона, или тех, кто подвергается токсинов, которые могут вызывать гиперактивность или замедлить движение, например этанола). Кроме того лабиринт и камеры поверхности должны быть тщательно очищены и постельные принадлежности, изменилось между каждое животное, чтобы избежать запах кий путает.
Главное все материалы могут быть изготовлены на месте с минимальными финансовыми инвестициями и физическую компактность этих анализов означает, что эти эксперименты могут быть воспроизведены практически в любых условиях, что позволяет большую гибкость. Этот тип доступности позволяет хорошо науки выполняться в небольших учреждениях с ограниченными ресурсами или в ситуациях, где экспериментальные данные должны быть собраны быстро в отсутствие существенной поддержки.
Protocol
Representative Results
Discussion
Лабиринт Барнс и девицы в беде экспериментов являются недорогой, быстрый и относительно легко способы оценки пространственного обучения, двигательной активности и социальная поведение у мышей. Другие преимущества включают в себя отсутствие явной стресс, боль или ограничение питания …
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Мы в колледже Хэмпден-Сидней дать признание и благодарность Шон Walden, Зак Leitner, Хантер ли и Антон Kheirani за их участие в тестировании протоколы для Барнс лабиринт и девицы в беде экспериментов. Мы также хотели бы поблагодарить Джеймс Фостер в колледж Рэндольф-Макон для строительства лабиринт Барнс и Рэндольф-Макон колледж Департамента биологии для предоставления тестирования пространства.
Materials
| Damsel-in-Distress | |||
| 50 mL conical tube | Fisher Scientific | 14-432-22 | Any brand of 50 mL conical tube will work |
| Rubber bands | Sprano Brand | n/a | Size 62, used to keep caps held to plywood |
| hammer | Grainger | 6R252 | Any standard hammer will work |
| nail (size 8D) | Grainger | 4NFE3 | Similarly-sized nails should work just as well |
| opaque, topless plastic box | AcmePlastics | CUT-TO-SIZE-ACRYLIC-CAST-BLACK-SHEET-2025 | Opaque plastic, cut to size (30 cm L x 19 cm W x 3-6 cm H). Step may be added to ensure no more than a 3.5 cm entrance depth for the mouse. |
| video camera (smartphone) | N/A | N/A | Any camera-equipped smartphone will work |
| bite-resistant gloves | Kent Scientific | GLVDYN02 | Any brand offering appropriate protection |
| transparency sheet | Staples | 954145 | Any brand of clear plastic sheet will work, used for scoring |
| Barnes Maze | |||
| Petri Dishes | Corning | 353025 | Spray painted and used as covers for Barnes maze holes |
| Plywood (3/4 in.) | LP Building Products | 22487 | To contruct Barnes maze |
| Spray Paint | Krylon | 1274937 | Used to paint petri dish caps black, white paint used to paint plywood |
| Cup Hooks (5/8 in.) | Ace Hardware | 5360615 | 2 used on either side of ventral hole surfaces; rubberband wraps around hooks to hold cap flat |
| Poster Board | Creatology | n/a | Used at edges of maze as extra cues |
| Light Bulbs | Phillips | n/a | 100W light bulb, used to during the trials |
| Rubber bands | Sprano Brand | n/a | Size 62, used to keep caps held to plywood |
| Ultrasonic noisemaker | Victor mini PestChaser | M753SN | Used as aversive stimuli |
References
- Sunyer, B., Patil, S., Höger, H., Lubec, G. Barnes maze, a useful task to assess spatial reference memory in the mice. Protocol Exchange. 2007, (2016).
- Vorhees, V., Williams, M. T. Assessing Spatial Learning and Memory in Rodents. ILAR Journal. 55 (2), 310-332 (2014).
- Barnes, C. A. Memory deficits associated with senescence: A neurophysiological and behavioral study in the rat. Journal of Comparative and Physiological Psychology. 93 (1), 74-104 (1979).
- Harrison, F. E., Hosseini, A. H., McDonald, M. P. Endogenous anxiety and stress responses in water maze and Barnes maze spatial memory tasks. Behavioural Brain Research. 198 (1), 247-251 (2009).
- Silverman, J. L., Yang, M., Lord, C., Crawley, J. N. Behavioural phenotyping assays for mouse models of autism. Nature Reviews Neuroscience. 11 (7), 490 (2010).
- Bartal, I. B. A., Decety, J., Mason, P. Empathy and pro-social behavior in rats. Science. 334 (6061), 1427-1430 (2011).
- Langford, D. L., et al. Social modulation of pain as evidence for empathy in mice. Science. 312 (5782), 1967-1970 (2006).
- Smith, M. L., Hostetler, C. M., Heinricher, M. M., Ryabinin, A. E. Social transfer of pain in mice. Science Advances. 2 (10), e1600855 (2016).
- Melia, K. R., Ryabinin, A. E., Schroeder, R., Bloom, F. E., Wilson, M. C. Induction and habituation of immediate early gene expression in rat brain by acute and repeated restraint stress. Journal of Neuroscience. 14 (10), 5929-5938 (1994).
- Watanabe, S. Empathy and reversed empathy of stress in mice. Public Library of Science (PloS) One. 6 (8), e23357 (2011).
- Portfors, C. V. Types and functions of ultrasonic vocalizations in laboratory rats and mice. Journal of the American Association for Laboratory Animal Science. 46 (1), 28-34 (2007).
- Houlé, K., Abdi, M., Clabough, E. B. D. Acute ethanol exposure during late mouse neurodevelopment results in long term deficits in memory retrieval, but not in social responsiveness. Brain and Behavior. , (2017).
- Sales, G. D., Wilson, K. J., Spencer, K. E., Milligan, S. R. Environmental ultrasound in laboratories and animal houses: A possible cause for concern in the welfare and use of laboratory animals. Laboratory Animals. 22, 369-375 (1988).
- Crabbe, J. C., Walhsten, D., Dudek, B. C. Genetics of mouse behavior: Interactions with laboratory environment. Science. 248, 1670-1672 (1999).
- Attar, A., Liu, T., Chan, W. T. C., Hayes, J., Nejad, M., Lei, K., Bitan, G. A shortened Barnes maze protocol reveals memory deficits at 4-months of age in the triple-transgenic mouse model of Alzheimer’s disease. PloS One. 8 (11), (2013).
- Inman-Wood, S. L., Williams, M. T., Morford, L. L., Vorhees, C. V. Effects of prenatal cocaine on Morris and Barnes maze tests of spatial learning and memory in the offspring of C57BL/6J mice. Neurotoxicology and Teratology. 22 (4), 547-557 (2000).
- Harrison, F. E., Reiserer, R. S., Tomarken, A. J., McDonald, M. P. Spatial and nonspatial escape strategies in the Barnes maze. Learning and Memory. 13 (6), 809-819 (2006).
- O’Leary, T. P., Savoie, V., Brown, R. E. Learning, memory and search strategies of inbred mouse strains with different visual abilities in the Barnes maze. Behavioural Brain Research. 216 (2), 531-542 (2011).
- Kaidanovich-Beilin, O., Lipina, T., Vukobradovic, I., Roder, J., Woodgett, J. R. Assessment of social interaction behaviors. Journal of Visualized Experiments. 48, (2011).
