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Comportamento

El uso de la caja de rompecabezas como un medio para evaluar la eficacia de Enriquecimiento Ambiental

Published: December 29, 2014
doi:
10.3791/52225
, , ,
1Discipline of Physiology,University of Sydney, 2Bosch Animal Behavioural Facility,University of Sydney

Summary

Environmental enrichment provides a potential protective effect against neurodegenerative disorders. Currently, however, there is no easy way of determining the efficacy of enrichment procedures. This protocol describes a simple “Puzzle Box” method for assessing an animal’s cognitive function, in order to reveal the effectiveness of environmental enrichment.

Abstract

Environmental enrichment can dramatically influence the development and function of neural circuits. Further, enrichment has been shown to successfully delay the onset of symptoms in models of Huntington’s disease 1-4, suggesting environmental factors can evoke a neuroprotective effect against the progressive, cellular level damage observed in neurodegenerative disorders. The ways in which an animal can be environmentally enriched, however, can vary considerably. Further, there is no straightforward manner in which the effects of environmental enrichment can be assessed: most methods require either fairly complicated behavioral paradigms and/or postmortem anatomical/physiological analyses. This protocol describes the use of a simple and inexpensive behavioral assay, the Puzzle Box 5-7 as a robust means of determining the efficacy of increased social, sensory and motor stimulation on mice compared to cohorts raised in standard laboratory conditions. This simple problem solving task takes advantage of a rodent’s innate desire to avoid open enclosures by seeking shelter. Cognitive ability is assessed by adding increasingly complex impediments to the shelter’s entrance. The time a given subject takes to successfully remove the obstructions and enter the shelter serves as the primary metric for task performance. This method could provide a reliable means of rapidly assessing the efficacy of different enrichment protocols on cognitive function, thus paving the way for systematically determining the role specific environmental factors play in delaying the onset of neurodevelopmental and neurodegenerative disease.

Introduction

El enriquecimiento ambiental (EE) se puede definir como un entorno que proporcionan los animales con mayor oportunidad para la interacción social, la actividad motora, y una mayor estimulación sensorial que por lo general con experiencia en un environment.EE estándar de laboratorio se ha demostrado que afecta sistemáticamente el comportamiento de los animales, provocando cambios tales como la reducción del estrés y la actividad relacionada con la ansiedad-8-10, la mejora de rendimiento en las tareas de aprendizaje y memoria 8,11, inicio temprano de la coordinación motora y la actividad exploratoria 11, los cambios en la atención materna 8 así como la resistencia a las sustancias adictivas 12- 15. Además, EE ha sido revelado para mejorar los efectos de los trastornos neurodegenerativos, retrasar la aparición y la disminución de la severidad de los síntomas en los modelos animales de la enfermedad de Huntington 1-4,16, 17 de Parkinson y la enfermedad de 18 Alzheimer.

Estos cambios correlacionarse con las alteraciones anatómicas y moleculares EE se sabe que induce en todo el cerebro. Los animales criados en ambientes enriquecidos de primeras etapas de desarrollo muestran una miríada de cambios neuronales, incluyendo el aumento de peso del cerebro y el espesor cortical, ramificación dendrítica 9,2-22 y la densidad sináptica 23. EE puede alterar tanto el nivel y el momento de la expresión del factor de crecimiento 9,24-30, que se ha demostrado que contribuyen al desarrollo acelerado de la sensorial 25,26,28,29, mnemónica 30, así como circuitos de motores 31,32.

Trabajos anteriores han puesto de manifiesto en las conclusiones veces contradictorias cuando se investiga el impacto de EE, sin tener en cuenta los diferentes tipos de animales y ambientes utilizados dentro de los estudios individuales 9,24,27,30. Actualmente, no hay ninguna tarea de comportamiento consistente y simple que puede ser usado para medir la efectividad de varios paradigmas de EE en diferentes cepas y specs de los animales.

La tarea Puzzle Box fue diseñado como una prueba sencilla para determinar problema nativo de un animal habilidad 7 resolver. Se requieren animales colocados en el área abierta para eliminar los materiales situados en una pequeña abertura para acceder a una región / refugio cubierto obstruir. Cada sujeto se administra tres ensayos con la misma obstrucción a fin de evaluar tres atributos cognitivos diferentes. El primer ensayo se obtiene un indicador de línea de base de la capacidad de resolución de problemas inherentes o nativo. El segundo ensayo, se ejecutan en el mismo día, le da una idea de la capacidad del animal para mejorar y así reforzar las estrategias para eliminar la obstrucción específico. El tercer ensayo, llevado a cabo en el día siguiente, da una idea de la capacidad del sujeto para retener y recordar la solución aprendido a la tarea.

La motivación de la resolución de estos rompecabezas "obstrucción" de los animales puede ser variado, potencialmenteevocando un deseo innato para evitar los campos abiertos y buscar refugio, así como un impulso inherente a explorar su entorno 6,7. La multitud de potenciales conductores de comportamiento que subyacen al deseo de resolver el Puzzle Box sugiere que varias áreas del cerebro están involucradas en la mediación de la ejecución de tareas. El trabajo previo ha mostrado que en modelos murinos de la esquizofrenia, la corteza prefrontal así como el hipocampo están implicados en la adquisición de esta tarea 5. Un estudio de la lesión en ratas también ha revelado un gran número de regiones del cerebro implicadas en el rendimiento Puzzle Box, incluyendo varios núcleos talámicos, el hipotálamo, el cerebelo, y estructuras límbicas. En conjunto, estos hallazgos indican que la participación en este problema la solución de tarea implica una serie de estructuras neurales asociados con la función cognitiva.

La caja de rompecabezas ha sido utilizado con éxito para evaluar la capacidad para resolver problemas de los ratones, así como déficits cognitivos exhibido por mmodelos de orina de la esquizofrenia 5-7. El rendimiento en la tarea se ha demostrado ser altamente consistente, y se correlacionan bien con los resultados de otras pruebas de comportamiento cognitivo 6. El objetivo de este trabajo fue así adaptar la tarea Puzzle Box para convertirse en un medio simple y confiable para determinar la eficacia de los EE.

Protocol

Declaración de Ética: Todos los procedimientos fueron aprobados por el Comité de Ética Animal de la Universidad de Sydney y se ajustaba a Nacional de Salud y Consejo de Investigación Médica de directrices Australia. Los procedimientos se realizaron en ratones C57 / BL6J que fueron criados en las instalaciones de la Universidad de Sydney Bosch roedores. Todos los animales fueron alojados en una habitación individual adecuadamente ventilada en 21 ° C de temperatura ambiente en un ciclo de luz-oscuridad de 12 horas…

Representative Results

Los resultados descritos aquí son una muestra representativa, con datos tomados de varias cohortes que constan de diferentes camadas. Todas las pruebas de comportamiento se llevó a cabo entre 0700 y 1100 horas, con el fin de pruebas al azar de animales dentro de una cohorte. Los animales criados en un ambiente enriquecido (n = 14, 7 mujeres y 7 hombres) tuvieron significativamente menos tiempo para resolver las tareas de obstrucción dentro de la caja del rompecabezas que los criados en un entorno estándar (n = 15, 7…

Discussion

Los datos presentados demuestran que la caja de rompecabezas se puede utilizar con eficacia para evaluar el impacto de los EE. Ratones criados en ambientes enriquecidos tomaron consistentemente mucho menos tiempo para resolver los puzzles de obstrucción dentro de este ensayo de conducta que hizo los animales criados en condiciones normales de laboratorio. Por otra parte, esta diferencia fue más prominente en el primer juicio por tres de las cuatro condiciones de la prueba, lo que sugiere EE tiene una mayor influencia …

Divulgazioni

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

The authors have no acknowledgements.

Materials

Black Acrylic Board 750 x 280 mm
White Acrylic Board 280 x 250 mm
White Acrylic Board 280 x 250 mm
White Acrylic Board 750 x 250 mm
White Acrylic Board 750 x 250 mm
White Acrylic Board 150 x 280 mm
White Acrylic Board 280 x 250 mm with a 40 x 40 mm "door" cut into one side
Underpass 3 pieces of 40 x 120 mm plexiglass or acrylic
Note: If unable to access acrylic board, plexiglass or similar non-porous material will suffice.
Webcam Logitech C210 Fix to roof with electrical tape. Alternatively, use a tripod.
VirtualDub v1.10.4 VirtualDub N/A  Software for recording behaviour videos. Input from webcam.
TopScan v 3.0 CleverSys Inc. N/A  Software for automated top-view tracking and analysis of mouse behaviour. Captured videos are analysed post-hoc.
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Citazione di questo articolo
O’Connor, A. M., Burton, T. J., Leamey, C. A., Sawatari, A. The Use of the Puzzle Box as a Means of Assessing the Efficacy of Environmental Enrichment. J. Vis. Exp. (94), e52225, doi:10.3791/52225 (2014).
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