El Doble-H Maze: Una prueba del comportamiento robusto para el Aprendizaje y la Memoria en roedores
Summary
The goal of this protocol is to investigate spatial cognition in rodents. The double-H water maze is a novel test, which is particularly useful to elucidate the different components of learning, consolidation and memory, as well as the interplay of memory systems.
Abstract
Investigación cognición espacial en roedores típicamente emplea el uso de tareas laberinto, cuyos atributos variar de un laberinto a la siguiente. Estas tareas varían por su flexibilidad conductual y la duración de la memoria requerida, el número de objetivos y caminos, así como la complejidad de la tarea global. Una característica de confusión en muchas de estas tareas es la falta de control sobre la estrategia empleada por los roedores para llegar a la meta, por ejemplo, (procedimiento) estrategias basadas-declarativas (como) o egocéntricos alocéntricos. El laberinto de doble H es una tarea de memoria de escape de agua novela que aborda esta cuestión, al permitir que el experimentador para dirigir el tipo de estrategia aprendido durante el periodo de formación. El laberinto de doble H es un dispositivo transparente, que consiste en un callejón central con tres brazos que sobresalen en ambos lados, junto con una plataforma de escape sumergida en la extremidad de uno de estos brazos.
Las ratas pueden ser entrenados utilizando una estrategia alocéntrica alternando la stposición arte en el laberinto de una manera impredecible (véase el protocolo 1; §4.7), requiriendo así a aprender la ubicación de la plataforma en base a las señales allothetic disponibles. Por otra parte, una estrategia de aprendizaje egocéntrica (protocolo 2; §4.8) puede ser empleado por la liberación de las ratas de la misma posición durante cada ensayo, hasta que aprendan el patrón de procedimiento necesario para alcanzar la meta. Esta tarea ha sido probada para permitir la formación de huellas de la memoria estables.
La memoria puede ser sondeó después del período de entrenamiento en un ensayo de sonda engañosa, en el que la posición de partida para el suplentes ratas. A raíz de un paradigma de aprendizaje egocéntrico, ratas normalmente recurren a una estrategia basada en alocéntrica, pero sólo cuando su vista inicial sobre las señales extra-laberinto difiere notablemente de su posición original. Esta tarea es ideal para explorar los efectos de drogas / perturbaciones en el rendimiento de la memoria alocéntrica / egocéntrica, así como las interacciones entre ªESE dos sistemas de memoria.
Introduction
En los animales, el aprendizaje está mediado principalmente por los sistemas de memoria hippocampal- y basada en el cuerpo estriado 1,2, que desempeñan un papel central en relación con colocación y procesal-memoria, respectivamente. La relación entre estos dos sistemas es compleja, y se sabe que interactúan entre sí de maneras cooperativos o competitivos 1,3. Además, los estudios han demostrado que la influencia de cualquiera de estos sistemas de memoria sobre el comportamiento animal puede aumentar después de la ausencia o daño del otro sistema 4-7. Ambos de estos sistemas están conectados a la corteza prefrontal a través del tálamo.
Numerosos trastornos neurológicos y enfermedades neurodegenerativas pueden afectar la cognición espacial en los seres humanos, que se basan en la interacción entre los sistemas de memoria de procedimiento y declarativo. Los ejemplos incluyen la enfermedad de Parkinson (PD), la enfermedad de Huntington (HD) 8-10, la enfermedad de Alzheimer (AD) 11-14, así comoLa esclerosis lateral amiotrófica (ELA) 15. Los modelos animales, que son relevantes para estos trastornos pueden ser inducidos a través de diversos tratamientos con fármacos que bloquean ciertos receptores 16, así como a través de lesiones específicas. Cuando dichos animales se utilizan con tareas de memoria espacial, una información valiosa puede ser adquirida en los mecanismos subyacentes relacionados con estos trastornos, así como para diversas opciones de tratamiento.
Hay muchos tipos diferentes de tareas de memoria espacial en roedores, que colectivamente están diseñadas para evaluar aspectos específicos de aprendizaje y la memoria, así como los efectos de los tratamientos potenciales para diversos trastornos 17,18. Estas tareas se pueden distinguir por el número de goles y las vías, el grado de flexibilidad de comportamiento en la solución de la tarea, la duración de memoria o de retardo, así como la elección de la estrategia usada en la solución de la tarea. Un buen rendimiento puede ser adquirido en base a las señales o puntos de referencia externos que se utilizan para orientarel animal hacia el objetivo (una estrategia alocéntrica o lugar). Alternativamente, un roedor puede desarrollar una estrategia que se basa en la dirección física y señales con respecto a la dirección para moverse en (una estrategia egocéntrica o de procedimiento), por ejemplo, si una rata sabe que la meta es una vuelta a la izquierda seguido de un giro a la derecha , entonces hay poca necesidad de una estrategia alocéntrica o lugar. Tareas Maze menudo difieren según el grado de flexibilidad que ofrece a los roedores en la solución de ellos. Por ejemplo, en el laberinto acuático de Morris, una versión seca de este último (por ejemplo, 19) o el laberinto Barnes (por ejemplo, 20), no son potencialmente infinitas rutas de la rata puede tomar para llegar a la meta. En el laberinto acuático de Morris, por ejemplo, la ubicación de la meta puede ser aprendido basado en hitos o señales (estrategia alocéntrica) externos, o simplemente nadar en círculos hacia el centro hasta que la plataforma se encuentra (estrategia egocéntrica) 21. Algunas tareas tienen múltiples objetivosy un alto grado de flexibilidad, como la tarea de cono campo 22 o radial de Olton laberinto 23. En el otro extremo de la escala son tareas, que ofrecen una flexibilidad limitada para llegar a la meta, por ejemplo, el laberinto de piedra, o la versión alterna de la T-laberinto. Estas tareas proporcionan una sola manera correcta de llegar a la meta y facilitan la aparición de rutinas cognitivas que se rigen principalmente por el sistema de memoria de procedimiento basado en el estriado.
El laberinto de doble H es un nuevo dispositivo de pruebas de memoria espacial, que fue diseñado para permitir que el experimentador para dirigir el tipo de estrategia que se aprende por los roedores en la solución de la tarea 24. Consta de tres brazos corren paralelas cortadas por un callejón central de perpendicular, el laberinto de doble H es una tarea de escape de agua en la que los roedores aprenden a llegar a una plataforma de escape que se sumerge en una de las ubicaciones laberinto. Durante el entrenamiento, una estrategia de procedimiento puede ser desarrollado por el mantenimiento de tél mismo inicio y ubicaciones meta de todo. Por otra parte, una estrategia alocéntrica puede desarrollarse por la alternancia de la ubicación inicial en un orden aleatorio, por lo que requiere la rata de aprender la ubicación de la plataforma de búsqueda basado en señales ambientales, ya que tiene que hacer en un laberinto de agua. Esto supera un obstáculo presente en muchas tareas diferentes laberinto, en el que el experimentador de lo contrario tiene poco control sobre el tipo de estrategia que utilizan roedores. Esto es importante cuando se considera que los efectos de ciertos fármacos candidatos mejoran la cognición se basan en el sistema lugar-memoria basada en el hipocampo, así la aparición de rutinas o procedimientos cognitivos puede confundir la interpretación de las observaciones de comportamiento cuando los animales, por ejemplo, interruptor de alocéntrica a la memoria de procedimiento durante el curso de capacitación. Del mismo modo, puede ser deseable para evaluar los efectos de los fármacos y tratamientos en la memoria de procedimiento, sin la influencia de la memoria basado en el lugar alocéntrica. Finalmente, este dispositivopuede ser utilizado para estudiar las interacciones cooperativas o competitivas entre estos sistemas de memoria, y las condiciones en que los roedores pueden cambiar de un sistema a otro.
Protocol
Representative Results
Discussion
Comentarios sobre Diseño Estudio y Análisis
Desde su concepción, el laberinto de doble H se ha utilizado en una serie de experimentos de comportamiento en ratas, que colectivamente fueron diseñados para estudiar las respuestas egocéntricos y / o alocéntricos en ratas en condiciones normales de 24,25 y alterado 26-29 estados cerebrales. Los últimos estudios incluyen la estimulación del estriado cerebral profunda (DBS) 26, los modelos animales de trastorno…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Este trabajo fue apoyado por la Universidad de Estrasburgo y Neurex-Neurociencia Red de Alto Rhin (post-doc comunión a RP) y por BrainLinks-BRAINTOOLS Cluster de Excelencia financiados por la Fundación Alemana de Investigación (DFG, número de concesión EXC 1086). Damos las gracias a Nadja Martini para la asistencia técnica de expertos.
Materials
| Rats or Mice | Charles River | ||
| Towels for drying | University Hospital | 1 / animal | |
| Water | ~200 L / day | ||
| Skim milk powder | Grocery store | 250 g / 200 L water | |
| Garden Hose | Hardware store | ||
| Drying rack for towels | Hardware store | ||
| Kinect camera | Kinect | ||
| PC computer | any | ||
| [header] | |||
| Double H Maze, (plexiglass) (Custom-Built) | |||
| External lateral walls, 1600 × 350 × 6 mm | 2 | ||
| Internal lateral walls, 706 × 350 × 6 mm | 8 | ||
| Central corridor panels, 500 × 350 × 6 mm | 4 | ||
| Arm extremities, 188 × 350 × 6 mm | 6 | ||
| Guillotine doors, 187 × 350 × 6 mm | 3 | ||
| Extremity covers, 200 × 250 mm | 6 | ||
| Crossbars, 200 × 40 mm | 6 | ||
| [header] | |||
| Double-H Maze Platform (to be ballasted) | Double-H Maze Platform (to be ballasted) (Custom-Built) | ||
| Metal platform, 100 mm diameter × 150 mm | 2 | ||
| Platform cover, 100 mm diameter × 6mm | 2 |
Riferimenti
- Izquierdo, I., et al. The connection between the hippocampal and the striatal memory systems of the brain: a review of recent findings. Neurotoxicity Research. 10 (2), 113-121 (2006).
- Albouy, G., et al. Both the hippocampus and striatum are involved in consolidation of motor sequence memory. Neuron. 58 (2), 261-272 (2008).
- Albouy, G., et al. Interaction between Hippocampal and Striatal Systems Predicts Subsequent Consolidation of Motor Sequence Memory. Plos One. 8 (3), (2013).
- Chang, Q., Gold, P. E. Intra-hippocampal lidocaine injections impair acquisition of a place task and facilitate acquisition of a response task in rats. Behav Brain Res. 144 (1-2), 19-24 (2003).
- McDonald, R. J., Hong, N. S., Devan, B. D. The challenges of understanding mammalian cognition and memory-based behaviours: an interactive learning and memory systems approach. Neurosci Biobehav Rev. 28 (7), 719-745 (2004).
- Packard, M. G. Anxiety cognition, and habit: a multiple memory systems perspective. Brain Res. 1293, 121-128 (2009).
- Packard, M. G., McGaugh, J. L. Inactivation of hippocampus or caudate nucleus with lidocaine differentially affects expression of place and response learning. Neurobiol Learn Mem. 65 (1), 65-72 (1996).
- Lawrence, A. D., et al. Executive and mnemonic functions in early Huntington’s disease. Brain. 119 (Pt 5), 1633-1645 (1996).
- Lawrence, A. D., Watkins, L. H., Sahakian, B. J., Hodges, J. R., Robbins, T. W. Visual object and visuospatial cognition in Huntington’s disease: implications for information processing in corticostriatal circuits. Brain. 123 (Pt 7), 1349-1364 (2000).
- Walker, F. O. Huntington’s disease. Lancet. 369 (9557), 218-228 (2007).
- Cushman, L. A., Stein, K., Duffy, C. J. Detecting navigational deficits in cognitive aging and Alzheimer disease using virtual reality). Neurology. 71 (12), 888-895 (2008).
- Liu, L., Gauthier, L., Gauthier, S. Spatial disorientation in persons with early senile dementia of the Alzheimer type. A`m J Occup Ther. 45 (1), 67-74 (1991).
- Mapstone, M., Steffenella, T. M., Duffy, C. J. A visuospatial variant of mild cognitive impairment: getting lost between aging and AD. Neurology. 60 (5), 802-808 (2003).
- Vliet, E. C., et al. The neuropsychological profiles of mild Alzheimer’s disease and questionable dementia as compared to age-related cognitive decline. J Int Neuropsychol Soc. 9 (5), 720-732 (2003).
- Hanagasi, H. A., et al. Cognitive impairment in amyotrophic lateral sclerosis: evidence from neuropsychological investigation and event-related potentials. Brain Res Cogn Brain Res. 14 (2), 234-244 (2002).
- Robbins, T. W., Murphy, E. R. Behavioural pharmacology: 40+ years of progress, with a focus on glutamate receptors and cognition. Trends Pharmacol Sci. 27 (3), 141-148 (2006).
- Paul, C. M., Magda, G., Abel, S. Spatial memory: Theoretical basis and comparative review on experimental methods in rodents. Behav Brain Res. 203 (2), 151-164 (2009).
- Hodges, H. Maze procedures: the radial-arm and water maze compared. Brain Res Cogn Brain Res. 3 (3-4), 167-181 (1996).
- Kesner, R. P., Farnsworth, G., Kametani, H. Role of parietal cortex and hippocampus in representing spatial information. Cereb Cortex. 1 (5), 367-373 (1991).
- Barnes, C. A. Memory deficits associated with senescence: a neurophysiological and behavioral study in the rat. J Comp Physiol Psychol. 93 (1), 74-104 (1979).
- Whishaw, I. Q., Cassel, J. C., Jarrad, L. E. Rats with fimbria-fornix lesions display a place response in a swimming pool: a dissociation between getting there and knowing where. J Neurosci. 15 (8), 5779-5788 (1995).
- Staay, F. J., Raaijmakers, W. G., Lammers, A. J., Tonnaer, J. A. Selective fimbria lesions impair acquisition of working and reference memory of rats in a complex spatial discrimination task. Behav Brain Res. 32 (2), 151-161 (1989).
- Olton, R. S., Samuelson, R. J. Remembrance of places past: Spatial memory in rats. J Exp Psych. 2 (2), 97-116 (1976).
- Pol-Bodetto, S., et al. The double-H maze test, a novel, simple, water-escape memory task: acquisition, recall of recent and remote memory, and effects of systemic muscarinic or NMDA receptor blockade during training. Behav Brain Res. 218 (1), 138-151 (2011).
- Cassel, R., Kelche, C., Lecourtier, L., Cassel, J. -. C. The match/mismatch of visuo-spatial cues between acquisition and retrieval contexts influences the expression of response vs. place memory in rats. Behavioural Brain Research. 230 (2), 333-342 (2012).
- Schumacher, A., de Vasconcelos, A. P., Lecourtier, L., Moser, A., Cassel, J. C. Electrical high frequency stimulation in the dorsal striatum: Effects on response learning and on GABA levels in rats. Behavioural Brain Research. 222 (2), 368-374 (2011).
- Lecourtier, L., et al. Intact neurobehavioral development and dramatic impairments of procedural-like memory following neonatal ventral hippocampal lesion in rats. Neuroscienze. 207, 110-123 (2012).
- Kirch, R. D., et al. Early deficits in declarative and procedural memory dependent behavioral function in a transgenic rat model of Huntington’s disease. Behav Brain Res. 239, 15-26 (2013).
- Cholvin, T., et al. The ventral midline thalamus contributes to strategy shifting in a memory task requiring both prefrontal cortical and hippocampal functions. J Neurosci. 33 (20), 8772-8783 (2013).
- Hooge, R., De Deyn, P. P. Applications of the Morris water maze in the study of learning and memory. Brain Res Brain Res Rev. 36 (1), 60-90 (2001).
