Summary
Hjerte-kar-motion og stimulerende oplevelser i et komplekst miljø har positive fordele på flere foranstaltninger af neuroplasticitet i gnavere hjernen. Denne artikel vil drøfte gennemførelsen af disse interventioner som en "superintervention", der kombinerer hjulet løb og miljømæssige kompleksitet og vil tage fat på de begrænsninger disse interventioner.
Abstract
Aerob træning (fx hjul kører (WR) flittigt brugt i dyreforsøg) positivt påvirker mange foranstaltninger af neuroplastiske potentiale i hjernen, såsom satserne for voksne neurogenese, angiogenese, og udtryk for neurotrofe faktorer i gnavere. Denne intervention har også vist sig at afbøde adfærdsmæssige og neuroanatomiske aspekter af de negative virkninger af teratogener (dvs. udviklingsmæssige udsættelse for alkohol) og aldersrelateret neurodegeneration i gnavere. Komplekst miljø (EF) er blevet vist at frembringe talrige neuroplastiske fordele i subkortikale strukturer og kan kobles med hjul kører for at øge proliferation og overlevelse af nye celler i den voksne hippocampus. Kombinationen af disse to indgreb tilvejebringer en robust "superintervention" (WR-EF), som kan implementeres på en række gnavermodeller for neurologiske lidelser. Vi vil drøfte gennemførelsen af WR / EF og dets bestanddel iterventions til anvendelse som et mere kraftfuldt terapeutisk indgreb i rotter under anvendelse af dyremodel for prænatal udsættelse for alkohol i mennesker. Vi vil også diskutere, hvilke elementer af procedurerne er absolut nødvendigt for interventionerne, og hvilke der kan ændres afhængigt af eksperimentatorens spørgsmål eller faciliteter.
Introduction
Opdræt i forskellige miljøer har længe været kendt for at forårsage ændringer i forskellige mål for neurologisk wellness. Mange undersøgelser ser på de gavnlige virkninger af opdræt i et komplekst miljø (EF) startende med banebrydende forskning ved Diamond og Rosenzweig (fx 1, 2) og Greenough (F.eks, 3, 4). EF har vist sig at have en ubestridelig positiv effekt på synaptiske og cellulære ændringer i hjernen 5, 6, 7. EF kan påvirke en mangfoldighed af hjerneregioner, herunder hippocampus 8, 9 og visuelle cortex 10, 11, ventrale striatum 12, 13, samtsom hjerne-dækkende neuro-funktion (revideret i 14). Særlig interesse har udviklet sig fra undersøgelserne af hippocampus, da det blev påvist, at EF kan øge overlevelsesraten for voksen-fødte granula celler i gyrus dentatus gennem dendritiske plasticitet 9, 13. Dette sidste punkt har samlet stor interesse på grund af den voksende mængde litteratur indikerer, at hjerte-kar-øvelse fremmer voksne neurogenese i både raske og beskadigede hjerne 15, 16, 17, 18. Hjul kører (WR) er en nem at implementere form af frivilligt kardiovaskulær aktivitet, har vist sig at være gavnligt i gnavermodeller for neurologiske lidelser eller ældning 17, 19, 20. WR påvirker ekspressionen af vækstfaktorer i både det centrale og perifere nervesystem 21, 22, 23.
Kombination (efterfølgende) WR og EF i en "superintervention" (WR-EF) (dvs. 12 dages WR efterfulgt af 30 dage i EF) giver en robust stigning i hippocampus voksne neurogenese og øget overlevelse af de nyligt prolifererede celler 8, den hvorefter i dyremodellen af FASD ikke opnås ved individuelle komponenter (se nedenfor). Da begge dele af WR-EF påvirke en bred vifte af strukturer i hjernen 13 (WR revideret i 22, EF revideret i 24), gennemførelse af dette indgreb kan nemt anvendes på gnaver modeller af både udviklingsmæssige og senere liv onset modeller af neurologisk værdiforringelse (f.eks neonatal alkohol eksponering, aldring, tidlige liv stress).
nt "> Integrering af WR-EF i de unge og tidlige voksne perioder (dvs. postnatal dag 30 - 72) kan mildne nogle af de negative virkninger af en rotte model af føtale alkohol spektrum forstyrrelser (FASDs) 8 En samling af studier har. viste, at gnavere udsat for alkohol fra postnatal dag (PD) 4 til 9 display betydelige underskud i neuroanatomiske foranstaltninger såsom dendritiske kompleksitet 25, cerebellar udvikling 26, 27 og neuro lydhørhed 28 samt manifestationer af nedsat indlæring og hukommelse 29, 30, 31 . Selv en reduceret mængde af alkohol eksponering inden for denne tidsramme (dvs. PD 7 til 9), kan føre til underskud i indlæring og hukommelse i unge og voksne rotter 32, mens nogle strukturer ikke længere se SIGdelig neuroanatomiske nedskrivninger 27. Mange af disse underskud - foruden adfærdsmæssige svækkelser i hippocampus-afhængige opgaver - er blevet afbødet efter eksponering for denne WR-EF-paradigme 8, 33 eller WR alene 25, 31. Selvom WR alene har været en udbredt indgriben, kombinationen af WR-EF endnu ikke er blevet anvendt i litteraturen trods sin evne til at opretholde de relativt kortsigtede fordele ved WR 8. Denne artikel vil drøfte gennemførelsen af WR-EF-intervention i ungdomsårene. Selv om dette paradigme anvendes i forbindelse med tidlig postnatal eksponering alkohol, kan det blive introduceret til forskellige gnavermodeller at vurdere hjerne potentiale for neuroplasticitet i modellerne af hjernesygdomme.Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
Etik Statement: Følgende protokol blev godkendt af Institutional Animal Care og brug Udvalg (IACUC) fra University of Delaware.
1. Developmental eksponering (eller model af Binge-lignende Ethanol Exposure)
- På PD3, bestemme køn hvert dyr og cross-fremme nogen dyr, hvis nødvendigt for at holde kuldstørrelsen (8 dyr) og køn distribution (4 hanner: 4 tæver) konsistente inden hvert kuld.
BEMÆRK: Det er vigtigt at holde kuldstørrelse og kønsfordelingen så konsekvent som muligt for at undgå eksperimentelle andre variable. Selv om denne protokol bruger 8 hvalpe (4 hanner og 4 tæver) pr kuld, kan alternative kuldstørrelse eller sex distributioner være skræddersyet til behovene i den eksperimentelle design. - Subkutant indsprøjte en lille mængde sort tusch i poterne til at identificere dyr inden hvert kuld.
- Pseudo-tilfældigt tildele kuld som eksperimentelle (indeholdende 50% alkohol-eksponerede (AE) og 50% sham-intuberet kontrol (SI) pups) eller die kontrol (SC) (dyr, der ikke undergår nogen intubation, hale klipning, eller adskillelse protokoller fra PD 4 - 9, bortset til daglig vejning og ear-stansning).
- For at bevare ensartet gruppe størrelse, tildele dobbelt så mange eksperimentelle kuld som SC kuld.
- Afvejes hvert dyr og derefter returnere det til sin hjem bur. Animal vejning skal ske dagligt i intubation periode (PD 4 - 9).
- Fjern hele kuldet fra dæmningen.
- Placer unger på opvarmet pad.
- Noterer vægten af hver enkelt hvalp.
- På PD4, efter vejning hvert dyr beregne den nødvendige alkohol beløb for i alt 5,25 g / kg / dag pr hvert dyr (baseret på fødselsvægt fra trin 1.4) 8.
- Administrere alkohol som 11,9% ethanol-i-mælkeerstatning (vol / vol).
- Starter ved 9:00, fjerne et kuld hvalpe fra moderen på et tidspunkt.
- Indgiv ethanol-i-mælk til hver AE hvalp
- Sham-intubere hver SI hvalp 8.
- Gentag trin 1.5. gennem 1.8. for hver forsøgsgruppe kuld.
- To timer efter den første dosis, gentage doseringen procedure (trin 1,5 gennem 1,8) for en anden alkohol dosis.
- Halvanden time efter den anden alkohol dosis (det punkt, hvor der opnås peak daglige alkoholkoncentration i blodet), indsamle og centrifuger blod fra AE og SI hvalpe via hale klipning for alkohol fremtidig blod indholdsanalyse 35.
- Collect 60 pi blod.
- Placer blod i en 1 ml mikrocentrifugerør. Centrifuge blod på 1,5 xg i 25 min.
- Forsigtigt indsamle supernatanten serum fra centrifugeglas, og gem til fremtidig alkoholkoncentration i blodet analyse.
- Gentag doseringen procedure (trin 1,5 gennem 1,8) ved hjælp af mælk i stedet for ethanol-i-mælk for at forebygge ernæringsmæssige underskud fra sygepleje manglende evne i AEhvalpe.
- Udfør alt 2 supplerende mælk doser 2 h fra hinanden på PD fire.
- Gentag trin 1.4 gennem 1,12 (undtagen trin 1.11) på PD 5 - 9.
- Efter den endelige supplerende mælk dosis PD9, øre Punch alle hvalpe til identifikation i EF buret.
- Koordinere udstansede øre med en vis grad af kuld nummer eller identifikator (fx ville ulige nummererede kuld inden en kohorte få deres venstre øre udstansede mens dyr fra selv nummererede kuld ville få deres højre øre udstansede). Dette vil gøre det lettere at identificere dyr i EF buret bør flere dyr fra forskellige kuld har samme pawmark mønster.
2. Fravænning
- På PD 23, hus alle dyr i bure af 2 - 3 i.
- Sørg for, at alle dyr, der huses i samme bur er samme køn.
- Medtag en SC, en SI, og en AE dyr per bur når det er muligt.
- Minimer antallet af bur hjælpere thpå er fra samme kuld.
- Kontroller, at alle dyrene er i stand til at få adgang til mad og vand.
3. Wheel Running
- På PD30, afsætte halvdelen af bure med dyr til WR. Hus disse dyr i bure med en fri adgang til vedhæftede rustfri løbehjul.
- Sørg for, at hjulene har en tæller til at vurdere det samlede antal omdrejninger.
- Afvejes alle dyr på PD 30 og PD 36.
- Kontroller antallet af omdrejninger af hvert hjul på 09:00 hver dag.
- Efterlad dyr i deres respektive hus betingelse i 12 dage.
4. Miljømæssige kompleksitet
- Forbered EF buret før 09:00 på den dag, der svarer til PD 42 for forsøgsdyr.
- Få en 30 "x 18" x 36 "galvaniseret stål bur.
BEMÆRK: Buret skal have flere niveauer, kunne bære vægten af flere rotter, fyldes med standardsengetøj, og har flere steder for at vedhæfte vandflasker og fødevarer dispensere. - Placer roman, farverige genstande af variable størrelser og former i buret.
- Placer 6 store legetøj i EF buret. Sørg for, at hvert stykke legetøj er store nok til 3 eller flere rotter til at interagere med sideløbende.
- Placer 6 mellemstore legetøj i EF buret. Sørg for, at hvert stykke legetøj er store nok til 3 - 4 rotter til at interagere med sideløbende.
- Placer en masse (mindst 20) af mindre legetøj i EF buret.
- Brug legetøj af varierende farver, former, størrelse osv Novelty er kritisk for denne intervention (se diskussionen).
- Placer to retter mad ved modsatte ender af buret.
- Placer to flasker vand ved modsatte ender af buret.
- Få en 30 "x 18" x 36 "galvaniseret stål bur.
- Ved 09:00 på PD 42, vejer alle dyr og flytte de WR dyr til EF-buret. Hver EF bur skal indeholde 9 - 12 dyr.
- Sørg for, at ingen dyr har både samme pawmark og ear-punch mønstre.
- Kontroller alle fødevarer og vand dagligt.
- Hver to dage, fjerne legetøj fra EF buret og erstatte dem (ifølge trin 4.1.2.).
- Hver tredje dag, rengøre EF buret.
- Fjern dyr fra EF buret og sætte dem i midlertidige bedrift bure på 2 - 3 dyr.
- Fjerne alle strøelse fra bunden af buret.
- Retur de samme legetøj til buret, medmindre denne dag falder sammen med legetøjet udskiftning tidsplan (i henhold til trin 4.4.).
- Erstat alle af mad og vand.
- Udskift rotterne i EF buret.
5. Saml Tissue
BEMÆRK: Tissue samling (f.eks perfusion med paraformaldehyd) og oplagring (f.eks, frysning, paraffinindlejring) kan udføres med en række forskellige metoder. Det følgende vil forklare processen med perfusion med 4% paraformaldehyd i 0,1 M phosphatpufret saltvand (4% paraformaldehyd i PBS) Opløsning 8.
Advarsel: Paraformaldehyd er kræftfremkaldende og kan også forårsage hudirritation, allergisk hudreaktion, eller øjenskader. Brug passende øjenbeskyttelse / hud.
- Expose en rotte på et tidspunkt for isofluran til let bedøve dyret.
- Intraperitonealt injicere rotter med 2 ml / kg af ketamin / xylazin-blanding (1,5 ml xylazin blandet med 10 ml ketamin).
BEMÆRK: Ketamin og xylazin er både på lager koncentrationer på 100 mg / ml før kombinere til injektion blanding. - Når rotten er ikke længere reagerer, perfundere dyret med 0,1 M phosphatbufret saltvand (PBS; pH = 7,2) efterfulgt af 4% paraformaldehyd i PBS (pH = 7,2).
- Fjern hjerne og butik i 4% paraformaldehyd i PBS ved 4 ° C i 48 timer.
- Efter 2 dage overføres til opløsning af 30% saccharose tilsat til 4% paraformaldehyd i PBS ved 4 ° C.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
For at vurdere effekten af den super indgriben, må vi se på virkningerne af hver af dets bestanddele - WR og EF - på vores foranstaltninger af interesse. Figurerne 1 til 3 (nedenfor) optrådte i en tidligere publikation udnytte dette paradigme 8. Figur 4 dukkede op i en ph.d.-afhandling 36. Disse data viser virkningen af WR-EF om hippocampus voksen neurogenese i den tandede gyrus. Alle grafer illustrerer gruppens midler, med fejlsøjler angiver en enkelt standardafvigelse fra middelværdien. Figur 1 viser stigninger i celleproliferation efter WR del af vores indgriben, hvilket indikerer, at WR komponent er robust stand til at forøge cellulær proliferation i GD af hippocampus i normalt udvikler, tidlige liv stresset, og alkohol-eksponerede dyr. Figur 2demonstrerer evne EF til at øge overlevelsen af voksne genereret celler i GD hos dyr, der blev udsat for enten stress eller alkohol neonatally. Figur 3 viser stigningen i celler, som differentierer til en neuronal fænotype, hvilket indikerer, at WR-EF kan øge proliferation og overlevelse af voksne-fødte gyrus dentatus granulerede celler i dyr, der neonatal udsættelse for alkohol eller intubation stress, implicerer det som et terapeutisk til redning underskud i hippocampus voksen neurogenese. Endelig Figur 4 bekræfter WR-EF-virkning på dendritisk plasticitet: længden af doublecortin-positive dendritter af gyrus dentatus granulerede celler 'i AE-rotter ikke længere adskiller sig fra kontrol. Blood alkohol (AKB) på PD 4 var 321,19 ± 14,03 mg / dl (middel ± SEM), der kan sammenlignes med andre undersøgelser ved hjælp af denne eksponering paradigme 28, 37. Tidligere undersøgelser har vist, at dyr enkrydse disse behandlingsgrupper ikke afviger i afstande kører under WR 15.
Figur 1. WR Robust Øger Cell Proliferation i GD hippocampus. Mikrofotografier illustrere forskelle i celledeling i GD på PD42 (ophør af WR) som mærket med brom-deoxyuridin (BrdU) i AE dyr efter WR (A) og socialt boligbyggeri (B). WR robust øger celleproliferation uafhængigt af neonatal behandling (C). En to-vejs ANOVA viste en vigtigste effekt af boliger tilstand (WR vs. SH) (F 1,40 = 19,703, p <0,001), mens ingen signifikant hovedvirkning af postnatal behandling (SC vs. SI vs. AE) eller interaktion mellem de to faktorer blev observeret. Post hoc sammenligninger blev udført som Tukeys test. Alle værdier repræsensendt gennemsnit ± standardfejl af middelværdien (SEM). * P <0,05, #p <0,01. Dette tal er gengivet fra Hamilton et al. 2012 8. Klik her for at se en større version af dette tal.
Figur 2. WR Efterfulgt af EF redninger Underskud i Cell overlevelse efter Neonatal Alkohol Eksponering eller Sham Stress. Mikrofotografier illustrerer forskelle i celler mærket med BrdU i AE dyr fra WR-EF (A) og sociale opstaldet betingelser (B) injiceret med BrdU på PD41. Huses socialt dyr viste et fald efter alkohol eksponering i forhold til at die kontroller. Dyr, der gennemgår de WR-EF superintervention display øget overlevelsesrater af celler prolifererende efter PD41 i både SI og AE-grupper (C). En to-vejs ANOVA viste en vigtigste effekt af boliger tilstand (WR vs. SH) (F 1,29 = 11,402, p <0,01) og en signifikant interaktion mellem postnatal behandling og bolig tilstand (F 1,29 = 3,870, p < 0,05), mens der blev observeret nogen signifikant væsentligste virkning af postnatal behandling (SC vs SI vs AE). En envejs ANOVA inden SH dyr viste en vigtigste effekt af postnatal behandling (F 1,19 = 3,727, p <0,05), mens en envejs ANOVA inden WREC dyr viste ingen signifikante forskelle mellem postnatal behandlinger. Post hoc sammenligninger blev udført som Tukeys test. Alle værdier repræsenterer middelværdi ± SEM. * P <0,05, #p <0,01. Dette tal er gengivet fra Hamilton et al. 2012 8. Klik her for at se en større version af denne Figure.
Figur 3. WR-EF redninger Underskud i Neurogenese Efter Neonatal Alkohol Eksponering eller Sham Stress. Co-lokalisering af BrdU (grøn) ekspression og NeuN (rød) i hippocampale granulerede celler. Fluorescerende konfokal billeder blev erhvervet efter immunohistokemiske procedurer. BrdU blev injiceret på PD41 væv blev indsamlet på PD72. Både BrdU og NeuN blev observeret i GD (A, B). Selvom SC dyr ikke viste en signifikant stigning i antallet af prolifererende neuroner viste begge AE og SI dyr en forøgelse i neurogenese (som angivet ved dobbeltmærkning med BrdU og NeuN) efter WR-EF-paradigme sammenlignet med socialt opstaldede dyr (C) . En to-vejs ANOVA viste en vigtigste effekt af boliger tilstand (WR vs. SH) (F 1,28 = 20,48, p <0,001), mens ingen signifikant vigtigste effect af postnatal behandling (SC vs SI vs AE) eller interaktion mellem de to faktorer blev observeret. Post hoc sammenligninger blev udført som Tukeys test. Alle værdier repræsenterer middelværdi ± SEM. * P <0,05, #p <0,01. Dette tal er gengivet fra Hamilton et al. 2012 8. Klik her for at se en større version af dette tal.
Figur 4. WR-EF redninger Underskud i dendritiske kompleksitet Hippocampal DG granulerede celler. Sholl analyser af dendritiske kryds illustrerer WR-EF s forbedrende virkninger på dendritiske kompleksitet i tandede gyrus af voksne rotter efter neonatal eksponering alkohol. I sociale boligforhold, AE dyr har en nedsat antal GD granula celle dendritceller krydsene i forhold til at styre dyrene (a). Boliger i WREC øger antallet af kryds i AE dyr i forhold til huses socialt kontroller (b). AE dyr opdrættet i vores WREC paradigme vise lignende antal kryds i forhold til at kontrollere dyr, der huses i WREC (c). Gentagne foranstaltning ANOVA'er blev udført på dataene i hver graf. Panel a demonstrerer en vigtigste effekt af postnatal behandling (F 1,11 = 6,265, p = 0,029). Panel B viser en tendens til en primær effekt mellem boligforhold (F 1,6 = 4,181, p = 0,087). Panel c viser ingen signifikant forskel mellem SC og AE dyr inden for WREC boliger tilstand. Alle post hoc sammenligninger blev udført som Tukey tests. Alle værdier repræsenterer middelværdi ± SEM. ^ P <0,01, * p <0,05. Dette tal er gengivet fra Hamilton, 2012 36.pg "target =" _ blank "> Klik her for at se en større version af dette tal.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
I ovenstående protokol, demonstrerede vi en hensigtsmæssig intervention for at redde neuroanatomiske underskud efter neonatal eksponering alkohol. Dette indgreb kan anvendes som et terapeutisk i andre dyremodeller på grund af robustheden af hver af komponenterne af interventionen. Frivillige kardiovaskulær virkning i form af WR er blevet vist at drage fordel flere adfærdsmæssige resultater 38, 39 og inducerer funktionelle plast ændringer i områder af hjernen, såsom hippocampus (gennemgået i 40). Dette er til dels skyldes ekspression af vækstfaktorer og andre neurobeskyttende mekanismer i hjernen parenkym i både gnavere og mennesker 21, 41. Supplere disse effekter, kan EF fremkalde gavnlige cellulære 6, 11, 42, 43, Strukturelle 2 og farmakologiske 12, 44 ændring i gnavere.
For WR at være maksimalt effektiv i denne model af menneskelig syndrom, er kritisk for dyr at have frivillige adgang til en funktionel løbehjul; daglig hjul adgang skal vare i en længere tidsrum 45 mindst 10-12 timer om dagen, og helst 24 timer (nogle negative virkninger af tilbagetrækning fra kørende hjul blev rapporteret). Denne WR paradigme varer i 12 dage for at muliggøre kombinationen af WR og EF til at passe ind i puberteten og den tidlige voksenalder. Varigheden, alder ved eksponering, og modalitet af motion (blandt andre faktorer) kan påvirke effekten af motion som en terapeutisk intervention 46, og sådanne kritiske faktorer bør overvejes, når man planlægger at gennemføre denne protokol eller et andet WREC paradigme. Et centralt element i denne EF-paradigme er ingenvelty af flere objekter i miljøet og social interaktion (revideret i 14, 47). Derfor er det afgørende for de elementer i dette paradigme, der skal udskiftes hver 48. time. På baggrund af behovet for flere elementer, samspillet med de elementer og deres udforskning og social interaktion, finder vi, at vores antal unikke elementer, hyppigheden af post udskiftning, og antallet af bur kammerater er tilstrækkelig til at fremkalde terapeutiske resultater på neuroanatomiske foranstaltninger at vi vurderer. Vi fandt, at kontinuerlig eksponering i 30 dage er mere hensigtsmæssigt at overvinde underskud induceret af neonatal alkohol eksponering end begrænset interaktion udsættelse for et nyt miljø.
Målet med denne protokol er at indføre en WREC paradigme, der både tager højde for hjerte-kar-motion og miljømæssige nyhed komponenter af plast intervention. Derfor vil vi behandle den modifikation, at der kan foretages til paradigm men vil advare brug af ændringer, der kan ændre de måder, at dyr interagerer med paradigmet samt de eksperimentelle konklusioner, der kan drages. En mulig ændring ville være at indføre køre hjul til EF-miljø. Dermed ville det være vanskeligt at bestemme de relative bidrag af hver bestanddel. Det ville desuden være vanskeligt at sikre, at alle dyr deltage i både WR komponenter og EF komponenter af paradigme som boliger på 8 - 10 dyr sammen er nødvendige for EF. Men da langsigtet adgang til motion er afgørende i effekten af interventionen 45, kan yderligere forskning behandle det optimale forhold af WR adgang til EF-adgang (selvom metoderne i denne protokol har vist robuste neuroanatomiske og adfærdsmæssige konsekvenser 8, 33) . Ændringer enkelte genstande, der anvendes inden for EU miljø er acceptabelt, men det er critical for de elementer, der skal være interessant, kompleks, roman, stimulerende og ofte opdateres 14.
Dette paradigme indeholder flere medfødte begrænsninger i vores hænder, som bør overvejes, når man planlægger at gennemføre denne "super intervention". En begrænsning for WR komponent af paradigmet er den manglende evne til at vurdere afstanden køre ved individuelle dyr. En af de oplagte og enkle løsninger ville være en individuel hus af dyrene under WR komponent. Det er dog nødvendigt at understrege, at de enkelte boliger er bredt accepteret som skadelig for dyr, og kan endda direkte modvirke de gavnlige virkninger af hjulet kører 48. En yderligere alternativ (selvom tidskrævende og ufuldkommen) ville være at video optage driften hjulet på alle tidspunkter, at dyrene har adgang til. Dette vil kræve en unik identifikation for hvert dyr i et bur (fx male unikke farver eller patterns på pelsen af hvert dyr) 49. Denne teknik vil stadig være underlagt andre variable af flere dyr udnytter hjulet samtidigt. En lignende vanskelighed bærer til EF, hvis det bliver svært at maden begrænse individuelle dyr (uden at begrænse den periode af fødevareforbruget). For at mindske virkningerne af dette, vil vi anbefale boliger i EF for en fuld 30 dage efterfulgt af en umiddelbar mad begrænsning paradigme. Extended mængder af tid ud af EF kunne hæmme induceret plasticitet, der opstår i løbet af dette paradigme.
Som tidligere nævnt, at det er vigtigt med denne artikel er at give mulighed for ensartet karakterisering af EF paradigme og dens gennemførelse efter kredsløbstræning i form af WR. Tidligere EF paradigmer har udsat dyr til EF boliger uden udsættelse for WR 12, 50, WR inde EF buret for en kortere tid 51eller med mindre dyr 52, eller dyrene blev udsat for en EF-miljø for en længere tidsrum med mindre hyppige skift af bur poster 13. Det er sandsynligt, at de gavnlige virkninger af EF kræve den inducerede plasticitet fra WR i en tidsmæssigt relevant tidsvindue til at vise langsigtet fordel. På den måde mener vi, at kobling WR og EF i 12 og 30 dage henholdsvis giver mulighed for en maksimalt gavnligt og kortfattet intervention.
På dette tidspunkt har anvendelsen af denne model er begrænset til de unge og tidlige voksne tidsperioder. Yderligere undersøgelse af robustheden af denne intervention på forskellige stadier, og ontogeni af neuroplastiske fordel bør undersøges yderligere i fremtiden. Derudover er brugen af forskellige udviklingsmæssige underskud meget opmuntret, da dette vil hjælpe med at udvikle effektive terapeutiske interventioner for personer ramt af sådanne lidelser. Forrige litteratur har depaavist uafhængige effekter af WR eller EF om voksen neurogenese, indlæring og hukommelse, eller angst-lignende adfærd i en genetisk musemodel af angst 53. Robusthed disse to interventioner og den synergistiske virkning af EF at opretholde de kortsigtede effekter af øget WR-induceret fordele (dvs. hippocampus celleproliferation og neurogenese) gør det godt klar til integration i en bred vifte af forskningsspørgsmål.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Female Time-pregnant Long Evans Rats | Envigo (Formerly: Harlan, Inc.) | Average litter size is 8 - 10 pups | |
| Black India Ink | Higgins (Chartpak, Inc.) | 44201 | |
| Syringes and Injection Needles | Becton, Dickinson and Company (BD) | Assorted | For injection of pawmarking ink, administration of milk-alcohol solution |
| Ear Punch | Kent Scientific Corporation | INS750076 | |
| Running Wheels | Wahmann Labs | Wahmann Running Wheel is discontinued. One per cage. | |
| EC Cage | Martin's Cages, Inc. | R-695 | |
| Small EC Toys | Assorted | ||
| Medium EC Toys | Assorted | Should be able to fit 1 - 2 rats inside of/on top of object | |
| Large EC Toys | Assorted | Should be able to fit 3 or more rats inside of/on top of object |
References
- Diamond, M. C., et al. Increases in cortical depth and glia numbers in rats subjected to enriched environment. J Comp Neurol. 128 (1), 117-126 (1966).
- Rosenzweig, M. R., Bennett, E. L., Hebert, M., Morimoto, H. Social grouping cannot account for cerebral effects of enriched environments. Brain Res. 153 (3), 563-576 (1978).
- Greenough, W. T.
- Volkmar, F. R., Greenough, W. T. Rearing complexity affects branching of dendrites in the visual cortex of the rat. Science. 176 (4042), 1445-1447 (1972).
- Greenough, W. T., Volkmar, F. R., Juraska, J. M. Effects of rearing complexity on dendritic branching in frontolateral and temporal cortex of the rat. Exp Neurol. 41 (2), 371-378 (1973).
- Sampedro-Piquero, P., Zancada-Menendez, C., Begega, A. Housing condition-related changes involved in reversal learning and its c-Fos associated activity in the prefrontal cortex. Neuroscience. 307, 14-25 (2015).
- Sirevaag, A. M., Greenough, W. T. Differential rearing effects on rat visual cortex synapses. III. Neuronal and glial nuclei, boutons, dendrites, and capillaries. Brain Res. 424 (2), 320-332 (1987).
- Hamilton, G. F., Boschen, K. E., Goodlett, C. R., Greenough, W. T., Klintsova, A. Y. Housing in environmental complexity following wheel running augments survival of newly generated hippocampal neurons in a rat model of binge alcohol exposure during the third trimester equivalent. Alcohol Clin Exp Res. 36 (7), 1196-1204 (2012).
- Kempermann, G., Kuhn, H. G., Gage, F. H. More hippocampal neurons in adult mice living in an enriched environment. Nature. 386 (6624), 493-495 (1997).
- Juraska, J. M., Greenough, W. T., Elliott, C., Mack, K. J., Berkowitz, R. Plasticity in adult rat visual cortex: an examination of several cell populations after differential rearing. Behav Neural Biol. 29 (2), 157-167 (1980).
- Turner, A. M., Greenough, W. T. Differential rearing effects on rat visual cortex synapses. I. Synaptic and neuronal density and synapses per neuron. Brain Res. 329 (1-2), 195-203 (1985).
- Brenes, J. C., Rodriguez, O., Fornaguera, J. Differential effect of environment enrichment and social isolation on depressive-like behavior, spontaneous activity and serotonin and norepinephrine concentration in prefrontal cortex and ventral striatum. Pharmacol Biochem Behav. 89 (1), 85-93 (2008).
- Kolb, B., Gorny, G., Soderpalm, A. H., Robinson, T. E. Environmental complexity has different effects on the structure of neurons in the prefrontal cortex versus the parietal cortex or nucleus accumbens. Synapse. 48 (3), 149-153 (2003).
- Singhal, G., Jaehne, E. J., Corrigan, F., Baune, B. T. Cellular and molecular mechanisms of immunomodulation in the brain through environmental enrichment. Front Cell Neurosci. 8, 97 (2014).
- Helfer, J. L., Goodlett, C. R., Greenough, W. T., Klintsova, A. Y. The effects of exercise on adolescent hippocampal neurogenesis in a rat model of binge alcohol exposure during the brain growth spurt. Brain Res. 1294, 1-11 (2009).
- van Praag, H., et al.
- van Praag, H., Shubert, T., Zhao, C., Gage, F. H. Exercise enhances learning and hippocampal neurogenesis in aged mice. J Neurosci. 25 (38), 8680-8685 (2005).
- Vivar, C., Peterson, B. D., van Praag, H. Running rewires the neuronal network of adult-born dentate granule cells. Neuroimage. 1 (131), 29-41 (2015).
- Mustroph, M. L., et al. Increased adult hippocampal neurogenesis is not necessary for wheel running to abolish conditioned place preference for cocaine in mice. Eur J Neurosci. 41 (2), 216-226 (2015).
- Patten, A. R., et al. Long-term exercise is needed to enhance synaptic plasticity in the hippocampus. Learn Mem. 20 (11), 642-647 (2013).
- Carro, E., Nunez, A., Busiguina, S., Torres-Aleman, I. Circulating insulin-like growth factor I mediates effects of exercise on the brain. J Neurosci. 20 (8), 2926-2933 (2000).
- Cotman, C. W., Berchtold, N. C. Exercise: a behavioral intervention to enhance brain health and plasticity. Trends Neurosci. 25 (6), 295-301 (2002).
- Praag, H., Fleshner, M., Schwartz, M. W., Mattson, M. P. Exercise, energy intake, glucose homeostasis, and the brain. J Neurosci. 34 (46), 15139-15149 (2014).
- van Praag, H., Kempermann, G., Gage, F. H.
- Hamilton, G. F., Criss, K. J., Klintsova, A. Y. Voluntary exercise partially reverses neonatal alcohol-induced deficits in mPFC layer II/III dendritic morphology of male adolescent rats. Synapse. 69 (8), 405-415 (2015).
- Goodlett, C. R., Thomas, J. D., West, J. R. Long-term deficits in cerebellar growth and rotarod performance of rats following "binge-like" alcohol exposure during the neonatal brain growth spurt. Neurotoxicol Teratol. 13 (1), 69-74 (1991).
- Goodlett, C. R., Lundahl, K. R. Temporal determinants of neonatal alcohol-induced cerebellar damage and motor performance deficits. Pharmacol Biochem Behav. 55 (4), 531-540 (1996).
- Boschen, K., Ruggiero, M., Klintsova, A. Neonatal binge alcohol exposure increases microglial activation in the developing rat hippocampus. Neuroscience. 324, 355-366 (2016).
- Goodlett, C. R., Peterson, S. D. Sex differences in vulnerability to developmental spatial learning deficits induced by limited binge alcohol exposure in neonatal rats. Neurobiol Learn Mem. 64 (3), 265-275 (1995).
- Murawski, N. J., Klintsova, A. Y., Stanton, M. E. Neonatal alcohol exposure and the hippocampus in developing male rats: effects on behaviorally induced CA1 c-Fos expression, CA1 pyramidal cell number, and contextual fear conditioning. Neuroscience. 206, 89-99 (2012).
- Thomas, J. D., Sather, T. M., Whinery, L. A. Voluntary exercise influences behavioral development in rats exposed to alcohol during the neonatal brain growth spurt. Behav Neurosci. 122 (6), 1264-1273 (2008).
- Hamilton, G. F., et al. Neonatal alcohol exposure disrupts hippocampal neurogenesis and contextual fear conditioning in adult rats. Brain Res. 1412, 88-101 (2011).
- Hamilton, G. F., et al. Exercise and environment as an intervention for neonatal alcohol effects on hippocampal adult neurogenesis and learning. Neuroscience. 265, 274-290 (2014).
- Kelly, S. J., Lawrence, C. R. Alcohol: Methods and Protocols. Nagy, L. E. , (2008).
- Helfer, J. L., et al. Binge-like postnatal alcohol exposure triggers cortical gliogenesis in adolescent rats. J Comp Neurol. 514 (3), 259-271 (2009).
- Hamilton, G. F. Behavioral Interventions to Alleviate the Impact of Neonatal Alcohol Exposure on Cell Morphology in the Rodent Hippocampus and Medial Prefrontal Cortex. Doctor of Philosophy thesis. , University of Delaware. (2012).
- Klintsova, A. Y., et al. Persistent impairment of hippocampal neurogenesis in young adult rats following early postnatal alcohol exposure. Alcohol Clin Exp Res. 31 (12), 2073-2082 (2007).
- Brockett, A. T., LaMarca, E. A., Gould, E. Physical exercise enhances cognitive flexibility as well as astrocytic and synaptic markers in the medial prefrontal cortex. PLoS One. 10 (5), e0124859 (2015).
- Creer, D. J., Romberg, C., Saksida, L. M., van Praag, H., Bussey, T. J. Running enhances spatial pattern separation in mice. Proc Natl Acad Sci U S A. 107 (5), 2367-2372 (2010).
- Patten, A. R., et al. The benefits of exercise on structural and functional plasticity in the rodent hippocampus of different disease models. Brain Plast. 1 (1), 97-127 (2015).
- Van der Borght, K., et al. Physical exercise leads to rapid adaptations in hippocampal vasculature: temporal dynamics and relationship to cell proliferation and neurogenesis. Hippocampus. 19 (10), 928-936 (2009).
- Johansson, B. B., Belichenko, P. V. Neuronal plasticity and dendritic spines: effect of environmental enrichment on intact and postischemic rat brain. J Cereb Blood Flow Metab. 22 (1), 89-96 (2002).
- Sirevaag, A. M., Greenough, W. T. Differential rearing effects on rat visual cortex synapses. II. Synaptic morphometry. Brain Res. 351 (2), 215-226 (1985).
- Pham, T. M., Winblad, B., Granholm, A. C., Mohammed, A. H. Environmental influences on brain neurotrophins in rats. Pharmacol Biochem Behav. 73 (1), 167-175 (2002).
- Patten, A. R., et al. Long-term exercise is needed to enhance synaptic plasticity in the hippocampus. Learn Mem. 20 (11), 642-647 (2013).
- Patten, A. R., et al. The Benefits of Exercise on Structural and Functional Plasticity in the Rodent Hippocampus of Different Disease Models. Brain Plasticity. 1 (1), 97-127 (2015).
- Abou-Ismail, U. A. Are the effects of enrichment due to the presence of multiple items or a particular item in the cages of laboratory rat? Appl Ani Behav Sci. 134 (1-2), 72-82 (2011).
- Stranahan, A. M., Khalil, D., Gould, E. Social isolation delays the positive effects of running on adult neurogenesis. Nat Neurosci. 9 (4), 526-533 (2006).
- Boschen, K. E., Hamilton, G. F., Delorme, J. E., Klintsova, A. Y. Activity and social behavior in a complex environment in rats neonatally exposed to alcohol. Alcohol. 48 (6), 533-541 (2014).
- Artola, A., et al. Long lasting modulation of the induction of LTD and LTP in rat hippocampal CA1 by behavioural stress and environmental enrichment. Eur J Neurosci. 23 (1), 261-272 (2006).
- Bergami, M., et al. A critical period for experience-dependent remodeling of adult-born neuron connectivity. Neuron. 85 (4), 710-717 (2015).
- Fréchette, M., Rennie, K., Pappas, B. A. Developmental forebrain cholinergic lesion and environmental enrichment: behaviour, CA1 cytoarchitecture and neurogenesis. Brain Res. 1252, 172-182 (2009).
- Rogers, J., et al. Dissociating the therapeutic effects of environmental enrichment and exercise in a mouse model of anxiety with cognitive impairment. Transl Psychiatry. 6, e794 (2016).
