Summary
Konditionsträning och stimulerande upplevelser i en komplex miljö har positiva effekter på flera åtgärder för neuroplasticity inom gnagare hjärnan. Denna artikel kommer att diskutera genomförandet av dessa åtgärder som en "superintervention" som kombinerar hjul drift och miljöberikning och kommer att ta upp begränsningarna i dessa insatser.
Abstract
Aerob träning (t.ex. hjul kör (WR) i stor utsträckning används i djurförsök) positivt påverkar många åtgärder av neuroplastic potential i hjärnan, såsom andelen vuxna neurogenes, angiogenes, och uttryck av neurotrofiska faktorer i gnagare. Denna intervention har också visat sig lindra beteende och neuroanatomiska aspekter av de negativa effekterna av teratogens (dvs utvecklings exponering för alkohol) och åldersrelaterad neurodegeneration hos gnagare. Miljö komplexitet (EG) har visat sig ge ett stort antal neuroplastic fördelar i kortikala och subkortikala strukturer och kan kopplas med hjul kör för att öka spridningen och överlevnad av nya celler i den vuxna hippocampus. Kombinationen av dessa två åtgärder ger en robust "superintervention" (WR-EG) som kan genomföras i en rad olika gnagarmodeller av neurologiska sjukdomar. Vi kommer att diskutera genomförandet av WR / EG och dess beståndsdel iinterventioner för användning som en mer kraftfull terapeutisk intervention vid råttor med användning av djurmodell av prenatal exponering för alkohol i människor. Vi kommer också att diskutera vilka delar av förfarandena är absolut nödvändigt för interventionerna och vilka som kan ändras beroende på försöks fråga eller anläggningar.
Introduction
Uppfödning i olika miljöer har länge varit känt för att orsaka förändringar i olika mått på neurologisk wellness. Många studier titta på de gynnsamma effekterna av uppfödning i en komplex miljö (EG) börjar med banbrytande forskning av Diamond och Rosenzweig (t.ex. 1, 2) och Greenough (T.ex., 3, 4). EG har visat sig ha ett obestridligt positiva effekter på synaptiska och cellulära förändringar i hjärnan 5, 6, 7. EG kan påverka ett flertal områden i hjärnan, inklusive hippocampus 8, 9 och syncentrum 10, 11, ventrala striatum 12, 13, samtsom hjärnan omfattande neuroimmune funktion (översikt i 14). Särskilt intresse har utvecklats från studier av hippocampus när det visades att EG kan öka överlevnaden av vuxna födda granulat celler i dentate gyrus genom dendritiska plasticitet 9, 13. Den sista punkten har samlat mycket intresse på grund av den växande mängd litteratur indikerar att konditionsträning främjar vuxen neurogenes i både friska och skadade hjärnan 15, 16, 17, 18. Hjul kör (WR) är en enkel att implementera form av frivillig kardiovaskulär aktivitet som har visat sig vara till nytta i gnagarmodeller av neurologiska sjukdomar eller åldrande 17, 19, 20. WR påverkar uttrycket av tillväxtfaktorer i både centrala och perifera nervsystemet 21, 22, 23.
Kombinera (senare) WR och EG i en "superintervention" (WR-EG) (dvs 12 dagar WR följt av 30 dagar i EG) ger en robust ökning av hippocampus vuxen neurogenes och ökad överlevnad av de nyligen förökade cellerna 8, den effekt som i djurmodellen av FASD inte uppnås genom enskilda komponenter (se nedan). Eftersom båda komponenterna i WR-EG påverkar en mångfald av strukturer i hjärnan 13 (WR ses över 22 EG ses över 24), genomförande av detta ingripande kan lätt appliceras på gnagarmodeller av både utvecklings- och senare i livet ella modeller av neurologiska funktion (t.ex. neonatal alkohol exponering, åldrande, tidiga liv stress).
nt "> Integrering av WR-EG på ungdomar och tidig vuxenperioder (dvs postnatal dagar 30 - 72) kan lindra en del av de negativa effekterna av en råttmodell av fetala sjukdomar alkoholspektrum (FASDs) 8 En samling studier har. visade att gnagare som utsätts för alkohol från postnatal dag (PD) 4 till 9 visnings betydande underskott i neuroanatomiska åtgärder såsom dendritiska komplexitet 25, cerebellär utveckling 26, 27 och neuroimmune respons 28 samt manifestationer av försämrad inlärning och minne 29, 30, 31 . Även en minskad mängd alkohol exponering inom detta tidsfönster (dvs PD 7 till 9) kan leda till brister i inlärning och minne i ungdomar och vuxna råttor 32 medan vissa strukturer inte längre se sigdande neuroanatomiska funktion 27. Många av dessa underskott - utöver beteende försämringar i hippocampus-beroende uppgifter - har mildras efter exponering för denna WR-EG paradigm 8, 33 eller ensam WR 25, 31. Även om enbart WR har varit ett vanligt ingrepp, kombinationen av WR-EG har ännu inte använts i litteraturen trots sin förmåga att upprätthålla de relativt kortsiktiga fördelarna med WR 8. Denna artikel kommer att diskutera genomförandet av WR-EG-intervention under tonåren. Även om detta paradigm används i samband med tidig postnatal alkohol exponering, kan det införas olika gnagarmodeller för att bedöma hjärnans potential för neuroplasticity i modeller av sjukdomar i hjärnan.Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
Etik uttalande: Följande protokoll godkändes av Institutional Animal Care och användning kommittén (IACUC) vid universitetet i Delaware.
1. Utvecklings exponering (eller modell av Binge liknande Etanol exponering)
- På PD3, bestämma könet på varje djur och kors främja alla djur vid behov för att hålla kullstorlek (8 djur) och könsfördelning (4 hanar: 4 honor) konsekvent inom varje kull.
OBS: Det är viktigt att hålla kullstorlek och könsfördelning så konsekvent som möjligt för att undvika experimentella blandar ihop. Även om detta protokoll använder 8 valpar (4 hanar och 4 honor) per kull, kan alternativa kullstorlek eller könsfördelningar anpassas till behoven hos den experimentella designen. - Subkutant injicera en liten mängd av svart tusch i tassarna att identifiera djur inom varje kull.
- Pseudoslumpmässigt tilldela kullar som försöksdjur (innehållande 50% alkohol-exponerade (AE) och 50% sham-intuberad kontroll (SI) pups) eller suga kontroll (SC) (djur som inte genomgår någon intubation, svans klippning eller separationsprotokoll från PD 4-9 med undantag för daglig vägning och öronstansning).
- För att bibehålla konsekvent gruppstorlek, tilldela dubbelt så många experimentella kullar som SC kullar.
- Väg varje djur sedan tillbaka till sitt hem bur. Djur vägning bör ske dagligen under intubering perioden (PD 4-9).
- Ta bort hela kullen från dammen.
- Placera valpar på uppvärmd pad.
- Notera vikten av varje enskild valp.
- På PD4, efter vägning varje djur beräkna den nödvändiga alkoholen beloppet för totalt 5,25 g / kg / dag för varje djur (baserat på valp vikt från steg 1,4) 8.
- Administrera alkoholen som 11,9% -ig etanol-i-mjölkersättning (vol / vol).
- Börjar på 9:00, ta en kull valpar från mamman åt gången.
- Administrera etanol-i-mjölk till varje AE pup
- Sham-intuberas varje SI valp 8.
- Upprepa steg 1,5. genom 1,8. för varje experiment kull.
- Två timmar efter den första dosen, upprepa doseringsförfarandet (steg 1,5 till 1,8) för en andra alkoholdosen.
- En och en halv timme efter den andra alkoholdosen (den punkt vid vilken topp dagliga blodalkoholinnehåll uppnås), samla och centrifugera blod från AE och SI valpar via svans klippning för framtida blodalkoholinnehåll analys 35.
- Samla in 60 | il av blod.
- Placera blodet i en 1 ml mikrocentrifugrör. Centrifugera blodet vid 1,5 xg under 25 min.
- Samla supernatanten serum från centrifugröret och spara för framtida blodalkoholinnehåll analys.
- Upprepa doseringsförfarandet (steg 1,5 till 1,8) med användning av mjölk i stället för etanol-i-mjölk för att förhindra närings underskott från omvårdnads oförmåga i AEvalpar.
- Utför totalt 2 kompletterande mjölk doser 2 h mellanrum på PD 4.
- Upprepa steg 1,4 till 1,12 (med undantag för steg 1,11) på PD 5-9.
- Efter den slutliga extra mjölk dos PD9, öra punch alla valpar för identifiering i EG-buren.
- Samordna stansade örat med ett visst mått av kullnummer eller identifierare (t.ex. skulle udda numrerade kullar inom en kohort få sin vänstra öra stansade medan djur från jämna kullar skulle få deras högra öron stansade). Detta kommer att göra det lättare att identifiera djur i EG-bur bör flera djur från olika kullar har samma pawmark mönster.
2. avvänjning
- På PD 23 hus alla djur i burar av 2-3.
- Se till att alla djur som förvaras i samma bur är samma kön.
- Inkludera en SC, en SI, och en AE djur per bur när det är möjligt.
- Minimera antalet burkamrater thåtmin är från samma kull.
- Se till att alla djur är kapabel att komma åt mat och vatten.
3. Hjul Running
- På PD30, fördela hälften av burar med djur till WR. Hus dessa djur i burar med fri tillgång till bifogade rostfritt stål löphjul.
- Säkerställa att hjulen har en räknare för att bedöma det totala antalet varv.
- Väg alla djur på PD 30 och PD 36.
- Kontrollera antalet varv för varje hjul vid 09:00 varje dag.
- Lämna djur i deras respektive hus tillstånd i 12 dagar.
4. Miljö Komplexitet
- Förbered EG buren före 09:00 på dagen som motsvarar PD 42 för försöksdjur.
- Få en 30 "x 18" x 36 "galvaniserat stål bur.
OBS: Buren bör ha flera nivåer, kunna bära tyngden av flera råttor, fyllas med standardsängkläder, och har flera platser att fästa vattenflaskor och livsmedels automater. - Placera roman, färgrika föremål av varierande storlekar och former i buren.
- Placera 6 stora leksaker i EG bur. Se till att varje leksak är stor nog för 3 eller fler råttor att interagera med samtidigt.
- Placera 6 medel leksaker i EG bur. Se till att varje leksak är stor nog för 3 - 4 råttor för att interagera med samtidigt.
- Placera en hel del (minst 20) av mindre leksaker i EG bur.
- Använd leksaker av olika färger, former, storlek, etc. Novelty är avgörande för detta ingripande (se diskussion).
- Placera två rätter av mat på motsatta sidor av buren.
- Placera två flaskor med vatten vid motsatta ändar av buren.
- Få en 30 "x 18" x 36 "galvaniserat stål bur.
- Vid 09:00 på PD 42, väga alla djur och flytta de WR djur till EG-buren. Varje EG bur bör innehålla 9 - 12 djur.
- Se till att inga djur har båda samma pawmark och öron vitsch mönster.
- Kontrollera all mat och vatten dagligen.
- Varannan dag, ta bort leksakerna från EG-buren och ersätta dem (enligt steg 4.1.2.).
- Var tredje dag, rengör EG buren.
- Ta bort djur från EG-buren och sätta dem i tillfälliga håll burar av 2 - 3 djur.
- Ta bort alla av strö från botten av buren.
- Returnera samma leksaker till buren inte denna dag sammanfaller med leksaken ersättningsschemat (enligt steg 4,4.).
- Ersätt all mat och vatten.
- Byt råttorna i EG-buren.
5. Samla Tissue
OBS: Tissue samling (t.ex., perfusion med paraformaldehyd) och lagring (t.ex., frysning, paraffininbäddning) kan utföras med en mängd olika metoder. Följande kommer att förklara processen för perfusion med 4% paraformaldehyd i 0,1 M fosfatbuffrad saltlösning (4% paraformaldehyd i PBS) Lösning 8.
Varning: Paraformaldehyd är cancerframkallande och kan också orsaka hudirritation, allergisk hudreaktion eller ögonskada. Använd lämpligt ögonskydd / hud.
- Exponera en råtta i taget för att isofluran att lätt söva djuret.
- Intraperitonealt injicera råttan med 2 ml / kg av ketamin / xylazin-blandning (1,5 ml xylazin blandades med 10 ml av ketamin).
OBS: Ketamin och xylazin är båda på lagerkoncentrationer av 100 mg / ml innan de kombineras för injektion blandningen. - När råttan inte längre är mottaglig, BEGJUTA djuret med 0,1 M fosfatbuffrad saltlösning (PBS; pH = 7,2) följt av 4% paraformaldehyd i PBS (pH = 7,2).
- Avlägsna hjärna och förvara i 4% paraformaldehyd i PBS vid 4 ° C under 48 h.
- Efter 2 dagar, överföring till lösning av 30% sackaros sattes till 4% paraformaldehyd i PBS vid 4 ° C.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
För att bedöma effekten av super ingripande, måste vi titta på effekterna av var och en av dess beståndsdelar - WR och EG - på våra åtgärder av intresse. Figur 1 till 3 (nedan) visades i en tidigare publikation som utnyttjar detta paradigm 8. Figur 4 dök upp i en doktorsavhandling 36. Dessa data visar effekten av WR-EG om hippocampus vuxen neurogenes i gyrus dentatus. Alla grafer illustrerar gruppmedel, med felstaplar som anger en enda standardfel från medelvärdet. Figur 1 visar ökningar av celltillväxt efter WR delen av vår insats, vilket indikerar att WR komponenten är robust kan öka celltillväxt i GD av hippocampus i normalt utveckla betonade tidiga liv, och alkoholexponerade djur. figur 2visar förmågan hos EG att öka överlevnaden av vuxna genererade celler i GD i djur som exponerats för antingen stress eller alkohol neonatalt. Figur 3 visar ökningen i celler som differentierar till en neuronal fenotyp, vilket tyder på att WR-EG kan öka spridning och överlevnad av vuxna födda dentate gyrus granule celler i djur som genomgår neonatal exponering för alkohol eller intubation stress, blandar det som ett terapeutiskt till räddnings underskott i hippocampus vuxen neurogenes. Slutligen visar fig 4 bekräftar WR-EG-effekt på dendritiska plasticitet: längden på doublecortin positiva dendriter av dentate gyrus "granulat celler i AE råttor inte längre skiljer sig från kontroll. Blodalkoholkoncentration (BAK) på PD 4 var 321,19 ± 14,03 mg / dl (medelvärde ± SEM), jämförbart med andra studier med denna exponering paradigm 28, 37. Tidigare studier har visat att djur enkorsa dessa behandlingsgrupper skiljer sig inte avstånden körs under WR 15.
Figur 1. WR Ökar Robust Cell Proliferation i hippocampus DG. Mikrofotografier visar skillnader i celltillväxt i GD PD42 (upphörande av WR) som märkt med brom-deoxiuridin (BrdU) i AE djur efter WR (A) och sociala bostäder (B). WR ökar kraftigt cell proliferationer oavsett neonatal behandling (C). En tvåvägs ANOVA visade en huvudeffekt av bostäder tillstånd (WR vs. SH) (F 1,40 = 19,703, p <0,001), medan ingen signifikant huvudeffekt av postnatal behandling (SC vs. SI vs. AE) eller interaktion mellan de två faktorerna observerades. Post hoc jämförelser utfördes som Tukeys test. Alla värden represkickat medelvärde ± standardfel för medelvärdet (SEM). * P <0,05, #p <0,01. Denna siffra har reproducerats från Hamilton et al. 2012 8. Klicka här för att se en större version av denna siffra.
Figur 2. WR Följt av EG räddar Brister i cellöverlevnad efter neonatal alkoholexponering eller Sham stress. Mikrofotografier illustrerar skillnader i celler märkta med BrdU i AE djur från WR-EG (A) och sociala inrymt betingelser (B) som injicerats med BrdU på PD41. Socialt inhysta djur visade en minskning efter alkoholexponering i förhållande till dia kontroller. Djur som genomgår de superintervention display ökad överlevnad av celler som förökar sig efter PD4 WR-EC1 i både SI- och AE-grupper (C). En tvåvägs ANOVA visade en huvudeffekt av bostäder tillstånd (WR vs. SH) (F 1,29 = 11,402, p <0,01) och en signifikant interaktion mellan postnatal behandling och bostäder tillstånd (F 1,29 = 3,870, p < 0,05), medan ingen signifikant huvudeffekt av postnatal behandling (SC vs SI vs. AE) iakttogs. En envägs ANOVA inom SH djur visade en huvudeffekt av postnatal behandling (F 1,19 = 3,727, p <0,05), medan en envägs ANOVA inom WREC djur visade inga signifikanta skillnader mellan postnatal behandlingar. Post hoc jämförelser utfördes som Tukeys test. Alla värden representerar medelvärde ± SEM. * P <0,05, #p <0,01. Denna siffra har reproducerats från Hamilton et al. 2012 8. Klicka här för att se en större version av denna Figure.
Figur 3. WR-EG räddar Brister i Neurogenesis Efter Neonatal alkoholexponering eller Sham stress. Samlokalisering av BrdU (grön) uttryck och Neun (röd) i hippocampus granulceller. Fluorescerande konfokala bilder förvärvades efter immunhistokemiska förfaranden. BrdU injicerades på PD41 vävnad samlades på PD72. Både BrdU och Neun observerades i GD (A, B). Även SC djur inte visade en signifikant ökning av antalet förökande neuroner, både AE och SI djur visade en ökning av neurogenes (som indikeras av dubbelmärkning med BrdU och Neun) efter WR-EG-paradigm jämfört med socialt hållna djur (C) . En tvåvägs ANOVA visade en huvudeffekt av bostäder tillstånd (WR vs. SH) (F 1,28 = 20,48, p <0,001), medan ingen signifikant huvud effeCT av postnatal behandling (SC vs SI vs AE) eller interaktion mellan de två faktorerna observerades. Post hoc jämförelser utfördes som Tukeys test. Alla värden representerar medelvärde ± SEM. * P <0,05, #p <0,01. Denna siffra har reproducerats från Hamilton et al. 2012 8. Klicka här för att se en större version av denna siffra.
Figur 4. WR-EG räddar Brister i Dendritic komplexitet hippocampus GD granulat celler. Sholl analyser av dendritiska korsningar visar WR-EG: s förbättrande effekt på dendritiska komplexitet i dentate gyrus hos vuxna råttor efter neonatal alkohol exponering. I sociala boendeförhållanden, AE djur har ett minskat antal GD granulat cell Dendrite korsningar i förhållande till kontrolldjur (a). Bostäder i WREC ökar antalet korsningar i AE djur i förhållande till socialt inrymt kontroller (b). AE djur som fötts upp i vår WREC paradigm visar liknande antal korsningar i förhållande till kontrolldjur inrymda i WREC (c). Upprepade mått ANOVA utfördes på data i varje graf. Panel a visar en huvudeffekt av postnatal behandling (F 1,11 = 6,265, p = 0,029). Panel B visar en trend mot en huvudeffekt mellan bostadsförhållanden (F 1,6 = 4,181, p = 0,087). Panel c visar ingen signifikant skillnad mellan SC och AE djur inom WREC bostäder tillstånd. Alla post hoc jämförelser utfördes som Tukeys test. Alla värden representerar medelvärde ± SEM. ^ P <0,01, * p <0,05. Denna siffra har reproducerats från Hamilton, 2012 36.pg "target =" _ blank "> Klicka här för att se en större version av denna siffra.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
I ovanstående protokoll, visade vi en ändamålsenlig ingripande för att rädda neuroanatomiska underskott efter neonatal alkoholexponering. Detta ingripande kan användas som ett terapeutiskt i andra djurmodeller på grund av robustheten var och en av komponenterna i insatsen. Frivillig kardiovaskulär aktivitet i form av WR har visat sig gynna flera beteende utfall 38, 39 och inducerar funktionella plast förändringar i hjärnregioner såsom hippocampus (översikt i 40). Detta beror delvis på att uttrycket av tillväxtfaktorer och andra neuroprotektiva mekanismer i hjärnan parenkymet i både gnagare och människor 21, 41. Komplettera dessa effekter kan EG framkalla välgörande cellulära 6, 11, 42, 43, Strukturell 2 och farmakologiska 12, 44 förändring hos gnagare.
För WR att vara maximalt effektiva i denna modell av mänsklig syndrom, är det viktigt att djuren har frivilligt tillgång till en funktionell löphjul; daglig hjul tillgång ska pågå under en längre tid 45 åtminstone 10-12 timmar per dag och företrädesvis 24 h (vissa negativa effekter av tillbakadragande från löphjul rapporterades). Detta WR paradigm varar i 12 dagar för att möjliggöra kombinationen av WR och EG för att passa in i tonåren och tidig vuxen ålder. Varaktigheten, ålder vid exponering, och modalitet på motion (bland andra faktorer) kan påverka effekten av motion som en terapeutisk intervention 46, och sådana kritiska faktorer bör beaktas när man planerar att genomföra detta protokoll eller någon annan WREC paradigm. En viktig komponent i detta EG paradigm är ingenvelty av flera objekt i miljön och social interaktion (översikt i 14, 47). Därför är det viktigt för posterna i denna paradigm bytas var 48 timmar. Baserat på behovet av flera objekt, interaktionen med objekten och deras utforskning och social interaktion, finner vi att vårt antal unika objekt, frekvensen av post ersättning, och antalet burkamrater är tillräcklig för att inducera terapeutiska resultat på neuroanatomiska åtgärder att vi bedömer. Vi fann att kontinuerlig exponering för 30 dagar är mer lämpligt att övervinna brister inducerade av neonatal alkoholexponering än begränsad exponering interaktion till en ny miljö.
Målet med detta protokoll är att införa en WREC paradigm som behandlar både konditionsträning och miljö nyhet komponenter av plast ingripande. Av denna anledning kommer vi att ta itu med modifiering som kan göras till paradigm men vill varna användning av modifieringar som kan förändra de sätt som djuren interagerar inom paradigm liksom de experimentella slutsatser som kan dras. En möjlig förändring skulle vara införandet av löphjul till EG miljön. I att göra så, skulle det vara svårt att bestämma de relativa bidragen från varje komponent. Det skulle dessutom vara svårt att säkerställa att alla djur delta i både WR komponenter och EG-komponenter i paradigm som bostäder av 8 - 10 djur tillsammans krävs för EG. Eftersom långsiktig tillgång till motion är avgörande effekten av detta ingripande 45, kan ytterligare forskning behandla det optimala förhållandet av WR tillgång till EG: s tillträde (även om metoderna i detta protokoll har visat robust neuroanatomiska och beteendemässiga konsekvenser 8, 33) . Ändringar av enskilda föremål som används inom EG miljön är acceptabla, men det är critical för objekt att vara intressant, komplex, roman, stimulerande och ofta uppdateras 14.
Detta paradigm innehåller flera medfödda begränsningar i våra händer, vilket bör beaktas när man planerar att genomföra detta "super intervention". En begränsning till WR komponenten i paradigm är oförmågan att bedöma avståndet drivs av enskilda djur. En av de uppenbara och enkla lösningar skulle vara en individuell hus djuren under WR komponent. Man måste dock understrykas att enskilda bostäder är allmänt accepterat som skadligt för djur och kan även direkt motverka de positiva effekterna av hjul igång 48. Ett ytterligare alternativ (även tidsödande och ofullkomliga) skulle vara att videoinspelning driften hjulet vid alla tidpunkter att djuren har tillgång till. Detta skulle kräva en unik identifierare för varje djur i en bur (t.ex. målning unika färger eller patterns på pälsen av varje djur) 49. Denna teknik skulle fortfarande vara föremål för blandar ihop av flera djur som använder hjulet samtidigt. En liknande svårighet bär EG där det blir svårt att mat begränsa enskilda djur (utan att begränsa tidsperioden för livsmedelskonsumtion). För att minska effekterna av detta, skulle vi rekommenderar bostäder i EG för en full 30 dagar, följt av en omedelbar mat begränsning paradigm. Utökade mängder tid av EG kunde hämma inducerad plasticitet som inträffar under denna paradigm.
Som tidigare nämnts, är betydelsen av den här artikeln för att möjliggöra konsekvent karakterisering av EG-paradigm och dess genomförande efter konditionsträning i form av WR. Tidigare EG paradigmer har exponerade djur till EG bostäder utan exponering för WR 12, 50, WR insidan av EG buren för en kortare tid 51eller med färre djur 52 eller djuren utsattes för en EG-miljö under en längre tid med mindre frekvent byte av bur objekt 13. Det är troligt att de gynnsamma effekterna av EG kräver den inducerade plasticitet från WR i en tidsmässigt relevant tidsfönster för att visa långsiktiga fördelar. På detta sätt tror vi att koppla WR och EG 12 och 30 dagar respektive möjliggör en maximalt gynnsam och koncis ingripande.
Vid denna punkt, har användningen av denna modell begränsad till de unga och tidig vuxentidsperioder. Ytterligare undersökning av robustheten detta ingripande i olika skeden, och ontogeni av neuroplastic fördel bör undersökas ytterligare i framtiden. Dessutom är användningen av olika underskott utvecklings kraftigt uppmuntras, eftersom detta kommer att bidra till att utveckla effektiva terapeutiska interventioner för personer som drabbats av sådana sjukdomar. Tidigare litteratur har frånmonstrated oberoende effekterna av WR eller EG om vuxenneurogenes, inlärning och minne, eller ångestliknande beteenden i en genetisk musmodell av ångest 53. Robusthet av dessa två åtgärder och den synergistiska effekten av EG att upprätthålla de kortsiktiga effekterna av höjda WR-inducerade fördelar (dvs hippocampus cell spridning och neurogenes) gör det väl rustat för att integreras i ett varierat utbud av forskningsfrågor.
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).
