La evaluación del aprendizaje espacial y la memoria en pequeños reptiles escamosos

Summary

This paper describes a modification of the Barnes maze, a standard rodent paradigm used to assess spatial memory and learning, for use in small squamate reptiles.

Abstract

La investigación clínica ha aprovechado una variedad de paradigmas para evaluar el deterioro cognitivo, la orientación comúnmente capacidad de aprendizaje y memoria espacial. Sin embargo, el interés por los procesos cognitivos de las especies nonmodel, típicamente dentro de un contexto ecológico, también se ha convertido en un campo de estudio emergente. En particular, el interés por los procesos cognitivos en los reptiles está creciendo a pesar de los estudios experimentales sobre la cognición de reptil son escasos. Los pocos estudios de reptil que han probado experimentalmente para el aprendizaje espacial y la memoria han utilizado paradigmas de roedores modificados para su uso en los reptiles. Sin embargo, ecológicamente aspectos importantes de la fisiología y el comportamiento de este grupo taxonómico deben tenerse en cuenta cuando se prueba para la cognición basado espacialmente. A continuación, describimos las modificaciones de la tierra seca Barnes laberinto y protocolo de pruebas asociado que pueden mejorar el rendimiento cuando el sondeo de aprendizaje espacial y la capacidad de memoria en pequeños reptiles escamosos. El paradigma descrito y proprocedimientos se utilizaron con éxito con los lagartos macho del lado-blotched (Uta stansburiana), lo que demuestra que el aprendizaje espacial y la memoria pueden ser evaluados en este grupo taxonómico con un aparato y un protocolo ecológicamente pertinentes.

Introduction

Muchas enfermedades neurodegenerativas tales como la presente de Alzheimer con una disminución progresiva en la capacidad cognitiva, normalmente concurrente con la degradación del cerebro ^1-4. Para la prueba de la influencia de la lesión cerebral y la degradación de los procesos cognitivos, la investigación clínica ha aprovechado las ventajas de especies de roedores modelo y la normalización de los aparatos de ensayo y el protocolo. En particular, los procesos de aprendizaje y memoria espacial se han evaluado a través de varios paradigmas estándar, tales como el laberinto de agua de Morris, laberinto de Barnes, y laberinto de brazos radiales (para una revisión completa de estos y otros paradigmas, ver ^5,6). La rica historia de estos paradigmas de aprendizaje y memoria espacial ha demostrado ser muy exitosa, permitiendo a los investigadores a entender muchas de las facetas y matices de la relación entre la memoria humana, la función cerebral y la enfermedad.

Si bien la evaluación de los procesos cognitivos se ha examinado en la investigación clínica para dejar de fumare algún tiempo, la investigación dirigida hacia las capacidades cognitivas de las especies nonmodel es relativamente nuevo. Los investigadores que estudian la cognición en especies nonmodel son típicamente interesado en la relevancia ecológica y evolutiva de los procesos cognitivos, particularmente en el contexto de la supervivencia y la reproducción. Algunos estudios en los reptiles han sugerido que las capacidades cognitivas avanzadas, en la memoria espacial particular, pueden ser la base de algunos comportamientos, en particular los relativos a la navegación y orientación. Sin embargo, aunque muchos estudios han demostrado que los reptiles pueden reorientar después del desplazamiento ^7,8, el comportamiento de los mecanismos cognitivos reorientación subyacente aún no han sido, se separan. Debido a esto, algunos estudios han tratado de evaluar experimentalmente la importancia del aprendizaje espacial y la memoria durante la navegación ^9-17. La metodología de estos estudios se modelan predominantemente después de paradigmas y protocolos de roedores, a veces modificados para su uso en los reptiles, pero estos estudioshan tenido un éxito variable en la evaluación de la memoria espacial. Algunos estudios han demostrado el aprendizaje espacial y la memoria en algunas especies ^{de 11-17,} mientras que otros estudios no encontraron ninguna evidencia de tal ^9,10. Por lo tanto, el papel o la existencia de aprendizaje espacial y la memoria durante la navegación en los reptiles todavía no está claro.

Un problema que puede ser problemático cuando se evalúa experimentalmente el aprendizaje espacial y la memoria en los reptiles es la relevancia ecológica de la tarea. Los reptiles son un grupo taxonómico especial muy distinta de roedores, lo que demuestra la gran variación en la ecología, comportamiento y fisiología. Las diferencias en el comportamiento a través de especies de reptiles posiblemente podrían afectar la evaluación de las capacidades cognitivas espaciales, sobre todo si el paradigma utilizado no aprovechar un comportamiento natural. Por ejemplo, en una especie que normalmente busca refugio en pequeñas grietas, las habilidades espaciales se pueden evaluar fácilmente usando un laberinto mientras que Barnes este laberinto puede no ser la opción ideal paradigmaen una especie que normalmente permanece inmóvil. Del mismo modo, la mayoría de los reptiles escamosos no son acuáticas y por lo tanto el laberinto de agua de Morris pueden no ser una buena opción para probar el aprendizaje espacial y la memoria (pero véase ^15); Sin embargo, este laberinto puede ser una opción ideal para probar las habilidades espaciales de las tortugas ^16. Por último, la fisiología de este grupo debe tenerse en cuenta, como los reptiles son ectothermic mantenimiento de la temperatura adecuada y, en particular, del sustrato, debe tenerse en cuenta durante el procedimiento de prueba.

El protocolo y el paradigma que aquí se presenta se utilizaron para sondear el aprendizaje espacial y la memoria en los lagartos del lado-blotched adultos (Uta stansburiana) ^13, un pequeño lagarto que normalmente huye de los depredadores en pequeñas grietas en las rocas ^18. Conociendo este aspecto de la historia natural y el comportamiento de las especies, se utilizó una modificación de la tradicional laberinto de Barnes para la prueba de aprendizaje espacial y la memoria. El laberinto i Barnessa laberinto de secano y por lo general se utiliza para probar la cognición espacial en modelos de roedores. Hemos modificado nuestro laberinto de varias maneras desde el laberinto de roedores, tanto en el diseño y el protocolo (descrito a continuación). Nuestra laberinto consistía en una plataforma circular con 10 orificios equidistantes unos de otros a lo largo del perímetro de la plataforma (Figura 1). El protocolo descrito aquí implica un sujeto que participan en ensayos de entrenamiento para aprender la ubicación de un agujero objetivo, entonces, una vez que el sujeto aprende la ubicación del orificio de meta, una sonda de prueba se utiliza para comprobar el uso de memoria espacial durante la navegación a la meta.

Protocol

Todos los procedimientos fueron aprobados por la Universidad de Penn State Institucional Cuidado de Animales y el empleo Comisión (IACUC – Protocolo ID: 43242) y se adhirieron a las regulaciones locales, estatales y federales. 1. Preparación Compra o construir el laberinto de Barnes, asegurando que los agujeros de los objetivos figuran tamaño apropiado para la especie de interés. Para este protocolo, utilice siete lagartos del lado-blotched adultos (Uta stansburiana)….

Representative Results

Este protocolo permite la evaluación experimental de la navegación basada en el espacio en pequeños lagartos. Un estudio previo utilizado con éxito este protocolo a la sonda para la navegación espacial en los lagartos del lado-blotched varones 13. En ese estudio, los hombres fueron entrenados para navegar a un agujero de meta y, una vez que se alcanzó el criterio, progresaron en un ensayo de investigación para evaluar las señales priorizados cuando navega hacia un aguj…

Discussion

Cuando la prueba experimental para el aprendizaje espacial y la memoria, hay varias cuestiones conceptuales importantes que se tratan en algunos de los principales pasos en el protocolo. En primer lugar, los sujetos deben demostrar que están aprendiendo la ubicación del orificio de meta en el transcurso de los ensayos de entrenamiento. La consecución del criterio preestablecido demuestra que se ha producido el aprendizaje de la ubicación del agujero meta. Si los sujetos no aprenden la ubicación del orificio de obje…

Materials

Barnes maze	TSE Systems	302050-BM/M	Available from other vendors. Alternatively, a Barnes maze can be constructed from a standard, non-porous round table.
Heat tape	Big Apple Pet Supply		May also use a small space heater situated on the floor under the maze.
Pet keeper for small animals	Petco	1230204	Housing enclosure that can be mounted under the maze.
Nickel plated shelf support pegs	Newegg	241941	Pegs attached to underside of maze. Secures enclosure to maze during trials.
LifeCam Studio webcam	Microsoft	Q2F-00013	Available from other vendors. Other brands of webcams may also be used.
Tracking software	Code custom written for Matlab and the Image Toolbox		Video tracking software. Other tracking software such as VideoMot 2 from TSE Systems can be used.