Bedöma spatial inlärning och minne i små Squamate Reptiler

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

Klinisk forskning har utnyttjat en mängd olika paradigm för att bedöma kognitiv försämring, vanligen inriktning rumsliga inlärning och minnesförmåga. Men intresset för kognitiva processer nonmodel arter, vanligtvis inom ett ekologiskt sammanhang har också blivit ett växande ämnesområde. I synnerhet, är intresset för de kognitiva processerna i reptiler växer även experimentella studier på reptil kognition är gles. De få reptil studier som experimentellt har testat för rumslig inlärning och minne har använt gnagare paradigm modifierats för användning i reptiler. Men ekologiskt viktiga aspekter av fysiologi och beteende av denna taxonomiska grupp måste beaktas vid prövning av volymbaserade kognition. Här beskriver vi modifieringar av det torra Barnes labyrint och tillhörande testprotokoll som kan förbättra prestanda vid sondering för rumslig inlärning och minne förmåga i små squamate reptiler. Den beskrivna paradigm och proförfaranden har framgångsrikt använts med manliga sido fläckig ödlor (Uta stansburiana), som visar att spatial inlärning och minne kan bedömas i denna taxonomiska grupp med en ekologiskt relevant apparat och protokoll.

Introduction

Många neurodegenerativa sjukdomar såsom Alzheimers närvarande med en gradvis nedgång i kognitiv förmåga, vanligtvis samtidigt med nedbrytning av hjärnan ^1-4. För att testa påverkan av hjärnskada och nedbrytning på kognitiva processer, har klinisk forskning leveraged fördelarna med modell gnagare och standardisering av testapparaten och protokoll. I synnerhet har rumsliga inlärning och minnesprocesser bedömts via flera standard paradigm som Morris vattenlabyrinten, Barnes labyrint, och radiell arm labyrint (för en omfattande genomgång av dessa och andra paradigm, se ^5,6). Den rika historia av dessa rumsliga inlärning och minne paradigm har visat ganska framgångsrik, vilket gör att forskarna att förstå många av de aspekter och nyanser av förhållandet mellan mänskliga minnet, hjärnans funktion och sjukdomar.

Även bedömning av kognitiva processer har undersökts i klinisk forskning för att slutae lite tid, är forskning inriktad mot kognitiva förmågor nonmodel arter relativt nytt. Forskare som studerar kognition i nonmodel arter är typiskt intresserade av ekologiska och evolutionära betydelsen av kognitiva processer, i synnerhet i samband med överlevnad och reproduktion. Vissa studier i reptiler har föreslagit att avancerade kognitiva förmågor, framför allt fysisk minne, kan ligga bakom vissa beteenden, i synnerhet de som rör navigering och orientering. Men medan många studier har visat att reptiler kan omorientera efter förskjutning ^7,8, den kognitiva mekanismer underliggande omorientering beteende ännu inte har retad isär. På grund av detta, har vissa studier försökt experimentellt bedöma betydelsen av spatial inlärning och minne under navigering ^9-17. Metodiken i dessa studier är främst modellerad efter gnagare paradigm och protokoll, ibland modifierats för användning i reptiler, men dessa studierhar haft varierande framgång vid bedömningen rumsminne. Vissa studier har visat spatial inlärning och minne hos vissa arter ^11-17 medan andra studier inte funnit några bevis för en sådan ^9,10. Således är fortfarande oklart vilken roll eller förekomsten av spatial inlärning och minne under navigering i reptiler.

En fråga som kan vara problematiskt när experimentellt utvärdera spatial inlärning och minne hos reptiler är den ekologiska betydelsen av uppgiften. Reptiler är en speciell taxonomisk grupp ganska distinkt från gnagare, vilket visar stor variation i ekologi, beteende och fysiologi. Skillnader i beteende över reptilarter skulle kunna påverka bedömningen av rumsliga kognitiva förmågor, i synnerhet om paradigm används inte utnyttja ett naturligt beteende. Till exempel, i en art som normalt söker sin tillflykt till små sprickor, spatiala förmågor kan lätt utvärderas med hjälp av en Barnes labyrint Denna labyrint är kanske inte det idealiska paradigm valeti en art som normalt förblir orörlig. På samma sätt, de flesta squamate reptiler är inte vatten- och därmed Morris vattenlabyrinten kan inte vara ett lämpligt val för att testa spatial inlärning och minne (men se ^15); dock kan denna labyrint vara ett idealiskt val för att testa spatiala förmågor i sköldpaddor ^16. Slutligen måste fysiologi denna grupp redovisas som reptiler är växelvarma och korrekt underhåll temperatur, i synnerhet på substratet, måste beaktas under testproceduren.

Protokollet och paradigm presenteras här användes för att sondera för rumslig inlärning och minne hos vuxna sido fläckig ödlor (Uta stansburiana) ^13, en liten ödla som vanligtvis flyr från rovdjur i små sprickor i berg ^18. Att veta denna aspekt av naturhistoria och beteende av arten, använde vi en modifiering av den traditionella Barnes labyrinten för att testa spatial inlärning och minne. Barnes labyrint isa torr land labyrint och vanligtvis används för att testa spatial kognition i gnagarmodeller. Vi ändrade vår labyrint på flera sätt från gnagare labyrint, i både design och protokoll (se nedan). Vår labyrinten utgjordes av en cirkulär plattform med 10 hål på samma avstånd från varandra längs omkretsen av plattformen (figur 1). Protokollet som beskrivs här involverar ett ämne som deltar i träningsförsök att lära placeringen av ett mål hål, sedan, när ämnet lär platsen för målet hål, en sond prov används för att förvissa sig spatialt minne användning under navigering till målet.

Protocol

Alla förfaranden har godkänts av Penn State University Institutional Animal Care och användning kommittén (IACUC – Protokoll ID: 43242) och anslöt sig till alla lokala, statliga och federala regler. 1. Beredning Köp eller konstruera Barnes labyrint, säkerställa att mål hål lämplig storlek för de arter av intresse. För detta protokoll använder sju vuxna sido fläckig ödlor (Uta stansburiana). Bestämma lämplig provstorleken för studier med andra arter. <ol…

Representative Results

Detta protokoll möjliggör experimentell bedömning av volymbaserade navigering i små ödlor. En tidigare studie använts med framgång detta protokoll för att sondera för rumslig navigering i manliga sido fläckig ödlor 13. I just den studien, män utbildades för att navigera till ett mål hål och när kriteriet nåddes, utvecklats till en sond studie för att undersöka ledtrådar prioriterade när du navigerar till ett mål hål. <p class="jove_content" fo:keep-t…

Discussion

När experimentellt testa för rumslig inlärning och minne, finns det flera viktiga konceptuella frågor som tas upp i några av de viktigaste stegen i protokollet. Först måste ämnen visa att de lär placeringen av mål hålet under loppet av träningsförsök. Att uppnå den förinställda kriteriet visar att inlärning av målet hålet platsen har inträffat. Om patienter inte lär platsen för målet hål, det finns ingen framkomlig väg för att sedan bestämma en navigations strategi. Om djuren når kriterium ?…

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.