Évaluation de l'apprentissage spatial et la mémoire dans les petits squamate Reptiles

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 recherche clinique a mis à profit une variété de paradigmes pour évaluer le déclin cognitif, ciblant généralement apprentissage et de mémoire capacités spatiales. Cependant, l'intérêt pour les processus cognitifs des espèces nonmodel, généralement dans un contexte écologique, est également devenue un nouveau domaine d'étude. En particulier, l'intérêt pour les processus cognitifs chez les reptiles se développe bien que des études expérimentales sur la cognition reptilien sont rares. Les quelques études reptiliens qui ont expérimentalement testées pour l'apprentissage spatial et la mémoire ont utilisé des paradigmes de rongeurs modifiés pour l'usage chez les reptiles. Cependant, sur le plan écologique des aspects importants de la physiologie et le comportement de ce groupe taxonomique doivent être pris en compte lors de l'essai de la cognition à base spatialement. Ici, nous décrivons les modifications de la terre sèche Barnes labyrinthe et protocole de test associé qui peut améliorer les performances lors de palpage pour l'apprentissage spatial et la capacité de mémoire dans de petits reptiles squamates. Le paradigme décrit et proprocédures ont été utilisés avec succès avec des lézards mâles côté-blotched (Uta stansburiana), ce qui démontre que l' apprentissage spatial et la mémoire peuvent être évalués dans ce groupe taxonomique avec un appareil et d'un protocole écologique pertinent.

Introduction

Beaucoup de maladies neurodégénératives telles que la présente d'Alzheimer avec une baisse progressive de la capacité cognitive, concurrente généralement avec la dégradation du cerveau ^1-4. Pour tester l'influence des lésions cérébrales et de la dégradation sur les processus cognitifs, la recherche clinique a mis à profit les avantages du modèle des espèces de rongeurs et de la normalisation des appareils d'essai et de protocole. En particulier, les processus d'apprentissage et de mémoire spatiale ont été évalués par plusieurs paradigmes standards tels que le labyrinthe Morris de l' eau, Barnes labyrinthe et labyrinthe de bras radial (pour un examen complet de ces et d' autres paradigmes, voir ^5,6). La riche histoire de ces paradigmes apprentissage et de mémoire spatiale a démontré un certain succès, ce qui permet aux chercheurs de comprendre un grand nombre de facettes et les nuances de la relation entre la mémoire humaine, la fonction cérébrale et la maladie.

Bien que l'évaluation des processus cognitifs a été examiné dans la recherche clinique pour cesser de fumere quelque temps, la recherche orientée vers les capacités cognitives des espèces nonmodel est relativement nouveau. Les chercheurs qui étudient la cognition chez les espèces nonmodel sont généralement intéressés par la pertinence écologique et l'évolution des processus cognitifs, en particulier dans le contexte de la survie et la reproduction. Certaines études chez les reptiles ont suggéré que les capacités cognitives avancées, notamment la mémoire spatiale, peuvent sous-tendre certains comportements, en particulier ceux concernant la navigation et l'orientation. Cependant, alors que de nombreuses études ont démontré que les reptiles peuvent réorienter après le déplacement ^7,8, les mécanismes cognitifs comportement de réorientation sous – jacente n'a pas encore été taquiné dehors. De ce fait , certaines études ont tenté d'évaluer expérimentalement l'importance de l' apprentissage spatial et la mémoire pendant la navigation ^9-17. La méthodologie de ces études sont principalement modelée après des paradigmes et des protocoles rongeurs, parfois modifiés pour l'usage chez les reptiles, mais ces étudesont eu un succès variable dans l'évaluation de la mémoire spatiale. Certaines études ont démontré l' apprentissage spatial et la mémoire chez certaines espèces ^11-17 tandis que d' autres études ont trouvé aucune preuve d' une telle ^9,10. Ainsi, le rôle ou l'existence de l'apprentissage spatial et la mémoire pendant la navigation dans les reptiles est encore incertain.

Une question qui peut être problématique lors de l'évaluation expérimentale d'apprentissage spatial et la mémoire chez les reptiles est la pertinence écologique de la tâche. Les reptiles sont un groupe taxonomique spéciale distincte de rongeurs, ce qui démontre une grande variation dans l'écologie, le comportement et la physiologie. Les différences de comportement entre les espèces reptiliennes pourraient éventuellement avoir une incidence évaluation des capacités cognitives spatiales, en particulier si le paradigme utilisé ne touchez pas à un comportement naturel. Par exemple, dans une espèce qui cherche habituellement refuge dans de petites crevasses, les capacités spatiales peuvent être facilement évalués à l'aide d'un labyrinthe Barnes alors ce labyrinthe ne peut pas être le choix de paradigme idéaldans une espèce qui reste généralement immobile. De même, la plupart des reptiles squamates ne sont pas aquatiques et donc le labyrinthe d'eau de Morris peuvent ne pas être un choix approprié pour tester l' apprentissage spatial et la mémoire (mais voir ^15); toutefois, ce labyrinthe peut être un choix idéal pour tester les capacités spatiales des tortues ^16. Enfin, la physiologie de ce groupe doit être pris en compte, comme les reptiles sont des animaux ectothermes maintien de la température et appropriée, en particulier du substrat, doit être examinée au cours de la procédure de test.

Le protocole et le paradigme présenté ici ont été utilisés pour sonder l' apprentissage spatial et la mémoire chez les lézards adultes de côté-blotched (Uta stansburiana) ^13, un petit lézard qui fuit généralement des prédateurs dans de petites crevasses dans les roches ^18. Connaissant cet aspect de l'histoire naturelle et du comportement de l'espèce, nous avons utilisé une modification du labyrinthe traditionnel Barnes pour tester l'apprentissage spatial et la mémoire. Le Barnes labyrinthe isa labyrinthe des terres arides et généralement utilisé pour tester la cognition spatiale dans les modèles de rongeurs. Nous avons modifié notre labyrinthe de plusieurs façons de le labyrinthe des rongeurs, dans la conception et le protocole (décrit ci-dessous). Notre labyrinthe consistait en une plate – forme circulaire avec 10 trous équidistants les uns des autres le long du périmètre de la plate – forme (figure 1). Le protocole décrit ici implique un sujet participant à des essais de formation pour apprendre l'emplacement d'un trou de but, puis, une fois que le sujet apprend l'emplacement du trou de but, un essai de sonde est utilisé pour déterminer l'utilisation spatiale de mémoire pendant la navigation vers le but.

Protocol

Toutes les procédures ont été approuvées par le Penn State University Institutional Animal Care et utilisation Commission (IACUC – Protocole ID: 43242) et respectées toutes les lois et les règlements fédéraux. 1. Préparation Achat ou construire le labyrinthe Barnes, assurant que les trous de but sont correctement dimensionnés pour les espèces d'intérêt. Pour ce protocole, utiliser sept lézards de côté-blotched adultes (Uta stansburiana). Déterminer la…

Representative Results

Ce protocole permet l'évaluation expérimentale de navigation basée sur l'espace dans les petits lézards. Une étude précédente utilisé avec succès ce protocole pour sonder pour la navigation spatiale dans des lézards de côté-blotched mâles 13. Dans cette étude particulière, les hommes ont été formés pour naviguer vers un trou de but et, une fois que le critère a été atteint, a progressé à un essai de la sonde pour évaluer les signaux prioritaires…

Discussion

Lors du test expérimental pour l'apprentissage spatial et la mémoire, il y a plusieurs problèmes conceptuels importants qui sont abordés dans certaines des principales étapes du protocole. Tout d'abord, les sujets doivent démontrer qu'ils apprennent l'emplacement du trou de but au cours des essais de formation. Parvenir le critère prédéfini démontre que l'apprentissage de l'emplacement du trou de but a eu lieu. Si les sujets n'apprennent l'emplacement du trou de but, il n'y …

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.