בארנס מבוך אסטרטגיות בדיקה עם קטן ומודלים מכרסמים גדולים

Summary

מבוך בארנס היבשתי נעשה שימוש נרחב כדי למדוד את יכולת ניווט המרחבי לגירויים המעטה מרתיעים תגובה. במשך ימים רצופים, ביצועים (למשל השהיה לאתר כלוב בריחה) של נבדקי ביקורת משתפרת, מעיד על למידה וזיכרון רגילים. הבדלים בין חולדות ועכברים מחייבים שינויי מנגנון ומתודולוגיה המפורטים כאן.

Abstract

למידה וזיכרון של מכרסמים מעבדה המרחבית לעתים קרובות העריכו באמצעות יכולת ניווט במבוכים, הפופולרי ביותר מהם המים וקרקע יבשה במבוכים (ברנס). הוא חשב ביצועים משופרים מעל מפגשים או ניסויים כדי לשקף את הלמידה וזיכרון של מיקום כלוב בריחה / פלטפורמה. נחשב פחות מלחיץ מ מבוכי מים, מבוך בארנס הוא עיצוב פשוט יחסית של למעלה פלטפורמה עגולה עם כמה חורים במרווחים שווים מסביב לקצה המעטפת. אבל כל אחד מהחורים בתחתית כפול או מסתיים סמיות, בעוד אחד מוביל לכלוב בריחה. גירויים המעטה מרתיעים (למשל אורות בוהקים מלמעלה) מספקים מוטיבציה לאתר את כלוב הבריחה. חביון לאתר את כלוב הבריחה ניתן למדוד במהלך הפגישה, עם זאת, נקודות קצה נוספות בדרך כלל דורשים הקלטת וידאו. מהקלטות וידאו אלו, שימוש בתוכנת מעקב אוטומטי יכול ליצור מגוון של נקודות קצה, כי הם דומים לאלו שיוצרו במבוכי מים (לדוגמא: </ Em> המרחק שעבר, מהירות / מהירות, זמן בילה ברבע הנכון, משך הזמן נע / נח, ואישור של חביון). סוג של אסטרטגית החיפוש (כלומר אקראית, סידורי, או ישירה) יכול להיות מסווג גם כן. שיטות בניית מבוך ובדיקות בארנס יכולות להשתנות למכרסמים קטנים, כגון עכברים, ומכרסמים גדולים, כגון חולדות. לדוגמא, בעוד רמזים נוסף מבוך הם יעילים לחולדות, מכרסמים פראיים קטנים יותר עשויים לדרוש רמזי התוך מבוך עם מחסום חזותי ברחבי המבוך. גירויים מתאימים חייבים להיות מזוהים אשר להניע את המכרסם לאתר את כלוב הבריחה. בארנס ומבוכי מים שניהם יכולים להיות זמן רב כ4-7 ניסויים מבחן נדרשים בדרך כלל כדי לזהות ביצועי למידה וזיכרון משופרים (למשל שיהוי קצר יותר או נתיב אורכים כדי לאתר את פלטפורמת הבריחה או כלוב) ו / או הבדלים בין קבוצות ניסוי. למרות זאת, במבוך בארנס הוא הערכה התנהגותית מועסק נרחב מדידת יכולות ניווט במרחב ובהשיבוש הפוטנציאלי שלהם על ידי מניפולציות גנטיות, neurobehavioral, או חשיפה לסמים / toxicant.

Introduction

למידה וזיכרון במכרסמים מעבדה המרחבית הוערכו ראשון עם חולדות שנשלל מזון שניווטו במבוך של סמטאות לאתר חיזוק מזון ^1. כמה עשורים מאוחר יותר, מערכת זיכרון התייחסות מרחבית הוצעה ^2. בניגוד לזיכרון עבודה המתייחס לזיכרון בתוך פגישת מבחן או משפט, זיכרון התייחסות מתייחס לזיכרון על פני מפגשי מבחן או ניסויים, והוא קשור באופן הדוק יותר לזיכרון לטווח ארוך.

מספר סוגים של מבוכים פותחו כהערכות פולשנית של למידה זו בהיפוקמפוס תלוי במרחב ובזיכרון במכרסמים קטנים וגדולים (למשל מבוך מים, T-מבוך מרובה, מבוך זרוע הרדיאלית ומבוכים יבש קרקע) ^3-6. כאן, אנו מתמקדים בפלטפורמה העגולה או מבוך בארנס, שתוארה לראשונה בשנת 1979 על ידי ד"ר קרול ⁷ ברנס. המבוך הזה נעשה שימוש כדי לבחון את מידת ניווט במרחב ובזיכרון במגוון רחב של מודלים של מכרסמים, כולל חולדות (Ranorvegicus ttus), עכברים (מאסכאלאס), צבאים עכברים (Peromyscus maniculatus bairdii), עכברי קליפורניה (Peromyscus californicus), ומכרסמים hystricomorph (למשל degus [degus Octodon]) ^8-13. מינים אחרים הוערכו באמצעות המבוך בארנס כוללים תיקנים אמריקאים (americana Periplaneta) ^14, נחשי תירס (Elaphe guttata guttata) ^15,   זוחלים קשקשים (למשל לטאות מוכתמות בצד [stansburiana אוטה]) ^16, ופרימטים לא אנושיים (למשל הלמורים עכבר [murinus Microcebus]) ^17. במעבדות שלנו, ביצועי מבוך בארנס שמשו כמדד לרעילות עצבית לאחר יספנול התפתחותית (BPA) או אסטרדיול ethinyl חשיפה (EE2) ^9-1,113. כמו כן הוא משמש בדרך כלל לphenotyping התנהגותם של זנים שונים עכבר ^18-21, הערכה של השפעות הזדקנות ^7,22-28, וdef הקשורים למחלה אלצהיימרicits במודלים של בעלי החיים ^3,29-33, כמו גם את ההשפעות של פעילות גופנית ושינויים תזונתיים, סביבתיים, וחילוף חומרים של ^34-42.

יתרון עיקרי של שימוש במבוך בארנס הוא שזה גורם פחות מתח בנושאים ביחס למבוכי מים, כמו מבוך המים של מוריס ^43, אם כי הן יכולות לגרום לעלייה חריפה בריכוזי corticosterone פלזמה בעכברים ^44. כמבוך יבשה, מבוך בארנס עשוי להיות יותר ethologically רלוונטי למכרסמים יבשתיים ^45. למרות ביצועי מבוך מים הוכח להיות רגיש יותר לשינויים גנטיים בעכברים ^3,46,47, ביצועי מבוך בארנס הוא רגיש יותר לשינויים מסוימים אחרים ^48,49. במודלים של מכרסמים שבו שימוש במבוך מים אינו אפשרי, מבוך בארנס עשוי לספק הערכה מכויל של שימור זיכרון המרחבי ^{ביום 31.} הגירויים המעטה מרתיעים בדרך כלל בשימוש במבוך בארנס (אורות כלומר בהירים),עם זאת, לא יכול לספק מוטיבציה מספקת למכרסמים כדי לאתר את כלוב הבריחה ^45. יתר על כן, מכרסמים יכולים ללמוד שאין עונש מתרחש אם הם לא נכנסים לכלוב הבריחה. כך, במקום באופן פעיל מחפש את כלוב הבריחה, כמה מכרסמים פעיל לחקור את המבוך עבור משכיו של כל משפט ארוכים. כפי שנסקר על ידי קנארד ^ו24 ודרוף-Pak, חיפושים מוגברים זה יהיה להאריך את זמן האחזור כדי לאתר את כלוב הבריחה, אורך דרך, ולהגדיל את מספר הטעויות. לכן, מדידה של מספר פרמטרים, כוללים מיסות, שיעור שגיאה, זמן מושקע ברביעים הנכונים ולא הנכונים, המהירות, הזמן נע, זמן מנוחה, ואסטרטגיית חיפוש, עשויה באופן קולקטיבי לספק אינדיקציה טובה יותר לגבי יכולת הלמידה וזיכרון ניווט המרחבי של כל נושא ^{8 -10.} בנוסף, ביצועים ניתן למדוד כמיסות כדי לאתר את כלוב הבריחה (מדד עיקרי) או חביון להיכנס לכלוב הבריחה (מדד כולל) ראשון. יש לי כמה arguאד כי צעדים עיקריים של ביצועים הם השתקפות מדויקת יותר של למידה מרחבית מאשר אמצעים כולל ^50. רוב המחקרים, כוללים דוגמאות שתוארו כאן, השתמשו בהשהיה להיכנס לכלוב הבריחה כדי לקבוע שיעור שגיאה ואסטרטגיה חיפוש. יתר על כן, יש לי כמה מערכות תוכנת מעקב מערכת איתור גוף שלוש נקודות שניתן למדוד את התדרים של מרחרח את החורים שגויים לעומת נכונים. לבסוף, המבוך יש לנקות ביסודיות עם אתנול בין ניסויים כדי להסיר רמזי חוש הריח שיכול לספק רמזים או להוכיח מסיח את הדעת לבעלי חיים שלאחר מכן.

עיצובי מבוך בארנס להשתנות אבל בדרך כלל לכל אחד יש 12 20 או חורי בריחה פוטנציאליים, רק אחת מהן מוביל לבית או כלוב בריחה. כלוב הבריחה עשוי להיות ממוקם באופן ישיר מתחת לחור המילוט בחלק העליון המבוך (למבוכים ללא קירות) או בנוי לתוך החומה המקיפה של המבוך. הרמזים יכולים להשתנות בגודל כ 16.5 גובה סנטימטר או רוחב (בתוך מ 'aze) לקו אופקי 21.6 ס"מ רוחב שבוצעו מרצפה ועד תקרה של קיר החדר מחוץ למבוך. איורים 1-5 דוגמאות מופע של עיצובי מבוך בארנס למיני Peromyscus (איור 1) וחולדות (איורים 2-5). חייבים תקעים או תחתית שווא לכסות את חורי nonescape כדי למנוע את בעל החיים מהנפילה אל מחוץ למבוך. גודלו של חדר הבדיקה יכול להשתנות (~ 20 מ ^'2), אבל זה חייב להיות גדול מספיק כדי לספק מספיק מקום במבוך, הרגלת בעלי החיים לחדר, אדיב מחשב עם וידאו הגדרה (אם משתמש בו), ומקום לניסוי לשבת במרחק (לפחות ~ 122 סנטימטר) ממנגנון המבוך כך שנוכחותם לא תפריע לביצועים של בעלי החיים. הקצאה של מיקום כלוב בריחה צריכה להיות מאוזנת בין קבוצות טיפול ויחסי מין. בעוד הנהלים הספציפיים שתוארו כאן אינם כוללים את מסתובבים במבוך בין ניסויים כדי להרתיע שימוש ברמזי ריח תוך מבוך, חלק ממחקריםלשלב הליך זה ^50. בנהלים שלנו, הוא ניגב את המבוך נקי עם אתנול בין הניסויים לחסל רמזי ריח.

באיתור כלוב הבריחה, שלושה סוגים של אסטרטגיות חיפוש הוגדרו ("דפוסים" שמכונים במקור על ידי ⁷ ברנס): 1) אקראיים, מבצעי מוגדרים כחיפושים מקומיים של חורים מופרדים על ידי שבילים חוצים את מרכז המבוך, 2) סדרתי, כפי שהוגדרו חיפוש שיטתי של חורים רצופים בכיוון השעון או נגד כיוון השעון, ו3) ישיר או מרחבי, שהוגדר כניווט ישירות לרבע הנכון מבלי לחצות את מרכז המבוך יותר מפעם אחת ועם שלוש או פחות שגיאים. באופן כללי, עם בדיקות חוזרות ונשנות, מכרסמים בדרך כלל להתקדם דרך אסטרטגיות החיפוש לפי הסדר הרשום (אקראי, סידורי, וישיר) ^51. גם ניסוי בדיקה ללא כלוב הבריחה עשוי לשמש כאמצעי נוסף של זיכרון ^50.

הפרוטוקול והנציגתוצאות כאן פותחו עבור שני סוגים של מכרסמים (מכרסמים מכונים Peromyscus מינים אחרים קטנים) וחולדות. בעוד נהלים הכלליים אלה עשויים גם להחזיק לעכברים מולדים ו / או outbred (מאסכאלאס), יש להתייעץ מחקרים אחרים על הבדלי המתודולוגיה פוטנציאל למינים אלה האחרונים ^18-21.

Protocol

1. בארנס מבוך נוהל המכרסמים קטנים להדליק את האורות ממעל מעל המבוך והמקום "לא נכנס" סימנים בצד החיצוני של דלת המעבדה. להביא עכברים בכלובים בבית הרגילים שלהם במבחן החדר כ 30 דקות לפני תחילת…

Representative Results

עכברי צבי זכר לבגרות מינית תלויים ביכולת ניווט מרחבית משופרת לאיתור שותפים פוטנציאלי רבייה, אשר הופצו באופן נרחב בכל הסביבה. לנשים בהריון וחשיפה למבוגרים לטסטוסטרון שניהם חיוניים בארגון והפעלה זה מאוחר יותר זכר בוגר התנהגות 53. ככזה, הוא היה חזקה כי חשיפה המוקד…

Discussion

שלבים קריטיים בתהליכי בדיקת מבוך בארנס כוללים: 1) מתן הגירוי המעטה מרתיע הנכון להניע את בעלי החיים כדי לאתר את כלוב הבריחה, 2) הבטחת תנאים אחידים נשמרים על פני הניסויים בבעלי החיים (לדוגמא בזמן בדיקה, בדיקת כוח אדם, בקרת רעש חיצונית, וגירויים אחרים שעלול להשפיע על ב…

Materials

NOTE: Those items that are for small rodents only are bolded. Those items that are for large rodents only are italicized. Items neither bolded nor italicized are for both.
Barnes Maze platform with 12 or 20 escape holes every 30°. For rats, each hole is 10.5 cm in diameter and 4 cm from the maze top edge. For use with automated tracking programs, a black top for white rodents or a white top for pigmented rodents is needed. For mice and rats, this circular top is 95 and 122 cm in diameter, respectively.	US Plastics Corp, Lima, OH	42625	This is the top of the Barnes Maze and the surface that the rodent is placed upon. It can be constructed from a variety of materials (e.g. Plexiglas), but for endocrine disruptor work, polypropylene BPA-free material is optimal. One of the holes leads to the an escape cage; all other holes are blind-ending or false-bottomed. For the rat maze, small slides on the underside of the maze platform allow the escape cage and false bottoms to slide in.
2" Polypropylene pipe plug (24) 2" 90° Black polypropylene elbow (12) 2" x 6" Polypropylene pipe nipple (1)	US Plastics Corp, Lima, OH	30724 32086 30712	These are only necessary for the small rodent (e.g. mouse) Barnes Maze. These adaptations are either blind-ending tubes/elbows or one of the tubes is connected to the pipe nipple that then leads to the escape cage.
False bottoms for rat Barnes Maze			These were custom made of ABS plastic and vacuum molded for the rat maze apparatus.
Circular aluminum wall/barrier (50 cm high) around the maze	Ace Hardware, Columbia, MO		In the case of small rodents (e.g. mice), this barrier prevents them from falling off the maze; the rat apparatus generally does not require this. The wall may not be needed for laboratory mice that are relatively tame.
Support stand for maze platform top	US Plastics Corp, Lima, OH	42625	The stand supports the maze platform top such that it is elevated above the floor (typically, 70-100 cm) to motivate the rodent to locate the escape cage. The stand can be constructed of any material.
White noise	SleepMate Sound Conditioner, Marpac, Rocky Point, NC	980A	Background noise may be used to block out peripheral acoustic cues that may confound Barnes Maze testing across trials and animals
Light fixtures and 300-500 watt bulbs encased in aluminum shells. For example, Utilitech 500-watt halogen portable work lights.	Ace Hardware or Lowes		Bright lights provide a mildly aversive stimulus which motivate the rodent to locate the escape cage. The lights are generally suspended ~150 cm above the maze top.
Escape cage. For small rodents, this can be a polypropylene cage (27.8 x 7.5 x 13 cm).	Ancare, Bellmore, NY	N40 PP	The rat escape cage here was custom built and has a ramp leading into the escape cage.
Opaque tube (rats only) (27 cm diameter; 23 cm height) with a piece of thick cardboard to cover the top.			The tube is placed in the center of the maze and the rat is placed into the tube from the top which is covered with the cardboard. A handle on the outside of the tube allows easier lifting of the tube, which then begins the trial. The tube can be constructed of any material, but should be opaque.
High resolution video camera (e.g. Panasonic Digital Video Camera)	Panasonic, Secaucus, NJ	ICV19458	The video camera is positioned overhead and records trials for later analysis.
Extra- or intra-maze geometric cues made of high quality cardboard construction paper	Any office supply store, such as Staples.		These visual cues orient the animal within the maze environment, providing cues as to the spatial location of the escape cage; in rats, extra-maze cues on the walls work well, whereas in small rodents that require a wall around the maze, intra-maze cues must be used.
Black curtain to surround the maze (small rodents only)	Any fabric and crafts store, such as Jo-Ann Fabrics		A black curtain is used in small rodents (especially wild species, e.g. Peromyscus) to maintain attention within the maze confines.
70% ethanol	Fisher Scientific	BP2818-4	After each trial, the maze top and escape cage are cleaned to eliminate potential odor cues for consecutively tested rodents.
Tracking software program, such as Ethovision, and computer with appropriate video card and substantial (1 TB or more) hard-drive space. Alternatively, videos can be recorded directly to the computer for later analysis using a program such as Win TV (Hauppauge Computer Works, Inc.).	Noldus (Leesburg, VA)		Tracking software is required to analyze trials for latency to locate the escape cage, velocity, distance traveled, time spent resting, time spent moving, time spent in the correct versus incorrect quadrants, time spent around the escape hole, number of errors or entries into incorrect holes, and overall search strategy employed to find the escape cage.
External hard drives, such as Seagate or WD, with a minimum 1- 2 TB of memory	Any office supply store, such as Staples.		Videorecordings should be backed up in at least one separate location.
Videorecording program, e.g. WinTV program	Hauppauge Computer Works, Inc., Hauppauge, NY		If tracking software is not available at the time of the testing, the trials should be video-recorded for later analysis