Barnes strategie di sperimentazione Maze con piccole e grandi modelli di roditori

Summary

La terraferma Barnes labirinto è ampiamente usato per misurare la capacità di navigazione spaziale in risposta a stimoli leggermente avversi. Nei giorni successivi, le prestazioni (ad esempio, la latenza per individuare gabbia fuga) dei soggetti di controllo migliora, indicativo di apprendimento normale e la memoria. Differenze tra ratti e topi richiedono apparecchi e metodologia cambiamenti che sono dettagliate qui.

Abstract

Apprendimento spaziale e la memoria dei roditori da laboratorio è spesso valutata con capacità di navigazione in labirinti, più popolare dei quali sono l'acqua e la terraferma (Barnes) labirinti. Miglioramento delle prestazioni sopra le sessioni di prove o è pensato per riflettere l'apprendimento e la memoria del luogo gabbia fuga / piattaforma. Considerato meno stressante di labirinti d'acqua, il labirinto Barnes è un disegno relativamente semplice di un top piattaforma circolare con diversi fori equidistanti intorno al bordo perimetrale. Tutti tranne uno dei fori sono false fondo o cieco interminabile, mentre una porta ad una gabbia di fuga. Lievemente stimoli avversi (ad esempio plafoniere luminose) forniscono la motivazione per individuare la gabbia di fuga. Latenza di individuare la gabbia di fuga può essere misurata durante la sessione, tuttavia, altri endpoint in genere richiedono la registrazione video. Da tali registrazioni video, uso di software di monitoraggio automatizzato può generare una varietà di endpoint che sono simili a quelli prodotti in labirinti acqua (ad es </ Em> distanza percorsa, velocità / velocità, tempo trascorso nel quadrante corretto, il tempo trascorso in movimento / riposo, e la conferma di latenza). Tipo di strategia di ricerca (cioè casuale, seriale, o diretta) può essere classificato come bene. Costruzione labirinto e collaudo delle metodologie Barnes possono differire per piccoli roditori, come topi e roditori di grandi dimensioni, come i ratti. Per esempio, mentre spunti extra-labirinto sono efficaci per topi, piccoli roditori selvatici possono richiedere spunti intra-labirinto con una barriera visiva intorno al labirinto. Stimoli appropriati devono essere identificati che motivano il roditore per individuare la gabbia di fuga. Sia Barnes e labirinti d'acqua può richiedere molto tempo come 4-7 prove di laboratorio sono in genere tenuti a rilevare l'apprendimento e la memoria migliorare le prestazioni (ad esempio latenze più brevi o percorso lunghezze per individuare la piattaforma di fuga o gabbia) e / o differenze tra i gruppi sperimentali. Anche così, il labirinto Barnes è una valutazione del comportamento largamente impiegato misurare abilità spaziali di navigazione eil loro potenziale interruzione da parte, manipolazioni genetiche neurocomportamentali, o l'esposizione al farmaco / sostanza tossica.

Introduction

Apprendimento spaziale e la memoria nei roditori da laboratorio è stato prima valutato con i ratti cibo-privato che navigavano un labirinto di vicoli per individuare un rinforzo alimentare ^1. Alcuni decenni più tardi, un sistema di memoria di riferimento spaziale è stato proposto ^2. In contrasto con la memoria di lavoro che si riferisce alla memoria all'interno di una sessione di prova o di prova, la memoria di riferimento è una memoria di tutti sessioni di prova o test ed è più strettamente correlata alla memoria a lungo termine.

Diversi tipi di labirinti sono state sviluppate le valutazioni non invasive di questo apprendimento ippocampo-dipendente spaziale e la memoria in piccole e grandi roditori (ad es labirinto d'acqua, aerei T-maze, radiale del braccio labirinto e labirinti secco terrestri) ^3-6. Qui, ci concentriamo sulla piattaforma circolare o Barnes labirinto, descritta per la prima nel 1979 dal dottor Carol Barnes ^7. Questo labirinto è stato utilizzato per testare l'apprendimento navigazione spaziale e la memoria in una vasta gamma di modelli di roditori, compresi ratti (RaTTU norvegicus), topo (Mus musculus), cervi topi (Peromyscus maniculatus bairdii), i topi California (Peromyscus californicus), e roditori hystricomorph (ad es degus [degus degus]) ^8-13. Altre specie valutate utilizzando il labirinto Barnes includono scarafaggi americani (Periplaneta americana) ^14, serpenti mais (Elaphe guttata guttata) ^15,   rettili squamati (ad esempio, lucertole lato-blotched [Uta stansburiana]) ¹⁶ e primati non umani (ad esempio i lemuri topo [Microcebus murinus]) ^17. Nei nostri laboratori, prestazioni labirinto Barnes è stato utilizzato come indice di neurotossicità dopo di sviluppo bisfenolo A (BPA) o etinilestradiolo (EE2) l'esposizione ^9-1113. E 'anche comunemente usato per il comportamento fenotipizzazione dei vari ceppi di topi ^18-21, valutazione degli effetti dell'invecchiamento ^7,22-28, e sicuramente patologie connesse di Alzheimericits in modelli animali ^3,29-33, nonché gli effetti dell'esercizio e dietetici, ambientali, e alterazioni metaboliche ^34-42.

Uno dei principali vantaggi di Barnes uso labirinto è che induce meno stress nei soggetti relativi ai labirinti acqua, come l'acqua labirinto Morris ^43, anche se entrambe possono indurre incrementi acuti delle concentrazioni plasmatiche di corticosterone nei topi ^44. Come un labirinto terraferma, il labirinto Barnes può essere più etologicamente rilevanti per i roditori terrestri ^45. Anche se le prestazioni labirinto acquatico ha dimostrato di essere più sensibile alle alterazioni genetiche nei topi ^3,46,47, prestazioni labirinto Barnes è più sensibile ad alcune altre alterazioni ^48,49. Nei roditori dove l'uso labirinto d'acqua non è possibile, il labirinto Barnes può fornire una valutazione messa a punto della conservazione della memoria spaziale ^31. Gli stimoli leggermente avversi tipicamente utilizzati nel labirinto Barnes (luci cioè luminosi),tuttavia, non può che stimoli adeguatamente il roditore per individuare la gabbia fuga ^45. Inoltre, roditori possono imparare che nessuna punizione si verifica se non entrano nella gabbia fuga. Così, invece di cercare attivamente per la gabbia di fuga, alcuni roditori esplorare attivamente il labirinto per lunghe durate di ogni prova. Come recensito da Kennard e Woodruff-Pak ^24, questa maggiore esplorazione prolungherà la latenza per individuare la gabbia fuga, lunghezza del percorso, e aumentare il numero di errori. Pertanto, la misurazione di parametri multipli, tra cui la latenza, tasso di errore, il tempo trascorso nei quadranti corrette e non corrette, velocità, tempo in movimento, tempo di riposo, e strategia di ricerca, può collettivamente fornire un migliore indicatore di spaziale apprendimento di navigazione e la memoria la capacità di ogni soggetto ^{8 -10.} Inoltre, le prestazioni possono essere misurata come la latenza per individuare prima gabbia fuga (misura primaria) o la latenza di entrare nella gabbia fuga (misura totale). Alcuni hanno argomentoEd che le misure primarie di prestazioni sono una riflessione più accurata di apprendimento spaziale di misure totali ^50. La maggior parte degli studi, compresi gli esempi qui descritti, usa la latenza di entrare nella gabbia di fuga per determinare il tasso di errore e la strategia di ricerca. Inoltre, alcuni sistemi software di monitoraggio hanno un sistema di rilevamento del corpo tre punti che può misurare le frequenze dei fiutando le vs corrette fori corretti. Infine, il labirinto deve essere accuratamente pulito con etanolo tra le prove per rimuovere stimoli olfattivi che potrebbero fornire spunti o risultare fastidioso per gli animali successivi.

Disegni labirinto Barnes variare, ma in genere ognuno ha 12 o 20 potenziali buchi di fuga, solo uno dei quali conduce alla casa o una gabbia di fuga. La gabbia di fuga può essere posizionato direttamente sotto il foro fuga sulla parte superiore labirinto (per labirinti senza pareti) o incorporato nel muro di cinta del labirinto. Gli spunti possono variare in dimensione da circa 16,5 cm di altezza o larghezza (entro il mAze) ad una linea orizzontale 21,6 centimetri di larghezza poste dal pavimento al soffitto della parete della stanza al di fuori del labirinto. Figure 1-5 mostrano esempi di disegni labirinto di Barnes per le specie Peromyscus (Figura 1) e ratti (Figure 2-5). Spine o falsi fondi devono coprire i buchi nonescape per evitare che l'animale cada dal labirinto. Dimensioni della camera di prova può variare (~ 20 m ^2), ma deve essere abbastanza grande per fornire ampio spazio per il labirinto, abituare gli animali alla sala, che può ospitare un computer con video set-up (se utilizzati), e un posto per lo sperimentatore di sedersi ad una distanza (almeno ~ 122 centimetri) dall'apparato labirinto tale che la loro presenza non interferisce con le prestazioni dell'animale. Assegnazione di fuga posizione gabbia deve essere bilanciato tra i gruppi di trattamento e sesso. Mentre le procedure specifiche qui descritte non includono ruotando il labirinto tra prove per scoraggiare l'uso delle intra-labirinto odore spunti, alcuni studiincorporare questa procedura ^50. Nelle nostre procedure, il labirinto è pulito con etanolo tra le prove per eliminare tracce olfattive.

A localizzare la gabbia di fuga, tre tipi di strategie di ricerca sono stati definiti (originariamente denominati "modelli" di Barnes ^7): 1) casuali, operativamente definite come le ricerche localizzate di fori separate da sentieri che attraversano il centro del labirinto, 2) numero di serie, definite come una ricerca sistematica di fori consecutivi in ​​senso orario o antiorario, e 3) direttamente o spaziali, definito come la navigazione direttamente al quadrante corretto senza attraversamento centro labirinto più di una volta e con tre o meno errori. In generale, con ripetute prove, i roditori di solito progrediscono attraverso le strategie di ricerca nell'ordine elencato (casuale, di serie, e diretto) ^51. Una prova sonda senza gabbia fuga può anche essere usato come ulteriore misura di memoria ^50.

Il protocollo e rappresentanterisultati qui sono stati sviluppati due tipi di roditori (piccoli roditori Peromyscus specie, altrimenti denominati) e ratti. Mentre queste procedure generali possono anche tenere per topi inbred e / o outbred (Mus musculus), altri studi dovrebbero essere consultati sulle possibili differenze di metodologia per queste ultime specie ^18-21.

Protocol

1. Barnes Maze Procedura per piccoli roditori Accendere le luci generali sopra il labirinto e il luogo "Non entrare" i segni sulla parte esterna della porta del laboratorio. Portare topi nelle loro normali gabbie a casa alla sala prove circa 30 minuti prima di iniziare la prima prova per consentire assuefazione. Se la stanza è silenziosa, può non essere necessario includere rumore bianco, altrimenti questo provvedimento cautelare può essere considerato. Impostare il programma …

Representative Results

Sessualmente maturi topi cervi maschi dipendono maggiore capacità di navigazione spaziale di individuare potenziali partner di allevamento, che sono ampiamente diffusi in tutto l'ambiente. Sia prenatale e l'esposizione degli adulti al testosterone sono essenziali per l'organizzazione e l'attivazione di questo più tardi comportamento maschio adulto 53. Come tale, si presume che l'esposizione precoce ai composti alterano il sistema endocrino potrebbe disturbare questa caratteristica più a…

Discussion

Passaggi critici in procedure di analisi labirinto Barnes includono: 1) fornire il giusto stimolo leggermente avversione per motivare l'animale per individuare la gabbia di fuga, 2) garantire condizioni uniformi vengono mantenuti attraverso le sperimentazioni sugli animali (ad esempio tempo di prova, testando il personale, controllo del rumore esterno, e di altri stimoli che potrebbero influire sulle prestazioni), 3) se le prove sono video registrato, ottimizzando e garantendo una corretta registrazione vid…

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