Barnes Maze teststrategier med små og store gnavermodeller

Summary

Den tørre-land Barnes labyrint er almindeligt anvendt til at måle rumlig navigation evne som reaktion på mildt afskrækningsmiddel stimuli. Over på hinanden følgende dage, performance (f.eks latenstid at lokalisere undslippe bur) af kontrolpersoner forbedres, hvilket indikerer normal indlæring og hukommelse. Forskelle mellem rotter og mus nødvendiggøre apparater og metode ændringer, der er beskrevet her.

Abstract

Rumlig indlæring og hukommelse af gnavere er ofte vurderet via navigations evne i labyrinter, mest populære, som er vand-og tør-land (Barnes) labyrinter. Forbedret ydelse over sessioner eller forsøg menes at afspejle indlæring og hukommelse undslippe bur / platform placering. Betragtes som mindre stressende end vand labyrinter, Barnes labyrint er en forholdsvis enkel udformning af en cirkulær platform top med flere huller fordelt ligeligt omkring omkredsen kant. Alle på nær én af hullerne er falsk bund eller blind-slutter, mens man fører til en flugt bur. Mildt afskrækningsmiddel stimuli (f.eks lyse loftslampe) giver motivation til at lokalisere flugt bur. Kan måles latens at lokalisere flugt bur under sessionen, men yderligere endepunkter kræver typisk videooptagelse. Fra disse videooptagelser, kan brug af automatiseret sporing software generere en række endpoints, der ligner dem, der produceres i vand labyrinter (fx </ Em> distance, hastighed / fart, tid brugt i den rigtige kvadrant, tidsforbrug flytte / hvile, og bekræftelse af latency). Type af søgestrategi (dvs. tilfældig, serienummer eller direkte) kan kategoriseres som godt. Barnes labyrint konstruktion og testmetoder kan variere for små gnavere, såsom mus, og store gnavere, såsom rotter. For eksempel, mens ekstra maze signaler er effektive for rotter kan mindre vilde gnavere kræver intra-maze signaler med en visuel barriere rundt labyrinten. Passende stimuli skal identificeres som motivere gnaver at lokalisere flugt bur. Både Barnes og vand labyrinter kan være tidskrævende som 4-7 testforsøg typisk er forpligtet til at opdage en bedre indlæring og hukommelse ydeevne (f.eks kortere ventetid eller vejlængder at lokalisere flugt platform eller bur) og / eller forskelle mellem eksperimentelle grupper. Alligevel Barnes labyrint er et bredt ansat adfærdsmæssig vurdering måle rumlige navigations evner ogderes potentielle forstyrrelser af genetiske, neurobehavioral manipulationer, eller narkotika / giftstof eksponering.

Introduction

Rumlig indlæring og hukommelse i gnavere blev først vurderet med mad-berøvet rotter, der navigerede en labyrint af gyder til at finde en fødevare forstærker ^1. Flere årtier senere blev en rumlig henvisning hukommelse foreslåede system ^2. I modsætning til arbejdshukommelse, som henviser til hukommelsen i en test-session eller retssag, henvisning hukommelse refererer til hukommelsen tværs testseancer eller forsøg, og er tættere knyttet til langtidshukommelsen.

Flere typer af labyrinter er udviklet som invasive vurderinger af dette hippocampus-afhængig rumlig indlæring og hukommelse i små og store gnavere (fx vand labyrint, flere T-labyrint, radial arm labyrint og tør-jord labyrinter) ^3-6. Her fokuserer vi på den cirkulære platform eller Barnes labyrint, første gang beskrevet i 1979 af Dr. Carol Barnes ^7. Denne labyrint er blevet anvendt til at teste rumlig navigations indlæring og hukommelse i en bred vifte af gnaver-modeller, herunder rotter (RaTTU'erne norvegicus), mus (Mus musculus), hjorte mus (Peromyscus maniculatus bairdii), Californien mus (Peromyscus californicus), og hystricomorph gnavere (f.eks degus [Octodon degus]) ^8-13. Andre arter vurderet ved hjælp af Barnes labyrint omfatter amerikanske kakerlakker (Periplaneta americana) ^14, majs slanger (Elaphe guttata guttata) ^15,   squamate krybdyr (fx side-blotched Firben [Uta stansburiana]) ¹⁶ og ikke-humane primater (f.eks mus lemur [Microcebus murinus]) ^17. I vores laboratorier har Barnes labyrint ydeevne blevet brugt som et indeks for neurotoksicitet efter udviklingsmæssige bisphenol A (BPA) eller ethinylestradiol eksponering ^9-1113 (EE2). Det er også almindeligt anvendt til opførsel fænotypebestemmelse af forskellige musestammer ^18-21, vurdering af ældning ^7,22-28, og Alzheimers sygdom-relateret defUnderskuddene i dyremodeller ^3,29-33, samt effekten af motion og diæt, miljømæssige og metaboliske ændringer ^34-42.

En primær fordel Barnes labyrint anvendelse er, at det fremkalder mindre stress i de emner, i forhold til vand labyrinter, såsom Morris water maze ^43, selv om begge kan fremkalde akutte forhøjelser af plasma corticosteron koncentrationer i mus ^44. Som en tør jord labyrint, kan Barnes labyrint være mere ethologically-relevant for jordbaserede gnavere ^45. Selv vandlabyrint resultater har vist sig at være mere følsomme over for genetiske ændringer i mus ^3,46,47, er mere følsomme over for visse andre ændringer ^48,49 Barnes labyrint ydeevne. I gnaver modeller, hvor vand labyrint brug ikke er muligt, kan Barnes labyrint giver et finjusteret vurdering af rumlig hukommelse opbevaring ^31. De mildt afskrækningsmiddel stimuli typisk anvendes i Barnes labyrint (dvs. klare lys),kan dog ikke tilstrækkelig motivation for gnaver at lokalisere flugt bur ^45. Desuden kan gnavere lære, at ingen straf opstår, hvis de ikke kommer ind i flugt bur. I stedet for aktivt søger efter flugten bur, nogle gnavere aktivt at udforske labyrinten for lange varigheder af hvert forsøg. Som gennemgået af Kennard og Woodruff-Pak ^24, vil denne øgede udforskning forlænge latenstiden at lokalisere flugt bur, vejlængde, og øge antallet af fejl. Således måling af flere parametre, herunder latenstid, fejlprocent, tid tilbragt i rigtige og forkerte kvadranter, hastighed, tid på at flytte, tid hvile, og søgestrategi kan tilsammen give en bedre indikator for hvert emne rumlige navigations indlæring og hukommelse evne ^{8 -10.} Derudover kan måles, præstation som latenstiden først lokalisere flugt bur (primær foranstaltning), eller latenstiden at indtaste flugt bur (total foranstaltning). Nogle har argued, at de primære mål for ydeevne er en mere nøjagtig afspejling af rumlig læring end de samlede foranstaltninger ^50. De fleste undersøgelser, herunder de her beskrevne eksempler, bruge latenstid at indtaste flugt buret for at bestemme fejlprocent og søgestrategi. Yderligere nogle tracking software systemer har en tre point krop detection system, der kan måle frekvenserne for at snuse de korrekte vs forkerte huller. Endelig skal labyrinten renses grundigt med ethanol mellem forsøg for at fjerne olfaktoriske tidskoder, der kunne give signaler eller bevise distraherende til efterfølgende dyr.

Barnes maze design varierer, men generelt hver har 12 eller 20 potentielle flugt huller, hvoraf kun én fører til hjemmet eller en flugt bur. Escape bur kan være placeret enten direkte under flugten hul på labyrinten top (for labyrinter uden vægge) eller indbygget i den omgivende væg af labyrinten. De signaler kan variere i størrelse fra ca 16,5 højde eller bredde cm (inden for maze) til en vandret linie 21,6 cm i bredden tilføjet fra gulv til loft i rummet væggen uden labyrinten. Figurerne 1-5 viser eksempler på Barnes maze designs for Peromyscus arter (fig. 1) og rotter (figur 2-5). Stik eller falske bund, skal dække nonescape huller for at forhindre dyret i at falde ud af labyrinten. Størrelsen af test rum kan variere (~ 20 m ^2), men det skal være stor nok til at give rigelig plads til labyrinten, habituating dyrene til rummet, imødekommende en computer med video set-up (hvis anvendt), og et sted for forsøgslederen til at sidde i en afstand (mindst ~ 122 cm) fra labyrint-apparatet, således at deres tilstedeværelse ikke interfererer med dyrets ydeevne. Tildeling af flugt bur placering bør være afbalanceret mellem behandlingsgrupper og sex. Mens de specifikke procedurer, der beskrives her ikke omfatter dreje labyrinten mellem forsøg for at modvirke brug af de intra-labyrint lugt tidskoder, nogle undersøgelserindarbejde denne procedure ^{50 år.} I vores procedurer, er labyrinten aftørres med ethanol mellem forsøg for at fjerne lugt tidskoder.

I lokalisere flugt bur, har tre typer af søgestrategier blevet defineret (oprindeligt kaldet "mønstre" af Barnes ^7): 1) tilfældige operationelt defineret som lokaliserede søgninger huller adskilt af stier krydser labyrint center, 2) serie, der defineres som en systematisk søgning på hinanden følgende huller i en uret eller mod uret, og 3) direkte eller rumlig, defineret som at navigere direkte til den rigtige kvadrant uden at krydse labyrinten center mere end én gang og med tre eller færre fejl. I almindelighed, med gentagne test, gnavere typisk fremskridt gennem søgestrategier i den angivne rækkefølge (tilfældig, seriel og direkte) ^51. En probe forsøg uden escape bur kan også anvendes som en yderligere foranstaltning hukommelse ^50.

Protokollen og repræsentativresultater her er udviklet til to typer af gnavere (Peromyscus arter-ellers betegnes små gnavere) og rotter. Mens disse generelle procedurer kan også holde for indavlede og / eller outbred mus (Mus musculus), bør andre undersøgelser høres om mulige metode forskelle for sidstnævnte arter ^18-21.

Protocol

1.. Barnes Maze Procedure for smågnavere Tænd loftslampe over labyrinten og sted "Do Not Enter" skilte på ydersiden af ​​laboratoriet døren. Bring mus i deres normale bure til prøverummet cirka 30 minutter før begynder den første retssag for at tillade tilvænning. Hvis rummet er stille, kan det ikke være nødvendigt at medtage hvid støj, ellers dette sikkerhedsforanstaltning kan overvejes. Opsætning af tracking program. Fjern forsigtigt den første mus fr…

Representative Results

Kønsmodne mandlige hjorte mus er afhængig forbedret rumlig navigations evne til at lokalisere potentielle ynglende partnere, som er vidt udbredt i miljøet. Både prænatal og voksen eksponering for testosteron er afgørende i at organisere og aktivere dette senere voksne mandlige adfærd 53.. Som sådan blev det antaget, at tidlig udsættelse for hormonforstyrrende stoffer kan forstyrre denne senere træk hos mænd. For at teste denne hypotese blev mandlige og kvindelige hjorte mus udviklingshæmmede udsæ…

Discussion

Kritiske trin i Barnes maze testprocedurer omfatter: 1) at stille de rette mildt aversiv incitament til at motivere dyret til at lokalisere flugt bur, 2) at sikre ensartede betingelser opretholdes på tværs af dyreforsøg (fx test tid, afprøvning personale, ekstern støj kontrol, og andre stimuli, der kan påvirke ydeevnen), 3), hvis forsøg er videooptaget, optimere og sikre videooptagelse og fil op igen, og 4) rengøring af labyrint med 70% ethanol for at fjerne olfaktoriske tidskoder mellem forsøg.

<p…

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