استخدام صندوق لغز كوسيلة لتقييم فعالية إثراء البيئة

Summary

Environmental enrichment provides a potential protective effect against neurodegenerative disorders. Currently, however, there is no easy way of determining the efficacy of enrichment procedures. This protocol describes a simple “Puzzle Box” method for assessing an animal’s cognitive function, in order to reveal the effectiveness of environmental enrichment.

Abstract

Environmental enrichment can dramatically influence the development and function of neural circuits. Further, enrichment has been shown to successfully delay the onset of symptoms in models of Huntington’s disease ^1-4, suggesting environmental factors can evoke a neuroprotective effect against the progressive, cellular level damage observed in neurodegenerative disorders. The ways in which an animal can be environmentally enriched, however, can vary considerably. Further, there is no straightforward manner in which the effects of environmental enrichment can be assessed: most methods require either fairly complicated behavioral paradigms and/or postmortem anatomical/physiological analyses. This protocol describes the use of a simple and inexpensive behavioral assay, the Puzzle Box ^5-7 as a robust means of determining the efficacy of increased social, sensory and motor stimulation on mice compared to cohorts raised in standard laboratory conditions. This simple problem solving task takes advantage of a rodent’s innate desire to avoid open enclosures by seeking shelter. Cognitive ability is assessed by adding increasingly complex impediments to the shelter’s entrance. The time a given subject takes to successfully remove the obstructions and enter the shelter serves as the primary metric for task performance. This method could provide a reliable means of rapidly assessing the efficacy of different enrichment protocols on cognitive function, thus paving the way for systematically determining the role specific environmental factors play in delaying the onset of neurodevelopmental and neurodegenerative disease.

Introduction

تخصيب البيئي (EE) يمكن تعريفها بأنها المناطق المحيطة بها التي تقدم الحيوانات مع زيادة فرصة للتفاعل الاجتماعي، النشاط الحركي، وزيادة التحفيز الحسي من عادة من ذوي الخبرة في environment.EE المختبر القياسية وقد تبين أن تؤثر على الدوام سلوك الحيوانات، وبذلك حول التغييرات مثل الحد من الإجهاد والنشاط المتعلقة القلق ^8-10، وتحسين الأداء في مهام التعلم والذاكرة ^8،11، وقت مبكر من بداية التنسيق الحركي والنشاط الاستكشافي ^11، والتغيرات في رعاية الأمومة ⁸ وكذلك مقاومة المواد المسببة للإدمان ^{12- 15.} وعلاوة على ذلك، تم كشف EE للتخفيف من آثار الاضطرابات العصبية، وتأخير ظهور وخفض شدة الأعراض في النماذج الحيوانية من هنتنغتون ^1-4،16 والشلل الرعاش ومرض ^{17 18} مرض الزهايمر.

هذه التغييرات مجلس النوابتتصل مع التعديلات التشريحية والجزيئية هو معروف EE للحث جميع أنحاء الدماغ. الحيوانات التي تربى في بيئات غنية من المراحل الأولى من التنمية وتبين عدد لا يحصى من التغيرات العصبية، بما في ذلك زيادة الوزن الدماغ وسمك القشرية، شجيري المتفرعة ^9،2-22 وكثافة متشابك ^23. EE يمكن أن يغير كلا من مستوى وتوقيت عامل النمو التعبير ^9،24-30، وهو ما ثبت للمساهمة في تسريع تطوير الحسية ^{25،26،28،29، 30} ذاكري، وكذلك الدوائر المحرك ^31،32.

وقد كشف العمل السابق في النتائج الأوقات متناقضة عند التحقيق في تأثير EE، دون الأخذ بعين الاعتبار أنواع مختلفة من الحيوانات والبيئات المستخدمة في الدراسات الفردية ^{9،24،27،30.} حاليا، ليس هناك مهمة متسقة وبسيطة السلوكية التي يمكن استخدامها لقياس فعالية مختلف نماذج EE في سلالات مختلفة والمواصفاتالمنشأ من الحيوانات.

وقد تم تصميم هذه المهمة صندوق لغز بمثابة اختبار بسيط لتحديد المشكلة الأم الحيوان وحل القدرة ^7. مطلوبة الحيوانات وضعها في منطقة مفتوحة لإزالة المواد التي تقع داخل فتحة صغيرة من أجل الوصول إلى غطت المنطقة / المأوى عرقلة. يعطى كل موضوع ثلاث تجارب مع نفس العرقلة من أجل تقييم ثلاث سمات المعرفية المختلفة. المحاكمة الأولى غلة مؤشر أساسي من حل مشكلة القدرة الكامنة أو الأم. المحاكمة الثانية، تشغيل في نفس اليوم، ويعطي بعض المؤشرات على قدرة الحيوان إلى تحسين وبالتالي تعزيز استراتيجيات لإزالة انسداد محددة. المحاكمة الثالثة، التي أجريت في اليوم التالي، توفر نظرة ثاقبة على قدرة هذا الموضوع إلى الاحتفاظ بها وأذكر الحل علمت لهذه المهمة.

الدافع من أجل حل هذه "الألغاز عرقلة" من قبل الحيوانات يمكن أن تختلف، ويحتملويجسد الرغبة الفطرية لتجنب الحقول المفتوحة والبحث عن ملجأ، فضلا عن محرك الأصيل في استكشاف المناطق المحيطة بها ^6،7. والعديد من السائقين السلوكية المحتملة الكامنة وراء الرغبة في حل لغز صندوق يوحي بأن تشارك مناطق مختلفة من الدماغ في التوسط أداء المهمة. وقد أظهرت الأعمال السابقة أن في نماذج الفئران من مرض انفصام الشخصية، وتشارك في قشرة الفص الجبهي وكذلك الحصين في الحصول على هذه المهمة ^5. وقد كشفت دراسة آفة في الفئران أيضا عدد كبير من مناطق الدماغ تشارك في أداء صندوق لغز، بما في ذلك مختلف النوى المهادية، ما تحت المهاد، والمخيخ، والهياكل الحوفي. معا، وهذه النتائج تشير إلى أن الانخراط في حل هذه المشكلة المهمة ينطوي على مجموعة من الهياكل العصبية المرتبطة الوظيفة الإدراكية.

وقد استخدم في الإطار لغز بنجاح لتقييم قدرة الفئران حل المشكلة، وكذلك العجز المعرفي التي أظهرتها منماذج البول الفصام ^5-7. وقد تبين الأداء على المهمة أن تكون متسقة للغاية، وترتبط بشكل جيد مع نتائج الاختبارات السلوكية المعرفية الأخرى ^6. وكان الهدف من هذا العمل وبالتالي على التكيف مع مهمة صندوق لغز لتصبح وسيلة بسيطة وموثوق بها لتحديد فعالية EE.

Protocol

بيان الأخلاق: تمت الموافقة على جميع الإجراءات من قبل لجنة الأخلاقيات الحيوان من جامعة سيدني ويتفق مع مجلس البحوث الطبية في أستراليا المبادئ التوجيهية الوطنية للصحة و. تم تنفيذ الإجراءات على الفئران C57 / BL6J التي كانت تربى في جامعة سيدني بوش القوارض مرفق. وتم إيواء جميع…

Representative Results

النتائج الموصوفة هنا هي عينة تمثيلية، مع بيانات مأخوذة من عدة أفواج تتكون من الفضلات المختلفة. وقد أجريت جميع التجارب السلوكية بين 0700 و 1100 ساعة، مع العشوائية أجل اختبار الحيوانات ضمن فوج. الحيوانات التي تربى في بيئة غنية (ن = 14، 7 من الإناث و 7 ذكور) استغرقت وقتا أقل بكث?…

Discussion

وتظهر البيانات المقدمة أن الإطار لغز يمكن استخدامها بشكل فعال لتقييم أثر EE. الفئران التي أثيرت في بيئات غنية استغرق باستمرار وقتا أقل بشكل ملحوظ في حل الألغاز عرقلة داخل هذا الاختبار السلوكي مما فعل الحيوانات التي تربى في ظروف المختبر القياسية. وعلاوة على ذلك، كان ه?…

Materials

Black Acrylic Board			750 x 280 mm
White Acrylic Board			280 x 250 mm
White Acrylic Board			280 x 250 mm
White Acrylic Board			750 x 250 mm
White Acrylic Board			750 x 250 mm
White Acrylic Board			150 x 280 mm
White Acrylic Board			280 x 250 mm with a 40 x 40 mm "door" cut into one side
Underpass			3 pieces of 40 x 120 mm plexiglass or acrylic
			Note: If unable to access acrylic board, plexiglass or similar non-porous material will suffice.
Webcam	Logitech	C210	Fix to roof with electrical tape. Alternatively, use a tripod.
VirtualDub v1.10.4	VirtualDub	N/A	Software for recording behaviour videos. Input from webcam.
TopScan v 3.0	CleverSys Inc.	N/A	Software for automated top-view tracking and analysis of mouse behaviour. Captured videos are analysed post-hoc.