Дважды Н лабиринт: Прочная Поведенческая Тест для обучения и памяти у грызунов
Summary
The goal of this protocol is to investigate spatial cognition in rodents. The double-H water maze is a novel test, which is particularly useful to elucidate the different components of learning, consolidation and memory, as well as the interplay of memory systems.
Abstract
Пространственное исследование познавательной у грызунов, как правило, использует использование лабиринта задач, чьи атрибуты изменяются от одного лабиринта в другой. Эти задачи варьируются в зависимости от их поведения и гибкости, необходимой продолжительности памяти, количество голов и путей, а также общая сложность задачи. Озадачив особенностью многих из этих задач является отсутствие контроля над стратегией, используемой грызунов, чтобы достичь цели, например, allocentric (декларативные-как), или эгоцентрических (процедурные) стратегии, основанные. Дважды Н лабиринт роман воды побег задача памяти, решает эту проблему, позволяя экспериментатору направить тип жизненной стратегии, в период обучения. Дважды Н лабиринт прозрачное устройство, которое состоит из центральной аллее с тремя руками выступающие с обеих сторон, а также спасательной платформе погруженной на конце одной из этих рук.
Крысы могут быть обучены с помощью allocentric стратегию, чередуя улХудожественная позиция в лабиринте в непредсказуемым образом (см протокол 1; §4.7), таким образом, требуя от них, чтобы узнать расположение платформы на основе имеющихся allothetic киев. Кроме того, эгоцентричны стратегия обучения (протокол 2; §4.8) может быть использован, выпустив крыс из той же позиции во время каждого испытания, пока они не научатся процессуальное шаблон, необходимый для достижения цели. Эта задача была доказана, чтобы обеспечить формирование стабильных следов памяти.
Память может быть проверены после периода обучения в суде заблуждение зонда, в котором исходное положение для заместителей крыс. После эгоцентрической обучения парадигмы, крысы, как правило, прибегают к стратегии allocentric основе, но только тогда, когда их начальное вид на экстра-лабиринт сигналы заметно отличается от своего первоначального положения. Эта задача идеально подходит для изучения эффектов лекарств / возмущений на allocentric / эгоцентрической производительности памяти, а также взаимодействия между гоESE две системы памяти.
Introduction
У животных, обучение в основном при посредничестве hippocampal- и полосатого тела на основе систем памяти 1,2, играющих центральную роль в отношении место- и Процессуально-памяти, соответственно. Отношения между этими двумя системами является сложной, и они, как известно, взаимодействуют друг с другом в кооператив или в конкурентные манер 1,3. Кроме того, исследования показали, что влияние любой из этих систем памяти на поведение животных может увеличить следующие отсутствии или повреждении другой системы 4-7. Обе эти системы подключены к префронтальной коры через таламус.
Многочисленные неврологические расстройства и нейродегенеративные заболевания могут повлиять пространственное познание на людях, которые полагаются на взаимодействии между процессуальными и декларативных систем памяти. Примеры включают в себя болезнь Паркинсона (PD), Хантингтона болезни (HD) 8-10, болезнь Альцгеймера (AD) 11-14, а такжебоковой амиотрофический склероз (БАС) 15. Животные модели, которые имеют отношение к этим расстройства могут быть вызваны с помощью различных методов лечения наркотиков, которые блокируют рецепторы определенные 16, а также посредством целевых поражений. Когда такие животные используются с задач пространственной памяти, ценную информацию можно получить в основных механизмов, связанных с этими расстройствами, а также с различными вариантами лечения.
Есть много различных типов задач пространственной памяти у грызунов, которые в совокупности предназначены для оценки конкретных аспектов обучения и памяти, а также эффекты потенциальных лекарств для различных расстройств 17,18. Эти задачи можно отличить по количеству голов и путей, степень поведенческой гибкости в решении задачи, продолжительность памяти или задержку, а также выбор стратегии, используемые в решении этой задачи. Хорошие показатели могут быть получены на основе внешних сигналов или ориентиров, которые используются для ориентированияживотное к цели (allocentric или место стратегия). Кроме того, грызуны могут разработать стратегию, которая основана на телесных направлении и сигналы с относительно направления для перемещения в (эгоцентричны или процессуальное стратегии), например, если известно, что крысы цель одна левый поворот с последующим одного правого поворота , то нет особой необходимости для allocentric или места стратегии. Лабиринт задачи часто различаются в зависимости от степени гибкости предлагаемых к грызуна в их решении. Например, в водном лабиринте Morris, сухой версии последней (например, 19) или в лабиринте Barnes (например, 20), есть потенциально бесконечные маршруты крыс можно предпринять, чтобы достичь цели. В водном лабиринте Morris, например, расположение цели могут быть изучены на основе внешних ориентиров или сигналов (allocentric стратегии), или просто плавание в кругах в сторону центра до тех пор, пока платформа находится (эгоцентрическими стратегии) 21. Некоторые задачи имеют несколько целейи высокую степень гибкости, например, задачи конуса поля 22 или радиального Olton в лабиринт 23. На другом конце шкалы находятся задачи, которые предлагают ограниченную гибкость в достижении цели, например, камень лабиринт, или переменный версию Т-лабиринт. Эти задачи обеспечивают только один правильный путь достижения цели, и содействовать формированию познавательных процедур, которые принципиально регулируемых полосатого основе системы процедурной памяти.
Дважды Н лабиринт роман пространственное тестирования памяти устройства, которая была разработана, чтобы позволить экспериментатору направить тип стратегии, узнал от грызунов в решении задачи 24. Состоит из трех параллельных пробега оружия, пересекающих перпендикулярную центральной аллее, дважды Н лабиринт воды побег задача, в которой грызуны узнать достичь побег платформу, погруженного в одном из мест лабиринт. Во время обучения, процедурная стратегия может быть разработана путем поддержания тон же начать и места гол всем. Кроме того, стратегия allocentric могут быть разработаны переменного начальное положение в случайном порядке, что требует крысу, чтобы узнать расположение скрытой платформе, основанной на сигналы окружающей среды, как это имеет делать в водном лабиринте. Это преодолевает препятствие, присутствующий в различных задач лабиринт, в котором экспериментатор в противном случае имеет мало контроля над типом стратегии, что грызуны использовать. Это важно, учитывая, что последствия некоторых когнитивных усиливающих кандидатов наркотиков полагаться на гиппокампа основе системы место-памяти, таким образом, появление когнитивных процедур или процедур, могут затруднить интерпретацию поведенческих наблюдений, когда животные, например переход от allocentric в процедурной памяти во время обучения. Точно так же, может быть желательно, чтобы оценить последствия препаратов и методов лечения на процедурной памяти, без влияния allocentric место на основе памяти. Наконец, это устройствомогут быть использованы для изучения кооперативных или конкурентные взаимодействия между этими системами памяти, и условия, при которых грызуны могут переключаться от одной системы к другой.
Protocol
Representative Results
Discussion
Комментарии по изучению дизайна и анализа
С момента зачатия, дважды Н лабиринт был использован в ряде поведенческих экспериментов на крысах, которые в совокупности были разработаны для изучения эгоцентричных и / или allocentric ответов у крыс при нормальном 24,25 и изменен…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Эта работа была поддержана Университета Страсбурга и Neurex-Neuroscience Верхнего Рейна сети (пост-док стипендий РП) и BrainLinks-BrainTools кластера передового опыта, финансируемых Немецкого исследовательского фонда (DFG, грант номер EXC 1086). Мы благодарим Надя Мартини для экспертного технической помощи.
Materials
| Rats or Mice | Charles River | ||
| Towels for drying | University Hospital | 1 / animal | |
| Water | ~200 L / day | ||
| Skim milk powder | Grocery store | 250 g / 200 L water | |
| Garden Hose | Hardware store | ||
| Drying rack for towels | Hardware store | ||
| Kinect camera | Kinect | ||
| PC computer | any | ||
| [header] | |||
| Double H Maze, (plexiglass) (Custom-Built) | |||
| External lateral walls, 1600 × 350 × 6 mm | 2 | ||
| Internal lateral walls, 706 × 350 × 6 mm | 8 | ||
| Central corridor panels, 500 × 350 × 6 mm | 4 | ||
| Arm extremities, 188 × 350 × 6 mm | 6 | ||
| Guillotine doors, 187 × 350 × 6 mm | 3 | ||
| Extremity covers, 200 × 250 mm | 6 | ||
| Crossbars, 200 × 40 mm | 6 | ||
| [header] | |||
| Double-H Maze Platform (to be ballasted) | Double-H Maze Platform (to be ballasted) (Custom-Built) | ||
| Metal platform, 100 mm diameter × 150 mm | 2 | ||
| Platform cover, 100 mm diameter × 6mm | 2 |
References
- Izquierdo, I., et al. The connection between the hippocampal and the striatal memory systems of the brain: a review of recent findings. Neurotoxicity Research. 10 (2), 113-121 (2006).
- Albouy, G., et al. Both the hippocampus and striatum are involved in consolidation of motor sequence memory. Neuron. 58 (2), 261-272 (2008).
- Albouy, G., et al. Interaction between Hippocampal and Striatal Systems Predicts Subsequent Consolidation of Motor Sequence Memory. Plos One. 8 (3), (2013).
- Chang, Q., Gold, P. E. Intra-hippocampal lidocaine injections impair acquisition of a place task and facilitate acquisition of a response task in rats. Behav Brain Res. 144 (1-2), 19-24 (2003).
- McDonald, R. J., Hong, N. S., Devan, B. D. The challenges of understanding mammalian cognition and memory-based behaviours: an interactive learning and memory systems approach. Neurosci Biobehav Rev. 28 (7), 719-745 (2004).
- Packard, M. G. Anxiety cognition, and habit: a multiple memory systems perspective. Brain Res. 1293, 121-128 (2009).
- Packard, M. G., McGaugh, J. L. Inactivation of hippocampus or caudate nucleus with lidocaine differentially affects expression of place and response learning. Neurobiol Learn Mem. 65 (1), 65-72 (1996).
- Lawrence, A. D., et al. Executive and mnemonic functions in early Huntington’s disease. Brain. 119 (Pt 5), 1633-1645 (1996).
- Lawrence, A. D., Watkins, L. H., Sahakian, B. J., Hodges, J. R., Robbins, T. W. Visual object and visuospatial cognition in Huntington’s disease: implications for information processing in corticostriatal circuits. Brain. 123 (Pt 7), 1349-1364 (2000).
- Walker, F. O. Huntington’s disease. Lancet. 369 (9557), 218-228 (2007).
- Cushman, L. A., Stein, K., Duffy, C. J. Detecting navigational deficits in cognitive aging and Alzheimer disease using virtual reality). Neurology. 71 (12), 888-895 (2008).
- Liu, L., Gauthier, L., Gauthier, S. Spatial disorientation in persons with early senile dementia of the Alzheimer type. A`m J Occup Ther. 45 (1), 67-74 (1991).
- Mapstone, M., Steffenella, T. M., Duffy, C. J. A visuospatial variant of mild cognitive impairment: getting lost between aging and AD. Neurology. 60 (5), 802-808 (2003).
- Vliet, E. C., et al. The neuropsychological profiles of mild Alzheimer’s disease and questionable dementia as compared to age-related cognitive decline. J Int Neuropsychol Soc. 9 (5), 720-732 (2003).
- Hanagasi, H. A., et al. Cognitive impairment in amyotrophic lateral sclerosis: evidence from neuropsychological investigation and event-related potentials. Brain Res Cogn Brain Res. 14 (2), 234-244 (2002).
- Robbins, T. W., Murphy, E. R. Behavioural pharmacology: 40+ years of progress, with a focus on glutamate receptors and cognition. Trends Pharmacol Sci. 27 (3), 141-148 (2006).
- Paul, C. M., Magda, G., Abel, S. Spatial memory: Theoretical basis and comparative review on experimental methods in rodents. Behav Brain Res. 203 (2), 151-164 (2009).
- Hodges, H. Maze procedures: the radial-arm and water maze compared. Brain Res Cogn Brain Res. 3 (3-4), 167-181 (1996).
- Kesner, R. P., Farnsworth, G., Kametani, H. Role of parietal cortex and hippocampus in representing spatial information. Cereb Cortex. 1 (5), 367-373 (1991).
- Barnes, C. A. Memory deficits associated with senescence: a neurophysiological and behavioral study in the rat. J Comp Physiol Psychol. 93 (1), 74-104 (1979).
- Whishaw, I. Q., Cassel, J. C., Jarrad, L. E. Rats with fimbria-fornix lesions display a place response in a swimming pool: a dissociation between getting there and knowing where. J Neurosci. 15 (8), 5779-5788 (1995).
- Staay, F. J., Raaijmakers, W. G., Lammers, A. J., Tonnaer, J. A. Selective fimbria lesions impair acquisition of working and reference memory of rats in a complex spatial discrimination task. Behav Brain Res. 32 (2), 151-161 (1989).
- Olton, R. S., Samuelson, R. J. Remembrance of places past: Spatial memory in rats. J Exp Psych. 2 (2), 97-116 (1976).
- Pol-Bodetto, S., et al. The double-H maze test, a novel, simple, water-escape memory task: acquisition, recall of recent and remote memory, and effects of systemic muscarinic or NMDA receptor blockade during training. Behav Brain Res. 218 (1), 138-151 (2011).
- Cassel, R., Kelche, C., Lecourtier, L., Cassel, J. -. C. The match/mismatch of visuo-spatial cues between acquisition and retrieval contexts influences the expression of response vs. place memory in rats. Behavioural Brain Research. 230 (2), 333-342 (2012).
- Schumacher, A., de Vasconcelos, A. P., Lecourtier, L., Moser, A., Cassel, J. C. Electrical high frequency stimulation in the dorsal striatum: Effects on response learning and on GABA levels in rats. Behavioural Brain Research. 222 (2), 368-374 (2011).
- Lecourtier, L., et al. Intact neurobehavioral development and dramatic impairments of procedural-like memory following neonatal ventral hippocampal lesion in rats. 신경과학. 207, 110-123 (2012).
- Kirch, R. D., et al. Early deficits in declarative and procedural memory dependent behavioral function in a transgenic rat model of Huntington’s disease. Behav Brain Res. 239, 15-26 (2013).
- Cholvin, T., et al. The ventral midline thalamus contributes to strategy shifting in a memory task requiring both prefrontal cortical and hippocampal functions. J Neurosci. 33 (20), 8772-8783 (2013).
- Hooge, R., De Deyn, P. P. Applications of the Morris water maze in the study of learning and memory. Brain Res Brain Res Rev. 36 (1), 60-90 (2001).
