Vurdering Rumlig læring og hukommelse i små Squamate Krybdyr

Summary

This paper describes a modification of the Barnes maze, a standard rodent paradigm used to assess spatial memory and learning, for use in small squamate reptiles.

Abstract

Klinisk forskning har gearede forskellige paradigmer for at vurdere kognitiv tilbagegang, almindeligvis rettet mod rumlige indlæring og hukommelse evner. Men interessen for de kognitive processer nonmodel arter, typisk inden for en økologisk sammenhæng, er også blevet en spirende fagområde. Især er interessen for de kognitive processer i krybdyr vokser selvom eksperimentelle undersøgelser af reptil kognition er sparsomme. De få reptil undersøgelser, der eksperimentelt testet for rumlig indlæring og hukommelse har brugt gnaver paradigmer modificeret til brug i krybdyr. Men økologisk skal tages vigtige aspekter af fysiologi og adfærd af denne taksonomiske gruppe i betragtning, når der testes for rumlige forhold kognition. Her beskriver vi modifikationer af det tørre land Barnes labyrint og tilhørende test protokol, der kan forbedre ydeevnen, når sondering for geografisk indlæring og hukommelse evne i små squamate krybdyr. Den beskrevne paradigme og proprocedurer blev med succes brugt med mandlige side-blotched firben (Uta stansburiana), som dokumenterer, at rumlig indlæring og hukommelse kan vurderes i denne taksonomisk gruppe med en økologisk relevant apparatur og protokol.

Introduction

Mange neurodegenerative sygdomme såsom Alzheimers stede med en gradvis nedgang i kognitive evner, typisk i takt med nedbrydning af hjernen ^1-4. For at teste for indflydelsen af ​​hjerneskade og nedbrydning på kognitive processer, har klinisk forskning gearede fordelene ved model gnaver arter og standardisering af apparater og protokol test. Især har rumlige indlæring og hukommelse processer blevet vurderet via flere standard paradigmer såsom Morris water maze, Barnes labyrint, og radial arm labyrint (for en omfattende gennemgang af disse og andre paradigmer, se ^5,6). Den rige historie af disse rumlige indlæring og hukommelse paradigmer har vist ganske vellykket, så forskerne til at forstå mange af de facetter og nuancer i forholdet mellem menneskelige hukommelse, hjernefunktion, og sygdom.

Mens vurderingen af ​​kognitive processer er blevet undersøgt i klinisk forskning for quite nogen tid, forskning rettet mod de kognitive evner nonmodel arter er relativt nyt. Forskere studerer kognition i nonmodel arter er typisk interesserede i økologiske og evolutionære relevans af kognitive processer, navnlig i forbindelse med overlevelse og reproduktion. Nogle undersøgelser i krybdyr har antydet, at avancerede kognitive evner, især rumlig hukommelse, kan ligge til grund nogle former for adfærd, især vedrørende navigation og orientering. Men mens mange undersøgelser har vist, at krybdyr kan omlægge efter forskydning ^7,8, den kognitive mekanismer, der ligger nyorientering opførsel endnu ikke kradses. På grund af dette, har nogle undersøgelser forsøgt at eksperimentelt vurdere betydningen af rumlig indlæring og hukommelse under navigation ^9-17. Metodikken i disse undersøgelser er overvejende modelleret efter gnaver paradigmer og protokoller, undertiden modificeret til brug i krybdyr, men disse undersøgelserhar haft variabel succes ved vurderingen rumlig hukommelse. Nogle undersøgelser har vist rumlig indlæring og hukommelse i nogle arter ^11-17 mens andre studier fandt ingen beviser for en sådan ^9,10. Således er stadig uklart, hvilken rolle eller eksistensen af ​​rumlig indlæring og hukommelse under navigation på krybdyr.

Et problem, der kan være problematisk, når eksperimentelt vurdere rumlig indlæring og hukommelse i krybdyr er den økologiske relevans af opgaven. Krybdyr er en speciel taksonomiske gruppe helt adskilt fra gnavere, viser stor variation i økologi, adfærd, og fysiologi. Forskelle i adfærd på tværs af reptil arter kan muligvis påvirke vurderingen af ​​rumlige kognitive evner, især hvis paradigme bruges ikke indpasses i en naturlig adfærd. For eksempel i en art, som typisk søger tilflugt i små sprækker, rumlige evner kan let vurderes ved anvendelse af en Barnes labyrint denne labyrint ikke kan være det ideelle paradigme valgi en art, som typisk forbliver ubevægelig. Ligeledes fleste squamate krybdyr er ikke akvatiske og dermed Morris water maze kan ikke være et passende valg til afprøvning rumlig indlæring og hukommelse (men se ^15); dog kan denne labyrint være et ideelt valg til at teste rumlige evner i skildpadder ^16. Endelig skal der redegøres fysiologi denne gruppe for, da krybdyr er ectothermic og korrekt temperatur vedligeholdelse, især af underlaget, skal betragtes under testproceduren.

Protokollen og paradigme præsenteres her blev brugt til at probe for geografisk indlæring og hukommelse hos voksne side-blotched firben (Uta stansburiana) ^13, en lille firben, der typisk flygter fra rovdyr i små sprækker i klipperne ^18. At vide dette aspekt af den naturlige historie og adfærd af de arter, brugte vi en ændring af den traditionelle Barnes labyrint at teste for rumlig indlæring og hukommelse. Den Barnes labyrint iSA tør-land labyrint og typisk anvendes til at teste rumlig erkendelse i gnavermodeller. Vi modificerede vores labyrint på flere måder fra gnaver labyrint, i både design og protokol (beskrevet nedenfor). Vores labyrint bestod af en cirkulær platform med 10 huller ækvidistante fra hinanden langs omkredsen af platformen (figur 1). Den her beskrevne protokol indebærer et emne, der deltager i uddannelse forsøg for at lære placeringen af ​​et mål hul, så, når emnet lærer placeringen af ​​målet hul, en sonde forsøg bruges til at fastslå rumlig hukommelse brug under navigation til målet.

Protocol

Alle procedurer blev godkendt af Penn State University Institutional Animal Care og brug Udvalg (IACUC – Protokol ID: 43242) og levet op til alle lokale, statslige og føderale bestemmelser. 1. Fremstilling Køb eller konstruere Barnes labyrint, der sikrer, at mål huller er passende størrelse for arten af ​​interesse. Til denne protokol, bruge syv voksne side-blotched firben (Uta stansburiana). Bestem passende størrelse prøve til undersøgelser med anvendelse af a…

Representative Results

Denne protokol giver mulighed for eksperimentel vurdering af rumligt navigation i små øgler. En tidligere undersøgelse med succes brugt denne protokol til at undersøge for geografisk navigation i mandlige side-blotched firben 13. I den særlige undersøgelse, mænd var uddannet til at navigere til et mål hul og når kriterium blev nået, skred ind i en sonde forsøg at vurdere stikord prioriterede, når du navigerer til et mål hul. <p class="jove_content" fo:keep-tog…

Discussion

Når eksperimentelt at teste for rumlig indlæring og hukommelse, der er flere vigtige konceptuelle spørgsmål, der er behandlet i nogle af de vigtigste trin i protokollen. For det første skal emner vise, at de er ved at lære placeringen af ​​målet hul i løbet af uddannelsen forsøg. At nå den forudindstillede kriterium viser, at indlæring af placeringen mål hullet er opstået. Hvis emner ikke lærer placeringen af ​​målet hul, er der ingen mulig måde at derefter afgøre navigatør strategi. Hvis dyren…

Materials

Barnes maze	TSE Systems	302050-BM/M	Available from other vendors. Alternatively, a Barnes maze can be constructed from a standard, non-porous round table.
Heat tape	Big Apple Pet Supply		May also use a small space heater situated on the floor under the maze.
Pet keeper for small animals	Petco	1230204	Housing enclosure that can be mounted under the maze.
Nickel plated shelf support pegs	Newegg	241941	Pegs attached to underside of maze. Secures enclosure to maze during trials.
LifeCam Studio webcam	Microsoft	Q2F-00013	Available from other vendors. Other brands of webcams may also be used.
Tracking software	Code custom written for Matlab and the Image Toolbox		Video tracking software. Other tracking software such as VideoMot 2 from TSE Systems can be used.