Eine Video-Demonstration der Preserved Pilotierung von Scent-Tracking aber Impaired Dead Reckoning Nach Fimbria-Fornix Läsionen in der Ratte
Summary
In einem Pilotprojekt Duft Tracking Aufgabe, die Fähigkeit der Ratten zu einem Refugium mit Lebensmitteln zurück mit visuellen einen Geruch Weg oder über Koppelnavigation in Infrarotlicht, demonstriert die integrierte Aufzeichnung der früheren Bewegungen, dass der Hippocampus, die für Koppelnavigation ist.
Abstract
Pilotierung und Koppelnavigation Strategien verwenden sehr unterschiedliche Cue Konstellationen und Rechenprozesse (Darwin, 1873; Barlow, 1964; O'Keefe und Nadel, 1978; Mittelstaedt und Mittelstaedt, 1980; Landeau et al, 1984;. Etienne, 1987; Gallistel, 1990; Maurer und Seguinot, 1995). Pilotierung erfordert die Verwendung der Beziehungen zwischen den relativ stabilen externen (Seh-, Geruchs-, Hör-) Signale, während Koppelnavigation erfordert die Integration von Cues durch Selbst-Bewegung erzeugt. Tiere erhalten Eigenbewegung Informationen von vestibulären Rezeptoren und möglicherweise Muskel-und Gelenkschmerzen Rezeptoren und Efferenzkopie von Befehlen, die Bewegung zu erzeugen. Ein Tier kann auch die Ströme der visuelle, auditive und olfaktorische Reize durch seine Bewegungen verursachten. Mit einem Pilotprojekt Strategie eines Tieres können geometrische Berechnungen Richtungen und Entfernungen zu Orten in ihrer Umgebung zu bestimmen, während mit einer Koppelnavigation Strategie kann Hinweise durch seine früheren Bewegungen erzeugt werden, um zu einer gerechten linken Position zurückkehren zu integrieren. Koppelnavigation wird umgangssprachlich als "Gefühl für die Richtung" und "Gefühl der Distanz."
Zwar gibt es deutliche Hinweise, dass der Hippocampus bei der Steuerung (O'Keefe und Nadel, 1978; O'Keefe und Speakman, 1987) beteiligt ist, gibt es auch Hinweise aus der Verhaltensforschung (Whishaw et al, 1997;. Whishaw und Maaswinkel, 1998; Maaswinkel und Whishaw, 1999), Modellierung (Samsonovich und McNaughton, 1997) und elektrophysiologische (O'Mare et al, 1994;. Sharp et al, 1995;. Taube und Burton, 1995; Blair und Sharp, 1996; McNaughton et al ., 1996; Wiener, 1996; Golob und Taube, 1997) Studien, die den Hippokampus in Koppelnavigation beteiligt ist. Der relative Beitrag des Hippocampus, die beiden Formen der Navigation ist noch ungewiss, jedoch. Normalerweise ist es schwierig, sicher sein, dass ein Tier mit einem Pilotprojekt im Vergleich zu einer Koppelnavigation Strategie, da die Tiere sehr flexibel sind in ihrer Verwendung von Strategien und Cues (Etienne et al, 1996;. Dudchenko et al, 1997;. Martin et al ., 1997; Maaswinkel und Whishaw, 1999). Das Ziel der vorliegenden Video-Demonstrationen war es, das Problem der Cue-Spezifikation zu lösen, um den relativen Beitrag des Hippokampus in der Verwendung dieser Strategien zu untersuchen. Die Ratten wurden in eine neue Aufgabe, in der sie gefolgt linear oder Polygon duftenden Pfade zu einem großen Lebensmittel-Pellets auf einem offenen Feld versteckt erhalten geschult. Weil Ratten haben eine Neigung zum Essen Rücken zu tragen, die Zuflucht, die Genauigkeit und die Hinweise verwendet, um auf der Heimatbasis zurückkehren konnten abhängigen Variablen (Whishaw und Tomie, 1997). Um zu erzwingen, ein Tier aa Koppelnavigation Strategie nutzen, um ihre Zuflucht mit der Nahrung zu erreichen, wurden die Ratten getestet, wenn die Augen verbunden oder unter Infrarot-Licht eine spektrale Wellenlänge, in denen sie nicht sehen können, und in einigen Experimenten wurde die Duftspur wurde zusätzlich entfernt, sobald ein Tier erreichte das Essen. Um den relativen Beitrag des Hippocampus, Fimbria-Fornix (FF) Läsionen, die den Informationsfluss in der Hippocampus-Formation (Bland, 1986) zu stören zu untersuchen, beeinträchtigt Speicher (Gaffan und Gaffan, 1991), und produzieren räumliche Defizite (Whishaw und Jarrard, 1995), verwendet wurden.
Protocol
Discussion
Die Experimente untersucht den Beitrag des Hippocampus zu Pilotierung gegenüber Koppelnavigation durch die Nutzung einer neuen Aufgabe in der Ratten challanged nach Hause nach einer Hinfahrt nach einem duftenden String aus ihrer Zuflucht zu einem Lebensmittel Pellet am Ende der Zeichenfolge befindet zurückkehren konnten. Kontrollratten navigiert effizient sowohl mit räumlichen und Koppelnavigation Strategien. Die Ratten, die mit Fimbria-Fornix Läsionen erfolgreich navigiert mit Hilfe eines räumlichen Strategie wurd…
Acknowledgements
Diese Arbeit wurde von der Canadian Institute of Health Research unterstützt.
Materials
| Material Name | Tipo | Company | Catalogue Number | Comment |
|---|---|---|---|---|
| Sodium pentobarbital | Reagent | Sigma-Aldrich | p3761-25g | |
| Atropine methyl nitrate | Reagent | Sigma-Aldrich | a0382-5g | |
| Rodent pellets | Animal food | BIO-SERV |
Referências
- Amaral, D. G., Witter, M. P., Paxinos, G. . Hippocampal formation. In: The rat nervous system. , 443-493 (1995).
- Angeli, S. J., Murray, E. A., Mishkin, M. Hippocampectomized monkeys can remember one place but not two. Neuropsychologia. 31, 1021-1030 (1993).
- Barlow, J. S. Inertial navigation as a basis for animal navigation. J Theor Biol. 6, 76-117 (1964).
- Barnes, C. A. Memory deficits associated with senescence: a neurophysiological and behavioral study in the rat. J Comp Physiol Psychol. 93, 74-104 (1979).
- Blair, H. T., Sharp, P. E. Visual and vestibular influences on headdirection cells in the anterior thalamus of the rat. Behav Neurosci. 110, 643-660 (1996).
- Bland, B. H. The physiology and pharmacology of hippocampal formation theta rhythms. Prog Neurobiol. 26, 1-54 (1986).
- Cassel, J. C., Kelche, C., Peterson, G. M., Ballough, G. P., Goepp, I., Will, B. Graft induced behavioral recovery from subcallosal septo-hippocampal damage in rats depends on maturity stage of donor tissue. Neurociência. 45, 571-586 (1991).
- Chen, L. L., Lin, L. H., Green, E. J., Barnes, C. A., McNaughton, B. L. Head direction cells in the rat posterior cortex. I. Anatomical distribution and behavioral modulation. Exp Brain Res. 101, 8-23 (1994).
- Darwin, C. On the origin of certain instincts. Nature. 7, 417-418 (1873).
- Dudchenko, P. A., Goodridge, J. P., Seiterle, D. A., Taube, J. S. Effects of repeated disorientation on the acquisition of spatial tasks in rats: dissociation between the appetitive radial arm maze and aversive water maze. J Exp Psychol. 23, 194-210 (1997).
- Etienne, A. S., Ellen, P., Thinus-Blanc, C. . The control of short-distance homing in the golden hamster. In: Cognitive processes in spatial orientation in animal and man. , 223-251 (1987).
- Martinus, N. i. j. h. o. f. f., Etienne, A., Maurer, R., Seguinot, V. Path integration in mammals and its interaction with visual landmarks. J Exp Biol. 199, 201-209 (1996).
- Gaffan, D., Gaffan, E. A. Amnesia in man following transection of the fornix. Brain. 114, 2611-2618 (1991).
- Gallistel, C. R. The organization of learning. , (1990).
- Golob, E. J., Taube, J. S. Head direction cells and episodic spatial information in rats without a hippocampus. Proc Natl Acad Sci USA. 94, 7645-7650 (1997).
- Grey, J. A., McNaughton, N. Comparison between the behavioural effects of septal and hippocampal lesions: a review. Neurosci Biobehav Rev. 7, 119-188 (1983).
- Jarrard, L. E. On the role of the hippocampus in learning and memory in the rat. Behav Neural Biol. 60, 9-26 (1993).
- Jeltsch, H., Cassel, J. C., Jackisch, R., Neufang, B., Green, P. L., Kelche, C., Hertting, G., Will, B. Lesions of supracallosal or infracallosal hippocampal pathways in the rat: behavioural, neurochemical, and histochemical effects. Behav Neural Biol. 62, 121-133 (1994).
- Landeau, B., Spelke, E., Gleitman, H. Spatial knowledge in a young blind child. Cognition. 16, 225-260 (1984).
- Maaswinkel, H., Whishaw, I. Q. Homing with locale, taxon, and dead reckoning strategies by foraging rats: sensory hierarchy in spatial navigation. Behav Brain Res. 99, 143-152 (1999).
- Martin, G. M., Harley, C. W., Smith, A. R., Hoyles, E. S., Hynes, C. A. Opaque transportation with rotation blocks reliable goal location on a plus maze but does not prevent goal location in the Morris maze. J Exp Psychol. 23, 183-193 (1997).
- Maurer, R., Séguinot, V., V, . What is modeling for? A critical review of the models of path integration. J Theor Biol. 175, 457-475 (1995).
- McNaughton, B. L., Barnes, C. A., Gerrard, J. L., Gothard, K., Jung, J. J., Knierim, J. J., Kudrimoti, H., Quin, Y., Skaggs, W. E., Suster, M., Weaver, K. L. Deciphering the hippocampal polyglot: the hippocampus as a path integration system. J Exp Biol. 199, 173-185 (1996).
- Mittelstaedt, M. L., Mittelstaedt, M. Homing by path integration in a mammal. Naturwissenschafen. 67, 566-567 (1980).
- Mizumori, S. J. Y., Williams, J. D. Directionally selective mnemonic properties of neurons in the lateral dorsal nucleus of the thalamus of rats. J Neurosci. 13, 4015-4028 (1993).
- Muller, R. U., Stead, M., Pach, J. The hippocampus as a cognitive graph. J Gen Physiol. 107, 663-694 (1996).
- O’Keefe, J., Nadel, L. . The hippocampus as a cognitive map. , (1978).
- O’Keefe, J., Speakman, A. Single unit activity in the rat hippocampus during a spatial memory task. Exp Brain Res. 68, 1-27 (1987).
- O’Mare, S., Rolls, E. T., Berthoz, A., Desner, R. P. Neurons responding to whole-body motion in the primate hippocampus. J Neurosci. 14, 6511-6523 (1994).
- Pearce, J. M., Roberts, A. D. L., Good, M. Hippocampal lesions disrupt navigation based on cognitive maps but not heading vectors. Nature. 369, 75-77 (1998).
- Samsonovich, A., McNaughton, B. L. Path integration and cognitive mapping in a continuous attractor neural network model. J Neurosci. 17, 5900-5920 (1997).
- Sharp, P. E. Subicular cells generate similar spatial firing patterns in two geometrically and visually distinctive environments: comparison with hippocampal place cells. Behav Brain Res. 85, 71-92 (1997).
- Sharp, P. E., Blair, H. T., Etkin, D., Tzanetos, D. B. J. Influences of vestibular and visual motion information on the spatial firing patterns of hippocampal place cells. Neurociência. 15, 173-189 (1995).
- Shapiro, M. L., O’Connor, C. N-methyl-D-aspartate receptor antagonist MK-801 and spatial memory representation: working memory is impaired in an unfamiliar environment but not in a familiar environment. Behav Neurosci. 106, 604-612 (1992).
- Squire, L. Memory and the hippocampus: a synthesis from findings with rats, monkey, and humans. Psychol Rev. 99, 195-231 (1992).
- Sutherland, R. J., Rodriguez, A. J. The role of the fornix/fimbria and some related subcortical structures in place learning and memory. Behav Brain Res. 32, 129-144 (1989).
- Taube, J. S. Head direction cells recorded from the postsubiculum in freely moving rats. I. Description and quantitative analysis. J Neurosci. 172, 49-84 (1990).
- Taube, J. S. Head direction cells recorded in the anterior thalamic nuclei of freely moving rats. J Neurosci. 15, 70-85 (1995).
- Taube, J. S., Burton, H. L. Head direction cell activity monitored in a novel environment and during a cue conflict situation. J Neurosci. 15, 1953-1971 (1995).
- Whishaw, I. Q. Activation, travel distance, and environmental change influence food carrying in rats with hippocampal, medial thalamic and septal lesions: implications for studies on hoarding and theories of hippocampal function. Hippocampus. 3, 373-385 (1993).
- Whishaw, I. Q., Jarrard, L. Similarities vs. differences in place learning and circadian activity in rats after fimbria-fornix section or ibotenate removal of hippocampal cells. Hippocampus. 5, 595-604 (1995).
- Whishaw, I. Q., Jarrard, L. E. Evidence for extrahippocampal involvement in place learning and hippocampal involvement in path integration. Hippocampus. 6, 513-524 (1996).
- Whishaw, I. Q., Maaswinkel, H. Rats with fimbria – fornix lesions are impaired in path integration: a role for the hippocampus in ‘sense of direction’. J Neurosci. 18, 3050-3080 (1998).
- Whishaw, I. Q., Mittleman, G. Visits to starts, routes, places by rats (Rattus norvegicus) in swimming pool navigation tasks. J Comp Psychol. 100, 422-431 (1986).
- Whishaw, I. Q., Tomie, J. Piloting and dead reckoning dissociated by fimbria-fornix lesions in a rat food carrying task. Behav Brain Res. 89, 87-97 (1997).
- Whishaw, I. Q., Coles, B. K. L., Bellerive, C. H. M. Food carrying: a new method for naturalistic studies of spontaneous and forced alternation. J Neurosci Methods. 61, 139-143 (1995a).
- Whishaw, I. Q., Cassel, J. C., Jarrard, 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, 5779-5788 (1995b).
- Whishaw, I. Q., McKenna, J., Maaswinkel, H. Hippocampal lesions and path integration. Curr Opin Neurobiol. 7, 228-234 (1997).
- Wiener, S. I. Spatial behavioral and sensory correlates of hippocampal CA1 complex spike cell activity: implications for information processing functions. Prog Neurobiol. 49, 335-361 (1996).
- Winer, B. J. . Statistical principles in experimental design. , (1962).
- Worden, R. Navigation by fragment fitting: a theory of hippocampal function. Hippocampus. 2, 165-188 (1992).
