En video demonstration av bevarade Lotsning av Scent Tracking men Nedsatt Dead Reckoning Efter Fimbria-fornix Skador i Rat
Summary
I ett pilotprojekt doft spårning uppgift, förmåga råttorna att återgå till en fristad med mat med hjälp av Visual en doft spår eller med hjälp av död räkning i infrarött ljus visar den integrerade rekord av tidigare rörelser, att hippocampus är nödvändigt för död räkning.
Abstract
Pilotprojekt och död räkning navigering strategier använder mycket olika kö konstellationer och beräkningsmetoder processer (Darwin, 1873, Barlow, 1964; O'Keefe och Nadel, 1978, Mittelstaedt och Mittelstaedt, 1980; Landeau et al, 1984;. Etienne, 1987; Gallistel, 1990; Maurer och Séguinot, 1995). Lotsningen kräver användning av förhållandet mellan relativt stabil extern (visuell, lukt, hörsel) signaler, medan död räkning kräver integration av signaler som genereras av själv-rörelsen. Djur får själv-rörelsen information från vestibulära receptorer, och möjligen muskler och leder receptorer, och efference kopia av kommandon som genererar rörelse. Ett djur kan också använda flöden av syn-, hörsel och lukt stimuli orsakats av dess rörelser. Använda ett pilotprojekt strategi för ett djur kan använda geometriska beräkningar för att bestämma riktning och avstånd till platser i sin omgivning, medan med en död räkning strategi som den kan integrera signaler som genereras av sina tidigare rörelser för att återgå till ett just lämnat platsen. Död räkning är i vardagligt tal kallas "riktning" och "känsla av avstånd."
Även om det finns mycket som tyder på att hippocampus är inblandad i lotsa (O'Keefe och Nadel, 1978, O'Keefe och Speakman, 1987) finns det också belägg från beteendeterapi (Whishaw et al, 1997;. Whishaw och Maaswinkel, 1998; Maaswinkel och Whishaw, 1999), modellering (Samsonovich och McNaughton, 1997), och elektrofysiologiska (O'Mare et al, 1994;. Sharp et al, 1995;. Taube och Burton, 1995, Blair och Sharp, 1996; McNaughton et al ., 1996, Wiener, 1996; Golob och Taube, 1997) studier att hippocampus bildningen är inblandad i död räkning. Den relativa betydelsen av hippocampus till de två formerna av navigering är fortfarande osäkert, dock. Vanligtvis är det svårt att vara säker på att ett djur med ett lotsa kontra en död räkning strategi, eftersom djur är mycket flexibla i sin användning av strategier och signaler (Etienne et al, 1996;. Dudchenko et al, 1997;. Martin et al . 1997; Maaswinkel och Whishaw, 1999). Målet för den nuvarande videodemonstrationer var att lösa problemet med kön specifikation för att undersöka den relativa betydelsen av hippocampus i användningen av dessa strategier. Råttorna har utbildats i en ny uppgift där de följde linjär eller polygon doftande spår för att få ett stort mat pellets dold på ett öppet fält. Eftersom råttor har en benägenhet att bära maten tillbaka till fristaden, noggrannhet och de ledtrådar som används för att återvända till hemmabasen var beroende variabler (Whishaw och Tomie, 1997). Att tvinga ett djur för att använda AA död räkning strategi för att nå sin tillflykt med maten var råttorna testas när ögonbindel eller under infrarött ljus, en spektral våglängd där de inte kan se, och i vissa experiment doften stigen var dessutom bort när en djuret nått mat. För att undersöka den relativa betydelsen av hippocampus, fimbria-fornix (FF) lesioner, som stör informationsflödet i hippocampus bildning (Bland, 1986), försämring av minnet (Gaffan och Gaffan, 1991), och producerar rumsliga underskott (Whishaw och Jarrard, 1995), har använts.
Protocol
Discussion
Experimenten undersökte bidrag hippocampus att lotsningen kontra död räkning navigering genom att utnyttja en ny uppgift där råttor utmanare för att återvända hem efter en yttre resa efter en doftande sträng från sin tillflykt till ett livsmedel pellets ligger i slutet av strängen. Kontroll råttor navigera effektivt med både rumslig och död räkning strategier. De råttor med fimbria-fornix lesioner navigeras framgångsrikt med hjälp av en strategi för regional utveckling, men var nedsatt när de tvingas…
Acknowledgements
Detta arbete stöddes av den kanadensiska Institute of Health Research.
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).
