보충 환경의 효능을 평가하는 수단으로서 퍼즐 상자의 사용

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

환경 농축 (EE)은 일관 초래, 동물의 행동에 영향을 미치는 것으로 밝혀졌다 사회적 상호 작용, 운동 활동, 통상 표준 실험실 environment.EE 경험보다 더 감각 자극에 대한 증가 된 기회를 가진 동물을 제공하는 환경으로 정의 될 수있다 이러한 학습과 기억 작업의 스트레스와 불안 관련 활동 ^8-10의 감소, 성능 향상 등의 변경 ^{8, 11,} 모터 조정과 탐구 활동 ^(11), 중독성 물질에 산모 관리 ^(8)뿐만 아니라 저항의 변화를 조기에 발병 ^{12 15.} 또한, EE는 발병을 지연시키고 헌팅 ^1-4,16, 파킨슨 ⁽¹⁷⁾ 및 알츠하이머 병 ^(18)의 동물 모델에서 증상의 중증도를 감소, 신경 퇴행성 질환의 효과를 개선하기 위해 보여왔다.

이러한 변화는 고전EE는 뇌 전반에 걸쳐 유도하는 것으로 알려져 해부학 분자 변경에 관한 것이다. 개발의 초기 단계에서 풍부한 환경에서 자란 동물 ^9,2-22과 시냅스 밀도 ²³ 분기 수지상 증가 뇌 무게와 대뇌 피질의 두께를 포함하는 신경 변경의 무수를 보여준다. EE는 레벨 가속 감각 ^25,26,28,29 개발, 니모닉 ^(30)뿐만 아니라, 모터 회로들 ^{(31, 32)에} 기여하는 것으로 나타났다 성장 인자 발현 ^9,24-30, 양쪽의 타이밍을 변경할 수있다.

계정에 개별 연구 ^9,24,27,30 내에서 사용되는 동물과 환경의 다른 유형을 고려하지 않고, EE의 영향을 조사 할 때 이전 작업은 시간 모순 된 연구 결과에서 밝혀졌다. 현재, 상이한 균주의 다양한 사양 EE 패러다임의 효과를 측정하는 데 사용될 수있는 단순하고 일관된 행동 태스크가 없다동물의 이거 야.

퍼즐 박스 작업은 동물의 기본 문제는 능력 ^(7)을 해결 결정하는 간단한 테스트로 설계되었다. 오픈 영역에 배치 동물 덮여 지역 / 쉼터를 액세스하기 위해 작은 구멍에 위치하고 물질을 방해 제거해야합니다. 각 피실험자 세 가지인지 적 속성을 평가하기 위해 동일한 장애물 세 실험을 설명한다. 첫 시도는 고유 또는 기본 문제 해결 능력의 기준 표시를 산출한다. 동일한 날에 실행 번째 시험은을 개선하고, 따라서 특정 장애물을 제거하기위한 전략을 강화하는 동물의 능력의 어떤 표시를 제공한다. 다음 날짜에 이루어진 세 번째 시험은 작업에 학습 솔루션을 유지하고 기억하는 주체의 능력에 대한 통찰력을 제공합니다.

동물이 "방해 퍼즐"을 해결하기위한 동기는 잠재적으로 변화 될 수있다들판을 방지하고 주변 환경 ^6,7 탐험 쉼터뿐만 아니라 고유의 드라이브를 추구하는 타고난 욕망을 불러 일으킨다. 퍼즐 상자를 해결하기 위해 욕망을 기본 잠재적 인 행동 드라이버의 다수는 뇌의 다양한 영역이 작업 성능을 중재에 참여하는 것이 좋습니다. 이전 연구는 정신 분열증의 쥐 모델에서, 전두엽 피질뿐만 아니라 해마가이 작업 ^(5)의 인수에 참여하는 것으로 나타났습니다. 쥐의 병변 연구는 또한 다양한 시상 핵, 시상 하부, 소뇌, 그리고 변연계 구조를 포함 퍼즐 박스 성능에 관련된 뇌 영역의 큰 숫자를 공개했다. 함께, 이러한 결과는 작업을 해결하는이 문제에 관여하는 것은인지 기능과 관련된 신경 구조의 호스트를 포함 나타냅니다.

퍼즐 상자 m에 의해 전시 된 쥐의 능력을 문제 해결뿐만 아니라인지 적자를 평가하기 위해 성공적으로 사용되어왔다정신 분열증 ^5-7의 소변 모델. 작업의 성능은 매우 일관성이 있어야하고, 다른인지 행동 검사 ^(6)의 결과와 상관 관계가 밝혀졌다. 이 연구의 목적은 EE의 유효성을 판정하는 간단하고 신뢰성있는 방법이 될 퍼즐 상자 태스크에 적응하는 것이였다.

Protocol

윤리 문 : 모든 절차는 시드니 대학의 동물 윤리위원회의 승인을 국민 건강과 호주 가이드 라인의 의학 연구위원회 (Medical Research Council)를 본했다. 절차는 대학 시드니의 보쉬 설치류 시설에서 양육 된 C57 / BL6J 마우스에서 수행되었다. 모든 마우스는 건조 식품과 물에 대한 광고 무제한으로 액세스 할 수있는 개별 환기 케이지에서 0600 시간에 조명 12 시간 명암주기에 21 ° C의 주변 온도에서 …

Representative Results

여기에 설명 된 결과는 다른 새끼로 구성된 여러 동료에서 가져온 데이터, 대표 샘플입니다. 모든 행동 테스트는 코호트 내에서 동물의 무작위 시험 순서로, 0700 및 1100 시간 사이에 실시되었다. (15, 7 여성 8 남성 N = ()를 참조 풍부한 환경에서 자란 동물 (N = 14, 7 여성 7 남성) 표준 환경에서 제기보다 퍼즐 박스 내에서 방해 작업을 해결하기 위해 훨씬 적은 시간이 걸렸습니다 그림 3) (?…

Discussion

제시된 데이터는 퍼즐 상자 효과적으로 사용될 수 EE의 영향을 평가하는 것을 보여준다. 풍부한 환경에서 발생하는 마우스는 지속적으로 표준 실험실 조건에서 제기 동물보다이 행동 분석에서 방해 퍼즐을 해결하는 데 훨씬 더 적은 시간이 걸렸습니다. 또한,이 차이는 EE 태스크가 제시 한 문제에 대한 해결책을 강화하거나 유지하는 능력을 기준으로 동물의 기본 문제 해결 능력에 더 큰 영향력을…

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.