השימוש בתיבת פאזל כאמצעי להערכת היעילות של הסביבה העשרה

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

העשרה סביבתית (EE) יכולה להיות מוגדרת כסביבה המספקות בעלי חיים עם הזדמנות מוגברת לאינטראקציה חברתית, פעילות מוטורית, וגירויים חושיים יותר מאשר בדרך כלל חווה בenvironment.EE מעבדה סטנדרטית הוכח להשפיע באופן עקבי את התנהגותם של בעלי חיים, להביא ל שינויים כגון הפחתה של מתח ופעילות הקשורה לחרדה ^8-10, ביצועים משופרים במשימות למידה וזיכרון ^8,11, התחלה המוקדמת של קואורדינציה מוטורית ופעילות גישוש ^11, שינויים בטיפול אימהי ^8, כמו גם התנגדות לחומרים ממכרים ^{12 15.} יתר על כן, EE נחשף לשיפור ההשפעות של הפרעות ניווניות, לעכב את התחלתה, ולהקטין את חומרת הסימפטומים במודלים של בעלי חיים של הנטינגטון ^1-4,16, פרקינסון ¹⁷ ומחלת אלצהיימר ^18.

שינויים אלה CORמתייחס בשינויים אנטומיים ומולקולריים EE ידוע לגרום בכל רחבי המוח. בעלי חיים שגודלו בסביבה מועשרת מהשלבים המוקדמים של פיתוח להראות מספר עצום של שינויים עצביים, כוללים משקל המוח גדל ועובי קליפת המוח, הדנדריטים הסתעפות ^9,2-22 וצפיפות הסינפטית ^23. EE יכול לשנות גם את הרמה ועיתוי של ביטוי גורם הגדילה ^9,24-30, אשר הוכח לתרום לפיתוח מואץ של ^25,26,28,29 חושיים, ³⁰ יינון, כמו גם מעגלי מנוע ^31,32.

מחקרים קודמים גילו בממצאים סותרים פעמים כאשר חוקרים את ההשפעה של EE, מבלי לקחת בחשבון את הסוגים השונים של בעלי חיים וסביבות שימוש בתוך מחקרים בודדים ^9,24,27,30. נכון לעכשיו, אין משימה התנהגותית עקבית ופשוטה שיכול לשמש כדי למדוד את האפקטיביות של פרדיגמות EE שונות בזנים שונים ומפרטies של בעלי חיים.

משימת תיבת פאזל תוכננה כבדיקה פשוטה כדי לקבוע פתרון הבעיות המקומיות של חיה יכולת ^7. בעלי חיים ממוקמים בשטח הפתוח נדרשים להסיר שיבוש חומרים ממוקמים בתוך פתח קטן כדי לגשת לאזור / מקלט מכוסה. כל נושא נתון שלושה ניסויים עם אותו החסימה על מנת להעריך שלוש תכונות קוגניטיביות שונות. המשפט הראשון מניב אינדיקציה בסיסית של יכולת פתרון בעיות הגלומה או ילידים. המשפט השני, לרוץ באותו היום, נותן אינדיקציה ליכולתו של בעל החיים כדי לשפר וכך לחזק את האסטרטגיות להסרת החסימה הספציפית. המשפט השלישי, שנערך ביום הבא, מספק תובנה היכולת של הנושא כדי לשמור ולזכור את הפתרון למד את המשימה.

המוטיבציה לפתרון "חידות חסימה" אלה על ידי בעלי החיים יכולה להיות מגוונת, באופן פוטנציאלילעורר תשוקה מולדת להימנע שדות פתוחים ולחפש מחסה, כמו גם כונן פנימי לחקור את הסביבה שלהם ^6,7. שפע של נהגי התנהגות פוטנציאליים העומדים בבסיס הרצון לפתור את תיבת פאזל מצביע על כך שהאזורים שונים של המוח מעורבים בתיווך ביצוע משימה. מחקרים קודמים הראה כי במודלים עכבריים של סכיזופרניה, קליפת מוח הקדם חזיתית, כמו גם את ההיפוקמפוס מעורב ברכישה של משימה זו ^5. מחקר נגע בחולדות גם חשף מספר רב של אזורים במוח המעורבים בביצועי Box פאזל, כוללים גרעינים שונים התלמוס, ההיפותלמוס, המוח הקטן, ומבנים הלימבית. יחדיו, ממצאים אלה מצביעים על כך שעוסקים בבעיה זו פתרון משימה כרוך שורה של מבנים עצביים הקשורים בתפקוד הקוגניטיבי.

תיבת פאזל שמשה בהצלחה על מנת להעריך את יכולת פתרון הבעיות של עכברים, כמו גם ליקויים קוגניטיביים הוצגו על ידי מ 'דגמי שתן של סכיזופרניה ^5-7. ביצועים במשימה הוכח להיות עקבי מאוד, ולתאם גם עם תוצאות של בדיקות קוגניטיבי-התנהגות אחרות ^6. מטרת עבודה זו הייתה וכך להתאים את משימת Box פאזל להפוך לאמצעי פשוט ואמין לקביעת היעילות של EE.

Protocol

הצהרת אתיקה: כל ההליכים אושרו על ידי ועדת האתיקה של בעלי החיים מאוניברסיטת סידני והותאמו לבריאות הלאומית ומועצה למחקר רפואי של הנחיות אוסטרליה. נהלים בוצעו על עכברי C57 / BL6J שגודלו במתקן Bosch מכרסמים אוניברסיטת סידני. כל העכברים שוכנו בחדר מאוורר כראוי-אחת ב 21 ° C טמפרטו?…

Representative Results

התוצאות שתוארו כאן הן מדגם מייצג, עם נתונים שנלקחו מכמה קבוצות מורכבות מהמלטות שונות. כל הבדיקות התנהגותיות נערכו בין 0700 ו 1100 שעות, עם סדר בדיקה אקראי של בעלי חיים בתוך קבוצה. בעלי חיים גדלו בסביבה מועשרת (n = 14, 7 נשים ו -7 גברים) לקחו פחות זמן לפתור את משימות החסימה בתוך ת…

Discussion

הנתונים שהוצגו מראים כי תיבת פאזל ניתן להשתמש ביעילות על מנת להעריך את ההשפעה של EE. עכברים שגודלו בסביבה מועשרת לקחו באופן עקבי באופן משמעותי פחות זמן כדי לפתור חידות חסימה בתוך assay התנהגות זו מאשר בעלי חיים שגדלו בתוך תנאי מעבדה סטנדרטיים. יתר על כן, הבדל זה היה בולט ?…

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.