Vurdere Spatial læring og hukommelse i små Squamate Krypdyr

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 leveraged en rekke paradigmer for å vurdere kognitiv svikt, ofte rettet mot romlig læring og hukommelse evner. Men interessen for de kognitive prosesser av nonmodel arter, typisk innenfor en økologisk sammenheng, har også blitt en voksende fagområde. Spesielt er interessen for de kognitive prosesser i reptiler vokser selv om eksperimentelle studier på krypdyr kognisjon er sparsommelig. De få krypdyr studier som har eksperimentelt testet for romlig læring og hukommelse har brukt gnager paradigmer modifisert for bruk i reptiler. Men økologisk viktige aspekter av fysiologi og atferd i denne taksonomisk gruppe må tas i betraktning når du tester for romlig basert kognisjon. Her beskriver vi modifikasjoner av det tørre land Barnes labyrint og tilhørende testing protokoll som kan forbedre ytelsen når sondering for romlig læring og hukommelse evne i små squamate reptiler. Den beskrevne paradigmet og proprosedyrer ble brukt med hell med mannlige side blotched øgler (Uta stansburiana), som viser at romlig læring og hukommelse kan bli vurdert i denne taksonomisk gruppe med en økologisk relevant apparat og protokoll.

Introduction

Mange av nevrodegenerative sykdommer så som Alzheimers til stede med en progressiv nedgang i kognitive evner, vanligvis sammenfallende med degradering av hjernen ^1-4. For å teste for påvirkning av hjerneskade og degradering på kognitive prosesser, har klinisk forskning utnyttes fordelene med modellgnagerarter og standardisering av testapparatet og protokoll. Spesielt har romlige læring og hukommelse prosesser blitt vurdert gjennom flere standard paradigmer som Morris vannet labyrint, Barnes labyrint, og radial arm labyrint (for en omfattende gjennomgang av disse og andre paradigmer, se ^5,6). Den rike historien til disse romlige læring og hukommelse paradigmer har vist seg ganske vellykket, slik at forskerne å forstå mange av de fasetter og nyanser av forholdet mellom menneskets hukommelse, hjernens funksjon, og sykdom.

Mens vurdering av kognitive prosesser har blitt undersøkt i klinisk forskning for å sluttee litt tid, forskning rettet mot de kognitive evnene til nonmodel arter er relativt ny. Forskere som studerer kognisjon i nonmodel arter er vanligvis interessert i økologisk og evolusjonær relevansen av kognitive prosesser, spesielt i sammenheng med overlevelse og reproduksjon. Noen studier i reptiler har antydet at avanserte kognitive evner, spesielt romlig minne, kan ligge til grunn for noen atferd, særlig de som gjelder navigering og orientering. Men mens mange studier har vist at reptiler kan reorientere etter forskyvning ^7,8, den kognitive mekanismene bak reorientering oppførsel har ennå ikke blitt ertet hverandre. På grunn av dette, har noen studier forsøkt å eksperimentelt vurdere betydningen av romlig læring og hukommelse under navigering ^9-17. Metodikken i disse studiene er hovedsakelig modellert etter gnager paradigmer og protokoller, noen ganger modifisert for bruk i reptiler, men disse studienehar hatt variabel suksess i å vurdere romlig minne. Noen studier har vist romlig læring og hukommelse i enkelte arter ^11-17 mens andre studier fant ingen bevis for en slik ^9,10. Dermed er rollen eller eksistensen av romlig læring og hukommelse under navigering i reptiler fortsatt uklart.

Et problem som kan være problematisk når eksperimentelt vurdere romlig læring og hukommelse i reptiler er den økologiske relevansen av oppgaven. Reptiler er en spesiell taksonomisk gruppe ganske forskjellig fra gnagere, viser stor variasjon i økologi, atferd og fysiologi. Forskjeller i atferd over krypdyr arter kunne påvirke vurderingen av romlige kognitive evner, spesielt hvis paradigmet brukes ikke tappe inn i en naturlig atferd. For eksempel, i en art som vanligvis søker tilflukt i små sprekker, romlige evner kan lett bli vurdert ved hjelp av en Barnes labyrint mens denne labyrinten ikke kan være det ideelle paradigmet valgi en art som vanligvis forblir urørlig. Likeledes er de fleste squamate reptiler er ikke vann og dermed Morris vannlabyrint kan ikke være et egnet valg for testing romlig læring og hukommelse (men se ^15); kan imidlertid denne labyrinten være et ideelt valg for testing romlige evner i skilpadder ^16. Til slutt må fysiologi av denne gruppen gjøres rede for, som reptiler er ectothermic og riktig temperatur vedlikehold, spesielt av underlaget, må vurderes i løpet av testprosedyren.

Protokollen og paradigmet som presenteres her ble brukt til å undersøke for romlig læring og hukommelse hos voksne side blotched øgler (Uta stansburiana) ^13, en liten øgle som vanligvis flykter fra rovdyr i små sprekker i bergarter ^18. Å vite dette aspektet av naturhistorie og oppførsel av artene, brukte vi en modifikasjon av den tradisjonelle Barnes labyrinten for å teste for romlig læring og hukommelse. Barnes labyrinten isa tørt-land labyrint og vanligvis brukt for å teste romlig erkjennelse i gnagermodeller. Vi modifisert vår labyrint på flere måter fra gnager labyrint, både i design og protokoll (beskrevet nedenfor). Vår labyrint besto av en sirkulær plattform med 10 hull med samme avstand fra hverandre langs omkretsen av plattformen (figur 1). Protokollen er beskrevet her innebærer en gjenstand som deltar i opplæring forsøk for å lære plasseringen av et mål hull, da, når faget lærer plasseringen av målet hull, en sonde prøve brukes til å fastslå romlig minne bruk under navigering til mål.

Protocol

Alle prosedyrer ble godkjent av Penn State University Institutional Animal Care og bruk Committee (IACUC – Protokoll ID: 43242) og levd opp til alle lokale, statlige og føderale forskrifter. 1. Forberedelse Kjøpe eller bygge Barnes labyrinten, sikre dette målet hullene er riktig størrelse for de arter av interesse. For denne protokollen, bruker sju voksne side blotched øgler (Uta stansburiana). Bestem tilstrekkelig utvalgsstørrelse for studier med andre arter. <…

Representative Results

Denne protokollen gjør det mulig for den eksperimentelle vurdering av romlig basert navigasjon i små øgler. En tidligere studie med hell brukt denne protokollen for å sondere for romlig navigasjon i mannlige side flekket øgler 13. I den aktuelle studien, menn ble opplært til å navigere til et mål hull, og når kriteriet ble nådd, kommet inn i en sonde rettssak for å vurdere signaler prioriterte når du navigerer til et mål hull. <p class="jove_content" fo:keep-t…

Discussion

Når eksperimentelt teste for romlig læring og hukommelse, er det flere viktige konseptuelle problemstillinger som er omtalt i noen av de viktigste trinnene i protokollen. For det første må fag demonstrere at de lærer plasseringen av målet hullet i løpet av treningsforsøk. Oppnå den forhåndsinnstilte kriteriet viser at læring i mål hullet plassering har oppstått. Dersom fag ikke lærer plasseringen av målet hullet, er det ikke mulig måte å deretter bestemme et navigasjons strategi. Hvis dyrene nå kriteri…

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.