Denne protokollen beskriver en opptreden analysen, basert på Barnes labyrint testen, for å studere hvordan instinktiv defensive handlinger er endret av kunnskap om romlige miljø.
Utviklingen har valgt et repertoar av defensiv atferd som er avgjørende for overlevelse over alle dyrearter. Disse atferd er ofte stereotype handlinger elicited svar medfødt aversive sensoriske stimuli, men deres suksess krever nok fleksibilitet for å tilpasse til forskjellige romlige miljøer, som kan endre seg raskt. Her beskriver vi en atferdsdata analyse for å evaluere lært romlige kunnskap om defensiv atferd i mus. Vi har tilpasset brukte Barnes labyrint romlig minne analysen for å undersøke hvordan mus navigerer til en ly under escape reaksjoner på medfødt aversive sensoriske stimuli i en roman miljø og hvordan de tilpasse seg akutte endringer i miljøet. Denne nye analysen er en etologiske paradigme som ikke krever opplæring og utnytter naturlig leting mønstrene og navigasjon strategier i mus. Vi foreslår at hvilke protokoller som er beskrevet her er en kraftig måte å studere målrettet atferd og stimulans-utløst styringen, hvilke burde være av interesse for begge feltene instinktive atferd og romlig minne.
Instinktiv defensiv atferd anses i stor grad å være fastkoblet stimulans-tiltak, som C-start bevegelse i fisk og amfibier, som flytter dyr fra en trussel kilde1. Defensiv atferd kan imidlertid være mer tilpasningsdyktige hvis de fleksibelt tar inn informasjon lært om dagens miljø. Et eksempel på slik fleksibilitet er overgangen fra flykte til frysing vist av gnagere når overfor trusselen, avhengig av tidligere kunnskap om tilstedeværelse eller fravær av ly i miljøet2,3. Andre eksempler på fleksibilitet i medfødte atferd inkluderer tilpasse flight innvielsen terskelen eller flykte hastigheten avhengig av avstanden mellom en byttedyr og dens ly4, til trusselen5,6, og tidligere erfaring 11 , 12, samt velge forskjellige defensive strategier avhengig av sensoriske egenskaper av aversive stimulans7eller selv undertrykke defensiv atferd møte konkurrerende motivasjon som sult8, 9,10. Avhengighet av handlingen utvalg på ervervet kunnskap om funksjonene romlige miljøet gjør instinktiv defensiv atferd i mus en kraftig modell for å studere mål utvalg, romlig minne og navigasjon. Her beskriver vi tilpasning av en brukte opptreden oppgave, Barnes labyrinten (BM) romlig minne analysen13, å avgjøre påvirkning av romlige miljøet på defensive tiltak valg i mus, og deres navigasjon strategier når unnslippe mot en ly.
Standard Barnes labyrinten brukes til å studere læring og romlig minne i mus består av en sirkulær ~ 90 cm diameter plattform med 20 med jevne mellomrom hull, hvorav 19 er lukket, og en fører til en underjordisk ly som mus søker for å unngå åpen-feltet miljø av plattformen. Svak aversive stimuli (buzzer, lys, fan) brukes ofte kontinuerlig i hele analysen gjør miljøet aversive og dermed fremme inntreden i ly14. I de mest brukte analysen15,16har dyr en habituering der den ledes til ly manuelt av eksperimentator umiddelbart etter plassert på plattformen. Dette etterfølges av en 4-dagers oppkjøpet periode, der hver dag musen kan navigere fritt i labyrinten i 3 minutter, etter som det er igjen manuelt guidet til ly hvis det ikke når det under leteperioden. Den siste fasen av analysen er en sonde prøve 5th dag (selv om en langsiktig sju dagers hukommelse prøve utføres også) Når Dyret Utforsker labyrinten med alle hull lukket. Læring og langsiktig minne er kvantifisert tiden det tar å finne ly og pokes i feil hull i oppkjøpet perioden, og tidsbruk nær lukket ly hullet i sonde rettssaken. Typiske resultater viser en nedgang i antall feil og ventetid til ly under oppkjøpet, og en over-sjanse andelen av tidsbruk i kvadranten som inneholder lukket målet hullet i sonde prøve15.
Mens flere varianter av BM analysen har vært beskrevet tidligere17,18,er19, paradigme vi beskriver her tre grunnleggende endringer fra standard analysen. Først dyret er igjen å utforske labyrinten og finne ly på egen hånd, og testing gjøres i samme økt, kort tid etter ly har blitt funnet, i perioder der dyr er engasjert i utforskende atferd. Selv om denne innstillingen ikke teste langsiktig hukommelse av ly plassering, er det beregnet på være naturalistiske scenario som etterligner utforskningen av romanen territorium, under trusselen om predasjon. I tillegg kan det testing av hvordan dyrene tilpasse akutte endringer i miljøet, for eksempel plutselige endringer i landskapet. Andre er et viktig aspekt av våre analysen at eksperimentator aldri styrker dyret i eller ut av hulen, som kan disorient dyret og ekskludere banen integrering20 som en levedyktig navigasjon strategi21. Banen integrering er en navigasjon strategi som selv bevegelse stikkord, for eksempel proprioceptive og vestibular Stikkordene, som følge av integrering av motor strøm, til å oppdatere den aktuelle posisjonen av dyret og navigerer mot et mål, som ikke er mulig hvis den dyr er passivt flyttet av eksperimentator. Tredje bruker vi medfødt aversive visuelle22 og auditiv23 stimuli for å framprovosere flykte til ly, som er lett skilles fra pågående foraging atferd og lar vurdering og kvantifisering av bestemte navigering strategier brukt under forsvaret fra overhengende truslene. Vi foreslår at denne analysen vil være nyttig for dissekere rolle romlige hukommelse i valg og gjennomføring av defensiv atferd, og mer generelt til bredere studere målrettet navigasjon og kortsiktige romlig minne. Protokollene beskrevet her ble introdusert av Vale et al. i 2017, som vi refererer leserne for mer dyptgående diskusjon om begrunnelsen for eksperimenter og resultater.
Analyser som beskrives her er teknisk enkle å utføre, og med unntak av plattformen rotasjon eksperimenter, kan lett implementeres i en standard Barnes labyrint. Likevel noen komplikasjoner kan oppstå: på den ene siden, musen kan virke redd for å angi ly, som ikke kan være på grunn av ly er tilstrekkelig rengjort eller tørket. På den annen side, bor musen inne i ly for svært lang tid. Det er avgjørende for disse eksperimentene at dyr aldri fjernes fra ly manuelt, ettersom dette kan forstyrre banen integrering samt nød dyrene og endre sitt svar på trusselen. Vi foreslår avslutte forsøket etter 90 min og retesting etter 48 timer om nødvendig. En annen relevant praktisk vurdering er at når musen undersøker kanten av plattformen, ikke kan den merker visuelle stimuli hvis hodet er vinklet over kanten, og dermed vi anbefaler tilbakeholdt stimuli i slike situasjoner. I tillegg kan mus hoppe ned av plattformen på sjeldne anledninger. Vi foreslår slutt eksperimentet og retesting etter 48 h. musene som aktivt lar på plattformen når vil gjøre det igjen i fremtiden og måtte utelates fra studien. Til slutt, fra vår erfaring, de fleste mus svarer på visuelle stimulans (34/36 mus). Men hvis musene ikke viser noen form for svar på den visuelle stimulans (en skremmeeffekt, en flytur eller frysing svar), bør de utelukkes fra studien.
Et viktig punkt å vurdere er at kontroll av sensoriske Stikkordene er vanligvis et problem i romlig minne analyser, som ofte er det vanskelig å eliminere alle mulige støykilder for forurensende signaler. Våre eksperimentelle oppsett reduserer eksterne visuelle stikkord ved omgir labyrinten med en vegg, og det plasseres i et lyd-dempe skap for lydisolasjon. For å minimere olfactory Stikkordene, anbefaler vi rengjøre satt opp med 70% etanol eller eddiksyre mellom eksperimenter.
Analysen vår atferdsdata legger til tidligere metoder for å studere romlige navigasjon26 ved hjelp av instinktiv defensiv atferd for å undersøke romlige hukommelse og fokusere på etologiske scenarier. En avgjørende forskjell mellom prosedyrene som er beskrevet her og standard BM analysen er mangelen på treningsøktene. I våre analyser sikrer habituering perioden at musen besøk Le minst en gang og ofte mange ganger, som vi tidligere har vist tilstrekkelig grunn til å huske den ly beliggenhet2. Vi tror at en viktig grunn for høy suksessrate og nøyaktigheten i å finne ly selv opplæring er aldri passivt fortrenge dyret under eksperimentet, dermed gjør banen integrasjon en levedyktig navigasjon strategi. Vi Merk at analysen vår avtaler med minne dannet og vurdert i en enkelt økt, og at vi ikke har testet for langsiktige minne ly posisjonen, som vanligvis er målet med standard BM eksperimenter. Til slutt bruker diskrete medfødt aversive stimuli i stedet brukte fan eller buzz for varigheten av økten, analysen vår gir veldig god eksperimentelle kontroll over to atferd som kan bruke forskjellige navigering strategier: beite og Le-rettet rømme. Vi mener at bruken av disse analyser i kombinasjon med moderne nevrovitenskap teknikker for opptak og manipulere nevrale aktivitet kan gi viktig innsikt i hvordan nevrale kretser beregne atferd.
The authors have nothing to disclose.
Dette arbeidet ble finansiert av en Wellcome Trust/Royal Society Henry Dale Fellowship (098400/Z/12/Z), en Medical Research Council (MRC) gi MC-UP-1201/1, Wellcome Trust og Gatsby veldedige Foundation SWC fellesskap (til TB), MRC PhD Studentship (D.E. og R.V) og en Boehringer Ingelheim Fonds PhD fellesskap (til R.V). Vi takker Kostas Betsios for programmering av oppkjøpet programvare, LMB mekaniske og elektriske Workshops for å bygge eksperimentelle arena.
Infrared iluminators TV6700 | Abus | – | |
DLP projector Infocus IN3126 | Infocus | 0001740992-00000001 | |
Ultrasound speaker Pettersson L60 | Pettersson Elektronik | – | |
Amplifier QTX PRO240 | QTX | – | |
Soundcard Xonar D2 | Asus | 90-YAA021-1UAN00Z | |
HP Z840 desktop | HP | F5G73AV | |
100 micron drafting film | Xerox | 3R98145 | |
Near infrared camera: Basler acA1300-60gmNIR | Basler | 106202 | |
National Instruments BNC-2110 | National instruments | 777643-01 | |
LabVIEW 2015 64-bit | National instruments | – | |
Custom made Barnes maze | MRC Laboratory of Molecular Biology mechanical workshop | – |