成人ゼブラフィッシュを用いた学習・記憶研究における認知評価のための連想学習ツールとしてのシャトルボックスアッセイ
Summary
学習と記憶は、発達障害、疾患依存性、または環境に依存する認知障害の研究において強力な指標です。ほとんどの認知評価には、特殊な機器と広範な時間のコミットメントが必要です。しかし、シャトルボックスアッセイは、従来のゲルボックスを利用して、成体ゼブラフィッシュ認知の迅速かつ信頼性の高い評価を行う自動調整学習ツールです。
Abstract
学習障害や記憶障害を含む認知障害は、様々な発達および加齢性神経変性疾患および外傷性脳損傷(TBI)の主要な症状である。ゼブラフィッシュは、開発中の透明性と神経外傷後の堅牢な再生能力のために重要な神経科学モデルです。ゼブラフィッシュには様々な認知テストが存在する一方で、迅速な認知評価のほとんどは非連想学習を調べる。同時に、連想学習アッセイは、多くの場合、数日または数週間を必要とします。ここでは、有害な刺激(感電)を利用し、必要な準備時間を最小限に抑える、迅速な連想学習試験について述べています。ここに示されるシャトルボックスのアッセイは、初心者の研究者にとって理想的で、最小限の機器を必要とします。我々は、TBIに続いて、このシャトルボックステストが認知障害と若いゼブラフィッシュから古いゼブラフィッシュへの回復を再現的に評価することを実証する。さらに、アッセイは即時または遅延メモリを調べるために適応可能である。我々は、単一のTBIと繰り返されるTBIイベントの両方が学習と即時記憶に悪影響を及ぼすが、遅延メモリではないことを示す。したがって、我々は、シャトルボックスアッセイが認知障害の進行と回復を再現的に追跡すると結論付ける。
Introduction
学習と記憶は、老化、神経変性疾患、または傷害のために起こる認知障害の指標として日常的に使用されています。外傷性脳損傷(TI)は、認知障害をもたらす最も一般的な傷害である。TISは、前頭側頭型認知症やパーキンソン病1、2などのいくつかの神経変性疾患との関連のために懸念が高まっている。さらに、一部のTBI患者において観察されたβ-アミロイド凝集の増加は、アルツハイマー病3,4の発症にも関連している可能性があることを示唆している。TISはしばしば鈍い力の外傷の結果であり、軽度の脳損傷(miTBI)が最も一般的である重度の範囲をまたがる。しかし、miTIsは短期間だけ軽度の認知障害を引き起こし、負傷した個人は通常完全に6回復するため、報告されず、誤診されることが多い。対照的に、miTBIイベントの繰り返しは、若年および中年の成人に非常に普及しており、時間7を経て蓄積し、認知発達を損なう可能性があり、中等度または重度のTBI8を経験する個人と同様に、神経変性疾患1、2、3、4、5を悪化させるため、懸念が高まっている。
ゼブラフィッシュ(Danio rerio)は、神経科学における様々なトピックを探索するための有用なモデルであり、中枢神経系9、10、11、12、13を通して失われたまたは損傷したニューロンを再生する能力を含む。神経再生は、後頭領域にアーキマリウムを含むテレンスファルンでも実証された。この神経解剖学的領域は海馬に類似しており、魚の認知とヒト14、15、16の短期記憶のために必要とされる可能性が高い。さらに、ゼブラフィッシュの挙動は、17を広範囲に特徴付け、カタログ化されている。学習は、驚くべき応答18への慣化を含む様々な技術を通じて研究されてきたが、これは短いブロックで行われ、急速な減衰時間19に注意を払って行われるときの非連想学習の急速な形態を表すことができる。Tボックス、プラス迷路、視覚差別20、21などの連想学習のより複雑なテストが使用されますが、多くの場合、時間がかかり、準備の数日または数週間を必要とし、浅瀬または肯定的な補強に依存しています。ここでは、連想学習と即時記憶または遅延メモリの両方を評価するための迅速なパラダイムについて説明します。このシャトルボックスアッセイは、鈍い力TBIに続く認知障害と回復を評価するために回避刺激および否定的な補強コンディショニングを使用する。我々は、損傷を受けていない対照成類のゼブラフィッシュ(8〜24ヶ月)が、観察者間で高い一貫性を持つシャトルボックス内の20回の試験(<20分の評価)以内に赤色光を避けることを再現的に学ぶことを実証する。さらに、シャトルボックスを使用すると、成人(生後8~24ヶ月)の学習能力と記憶能力が一貫しており、異なるTBIの重大な障害または繰り返しTBIの間に重大な障害を持つ認知をアッサングするのに有用であることを実証しています。さらに、この方法は、成人ゼブラフィッシュにおける認知の維持または回復に影響を与える幅広い疾患の進行または薬物介入の有効性を追跡するための指標として迅速に採用することができる。
ここでは、複雑な連想学習(セクション1)とメモリの両方を即時記憶と遅延記憶の両方で調べることができる迅速な認知評価の説明的概要を提供する。このパラダイムは、学習した連想認知タスク(セクション2)の短期記憶と長期記憶の評価を提供します。
Protocol
Representative Results
Discussion
認知障害は、生活の質に大きく悪影響を及ぼす可能性があります。集団全体で脳震盪や外傷性脳損傷の可視性と発生が増加しているため、認知障害を引き起こす方法と損傷を最小限または逆転させる方法を理解することが重要です。これらの理由から、認知機能低下をテストできるモデル生物は、これらの研究において重要な役割を果たす。げっ歯類は長い間神経行動と認知を調査する主要?…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
著者らは、ハイドラボのメンバーが思慮深い議論をしてくれたことに感謝し、ゼブラフィッシュケアと畜産のためのフライマンライフサイエンスセンターの技術者に感謝したいと考えています。この研究は、ノートルダム大学ノートルダム大学ゼブラフィッシュ研究センター、ノートルダム大学幹細胞再生医療センター、国立科学財団大学院研究フェローシッププログラム(JTH)NIH R01-EY018417(DRH)の国立眼科研究所からの助成金によって支援されました。 自由フェローシップのセンチネル(JTH)とパット・ティルマン奨学金(JTH)。図1 は BioRender.com で作られています。
Materials
| Flashlight | Ultrafire | 9145 | |
| Instant Ocean | Instant Ocean | SS15-10 | |
| Large DNA Gel Box | Fisher Scientific | FB-SB-1316 | Shuttle Box |
| Power Supply | Fisher Scientific | FB-105 |
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