Summary
Ici, nous présentons un protocole pour le test d’évitement de lieu actif, un paradigme d’apprentissage spatial dépendant de l’hippocampe conçu pour les rongeurs. La modification des paramètres clés permet de retester les animaux avant et après les traitements ou au fil du temps.
Abstract
L’apprentissage spatial dépendant de l’hippocampe chez les rongeurs a été testé à l’aide de diverses méthodes. Il s’agit notamment du labyrinthe aquatique de Morris (MWM), du labyrinthe en Y et des tâches de localisation d’objets nouveaux (NOL). Plus récemment, la tâche d’évitement actif des lieux (APA) a été développée comme alternative à ces approches plus traditionnelles. Dans la tâche APA, les souris doivent utiliser des repères spatiaux placés autour d’une arène en rotation pour éviter une zone de choc stationnaire. En raison des multiples paramètres qui peuvent être ajustés, la tâche APA s’est avérée être une approche très polyvalente. Il se prête à être utilisé longitudinalement et de manière répétée pour la même cohorte de souris. Ici, nous fournissons un protocole détaillé pour mener à bien la tâche APA. Nous mettons également en évidence d’autres approches APA qui peuvent être utilisées pour examiner différentes composantes de l’apprentissage spatial. Nous décrivons les processus de collecte et d’analyse des données. Les étapes critiques de la tâche APA sont abordées afin d’augmenter les chances de réussite du test. La tâche APA présente plusieurs avantages par rapport aux tests de navigation spatiale plus traditionnels. Il convient de l’utiliser avec des souris âgées ou celles présentant des phénotypes de maladies telles que la maladie d’Alzheimer. La complexité de la tâche peut être facilement modifiée, ce qui permet de tester un large éventail de souches de souris. De plus, la tâche APA convient aux tests sur des animaux qui ont subi une intervention chirurgicale ou des interventions expérimentales susceptibles d’avoir affecté la fonction motrice ou neuronale, comme un accident vasculaire cérébral ou une lésion cérébrale traumatique.
Introduction
L’évitement actif des lieux (APA) est un outil efficace pour tester l’apprentissage spatial dépendant de l’hippocampe chez les rongeurs 1,2,3,4. Au cours de la tâche APA, l’animal est placé sur une arène rotative et doit utiliser des repères visuels pour s’orienter et éviter une zone de chocaversive 5. La rotation de l’arène garantit que la souris ne peut pas utiliser une approche idiothétique pour la navigation, ni les marques olfactives, car ces repères tournent sur la plate-forme tandis que la zone de choc reste stationnaire5. La modification de la vitesse et de la direction de l’arène, ainsi que de l’emplacement de la zone de choc et des repères visuels, permet de tester à nouveau les souris plusieurs fois 6,7,8. L’APA offre plusieurs avantages distincts par rapport au labyrinthe d’eau Morris (MWM), l’un des tests d’apprentissage spatial les plus utilisés. Il est important de noter que les souris ont une aversion pour la natation et trouvent la tâche MWM extrêmement stressante9. De plus, il a été signalé que des souris âgées flottaient pendant la tâcheMWM 10, ce qui la rend inappropriée comme tâche d’apprentissage spatial dans de nombreux cas. De plus, la tâche MWM nécessite une plate-forme cachée et immergée pour que les souris puissent la localiser pendant les tests. Cela nécessite que l’eau soit opaque, ce qui est généralement obtenu par l’ajout de peinture blanche. Le suivi et l’analyse des animaux pendant les tâches comportementales nécessitent un contraste suffisant entre le sujet et l’environnement, excluant certaines souches de souris telles que Swiss ou BALB/c d’être testées dans le MWM. Dans la tâche APA, ce problème est contourné par l’ajout de plastique noir sous la grille.
Plusieurs paradigmes APA ont été conçus pour tester l’apprentissage spatial, démontrant ainsi son utilité en tant qu’outil comportemental efficace. Par exemple, l’acquisition, la rétention et la consolidation de l’apprentissage spatial sont généralement réalisées par des tests quotidiens sur des animaux qui peuvent durer de 3 à 5 jours 6,7,11,12. La mémoire et l’apprentissage sont quantifiés en comparant le nombre de chocs reçus chaque jour d’acquisition. Le temps jusqu’à la première entrée et le temps maximum pour éviter la zone de choc sont également des paramètres importants qui peuvent être utilisés pour déterminer les changements dans la capacité d’apprentissage au cours de la tâche. Alternativement, la mémoire de travail spatiale peut être testée en effectuant une seule session APA de 30 minutes 2,13 où l’apprentissage spatial est mesuré comme les changements au cours de la session en comparant les performances, telles que le nombre de chocs, dans des groupes de 5 minutes.
Dans cet article, nous décrivons la tâche APA et mettons en évidence les principales caractéristiques qui doivent être prises en compte lors de la réalisation de ce test d’apprentissage spatial.
Protocol
Toutes les procédures animales ont été approuvées par le comité d’éthique animale de l’Université du Queensland selon les directives du Conseil national de la santé et de la recherche médicale d’Australie (numéro d’approbation : QBI/189/15).
1. Configuration de la salle APA
REMARQUE : L’appareil APA comprend une arène surélevée avec un sol en grille métallique entouré d’une bordure circulaire transparente de 32 cm de haut. Les barres métalliques sont régulièrement espacées (0,5 cm d’écart) et ont un diamètre de 0,3 cm.
- Assurez-vous que l’appareil APA se trouve à l’intérieur du cadre de la caméra monté au plafond. Suivez la souris à l’aide d’un logiciel de suivi des animaux disponible dans le commerce.
- L’arène APA tourne généralement à une vitesse de 1 tr/min, et une zone d’amortisseur stationnaire pré-désignée de 60° est définie dans l’arène rotative. Lorsque la souris entre dans la zone de choc, délivre un léger choc du pied de 0,5 mA (60 Hz, 500 ms).
- Assurez-vous que l’emplacement de la zone de choc reste constant pendant l’essai et qu’il est réglé électroniquement dans le dispositif expérimental. L’arène rotative transporte la souris dans la zone de choc à moins que la souris ne se déplace activement pour l’éviter.
- Placez quatre nouveaux repères visuels sur quatre murs de pièce différents à la même hauteur que la plate-forme rotative, généralement à 30-50 cm de l’arène. Assurez-vous que les repères sont de couleurs neutres, telles que des symboles en noir et blanc ou des formes imprimées sur du papier A3 et plastifiées pour un nettoyage facile (Figure 1A).
- Assurez-vous que l’intensité lumineuse de la pièce est comprise entre 30 et 70 Lux. L’augmentation de l’intensité lumineuse induit un comportement anxieux et réduit l’exploration.
- Avant de commencer, ouvrez le programme Tracker et sélectionnez la tâche APA.
- Dans les options de Tracker 2D, sélectionnez l’onglet Expérience . Ici, assurez-vous que l’option Évitement de place- Une image- Position uniquement est sélectionnée. Cela permettra de configurer les paramètres requis. Enregistrez le fichier de configuration et ajustez-le si nécessaire.
- Dans l’onglet Expérience , définissez la durée de l’expérience dans la zone Durée de l’expérience . La durée typique d’une expérience est de 600 s ou 10 min.
- Assurez-vous que l’option Activer la minuterie est sélectionnée. Modifiez les paramètres de choc dans la région de la minuterie comme indiqué ci-dessus.
- Entrez les détails courants de l’expérience dans l’espace prévu à cet effet dans la zone Cadre de la pièce de l’onglet Expérience . Par exemple, assurez-vous que le nom du fichier de sortie par défaut est renseigné avec la date, un identificateur expérimental simple et le jour du test. Terminez le nom par un trait de soulignement « _ » pour permettre l’ajout d’un identifiant de souris unique pendant l’expérience.
- Dans la région Cadre de la pièce se trouve également l’onglet Cibles . Cliquez sur le bouton Modifier pour vous assurer que l’ensemble de l’arène est inclus dans la région d’intérêt. Sélectionnez ensuite Arc pour fournir les paramètres réglables en fonction de la taille et de l’emplacement de la zone cible de choc (Figure 1B).
- Ouvrez l’onglet Suivi pour ajuster les paramètres afin d’assurer un suivi réussi des souris. La boîte de contraste dispose d’options Sombre ou Clair pour permettre aux souris sombres (par exemple, C57Bl/6) ou claires (par exemple, BALB/c). Cela crée un contraste efficace entre l’arrière-plan et les souris. Lorsque vous utilisez des souches de souris albinos, placez un morceau de plastique noir sous l’arène pour permettre d’obtenir ce contraste (figure 2).
- Définissez la taille des souris et les plages de superficie dans cette région. Réglez ces paramètres pour reconnaître efficacement la souris dans l’arène. Vous pouvez également les régler après avoir appuyé sur le bouton From Calibrator .
- Sélectionnez le bouton À partir de l’étalonneur pour vous assurer que l’arène se trouve complètement dans la zone de masque d’intérêt.
- Démarrez l’arène dans cet onglet pour vous assurer que lorsque l’arène tourne, l’arène reste dans le masque. Cet onglet est également essentiel pour sélectionner le seuil de contraste approprié. Déplacez la ligne rouge dans la sous-fenêtre Seuil pour ajuster le seuil de contraste.
REMARQUE : la figure 3A montre une sélection de seuil optimale, comme en témoigne une région orange unie et un « X » bleu à l’endroit où se trouve la souris. Un seuil médiocre est illustré à la figure 3B et ne montre que de l’orange moucheté et aucun « X ».
- Démarrez l’arène dans cet onglet pour vous assurer que lorsque l’arène tourne, l’arène reste dans le masque. Cet onglet est également essentiel pour sélectionner le seuil de contraste approprié. Déplacez la ligne rouge dans la sous-fenêtre Seuil pour ajuster le seuil de contraste.
- Utilisez l’onglet Appareils et réglez le sens de rotation et la vitesse de l’arène à l’aide du bouton de vélocité. Sélectionnez les vitesses positives et négatives, représentant les rotations dans le sens des aiguilles d’une montre et dans le sens inverse des aiguilles d’une montre. Réglez l’intensité du choc dans la section Source actuelle . Le réglage le plus courant pour les souris est une rotation de 1 tr/min et un choc de 0,5 mA.
- Modifiez comment ou quand administrer les chocs dans l’onglet Source actuelle .
- Assurez-vous que le mode actuel est sélectionné pour Suivre dépendant. Cela fournira un choc électrique lorsque la souris se déplacera dans la zone de choc.
- Sélectionnez Temps pour donner des chocs à un intervalle de temps défini par l’utilisateur. Utilisez des pistes précédemment enregistrées pour choquer une souris en sélectionnant À partir d’un fichier. Il s’agit de fournir une souris témoin attelée soumise à un nombre identique de chocs à la même durée et à la même intensité, indépendamment de l’apprentissage spatial.
REMARQUE : Les onglets Sortie de fichier et Fenêtre permettent d’enregistrer des données et des fichiers vidéo dans un répertoire spécifique. Le bouton À partir de l’image dans l’onglet Sortie de fichier permet également de sélectionner la région d’intérêt pour capturer l’ensemble de l’arène.
- Retirez-vous derrière le rideau et commencez le procès. La présence de l’expérimentateur à proximité de l’arène et tout bruit inutile peuvent affecter la performance des animaux.
- Assurez-vous que le bruit et les odeurs sont limités pendant l’essai, ce qui peut fournir à la souris un autre signal et affecter ses performances. Par exemple, pour minimiser cela, assurez-vous d’avoir une poubelle clinique fermée, utilisez des pièces retirées des espaces de laboratoire bruyants et nettoyez soigneusement l’équipement entre les souris. Les chercheurs pourraient envisager d’utiliser le générateur de bruit blanc pour masquer des bruits externes non liés.
- Laissez la litière de la cage domestique rester la même tout au long de la période de test comportemental, car cela peut fournir une nouvelle stimulation et affecter le comportement.
- Pour éviter les variations diurnes, effectuez des tests à une heure constante chaque jour.
2. Habituation à la manipulation de l’expérimentateur
- Manipulez chaque souris tous les jours pendant 30 s à 1 min pendant au moins 2 à 3 jours avant le test. La manipulation des animaux réduit considérablement le stress et les comportements liés à l’anxiété pendant les tests.
- Utilisez la même blouse de laboratoire et évitez de porter des déodorants puissants, des eaux de Cologne ou des parfums pendant l’habituation et les tests.
3. Habituation à l’arène APA (1 jour)
- Amenez la souris dans l’antichambre ou la salle d’essai pour l’habituer. Laissez la souris s’habituer pendant au moins 30 min. Réglez l’intensité lumineuse dans l’antichambre ou la salle d’essai avant que les souris ne soient amenées pour s’habituer.
- Configurez le logiciel Tracker.
- Créez un dossier spécifique à l’expérience. Selon le paradigme expérimental, ayez des dossiers séparés pour chaque jour ou essai. Configurez les configurations d’expérience comme décrit ci-dessus et enregistrez-les pour les utiliser ultérieurement.
- Avant de commencer une version d’évaluation, ouvrez la configuration enregistrée en cliquant sur l’onglet Fichier , puis sur le symbole Enregistrer , ajoutez un ID de souris unique dans la fenêtre qui vient de s’ouvrir et lancez la version d’évaluation en appuyant sur l’onglet Lecture .
- Habituez la souris à l’appareil APA en l’exposant à l’arène rotative pendant 5 min sans délivrer de chocs.
- Retirez la souris de la cage de la maison en la soulevant de la base de la queue et en la plaçant doucement sur la main gantée. Transportez la souris jusqu’à l’appareil APA et placez-la loin de la zone de choc, face au mur.
- Retirez-vous derrière le rideau et commencez le procès.
- À la fin du test, retirez la souris et retournez dans la cage de la maison.
- Prélevez toute l’urine et les excréments, et nettoyez soigneusement la grille avec de l’éthanol à 80 % (v/v).
- Répétez les étapes 3.4 à 3.7 pour toutes les souris.
4. Formation d’acquisition à l’aide de l’APA (1-6 jours)
- Réglez l’éclairage de la pièce dans des conditions identiques à celles du jour de l’habituation.
- Amenez la souris dans l’antichambre ou la salle de test et laissez-la s’habituer pendant au moins 30 min.
- Configurez le logiciel Tracker comme décrit ci-dessus.
- Définissez la durée de la période d’essai.
- Assurez-vous que la source de courant est allumée et réglée (c’est-à-dire 0,5 mA).
- Placez la souris sur l’arène loin de la zone de choc et face au mur.
- Retirez-vous derrière le rideau et commencez l’essai en appuyant sur le bouton Jouer . Surveillez la souris sur l’écran de l’ordinateur et intervenez si nécessaire. Par exemple, la souris ne reçoit pas de chocs ou semble trop stressée, comme en témoignent les sauts ou les vocalisations excessifs.
- À la fin du test, retirez la souris et retournez dans la cage de la maison.
REMARQUE : Assurez-vous que les souris reçoivent et réagissent aux chocs. Les souris réagissent au choc en se cabrant et en vocalisant. Si ce n’est pas le cas, il se peut qu’ils ne reçoivent pas le choc. Cela peut être dû à des excréments sur la grille ou à un suivi inadéquat. Par conséquent, il est essentiel de nettoyer la grille après chaque essai et d’optimiser le suivi de la souris, comme nous l’avons vu ci-dessus.
5. Formation à l’acquisition inversée (facultative, 1 à 6 jours)
- Dans la tâche d’inversion, repositionnez la zone de choc à un nouvel emplacement, généralement à 180° de la position précédente. Évaluez la capacité de la souris à apprendre de manière flexible l’emplacement d’une nouvelle zone de choc. Les repères de la pièce ne sont généralement pas modifiés pendant l’apprentissage inversé.
- Répétez les étapes 3.4 à 3.7 pour toutes les souris.
6. Essai de sonde (facultatif, 1 jour)
- Dans l’essai de la sonde, mesurez le temps jusqu’à la première entrée et/ou le temps maximum en évitant la zone de choc.
REMARQUE : cela indique une consolidation de la mémoire après la phase d’acquisition. Une souris bien entraînée évitera d’entrer dans la zone de choc pendant une période prolongée (>60 secondes), montrant des signes d’apprentissage spatial. - Réglez l’intensité de la lumière de la pièce comme le jour de la formation à l’acquisition.
- Habituez la souris dans la salle de test ou l’antichambre pendant 30 min.
- Configurez le logiciel Tracker.
- Définissez la durée de l’essai sur la même durée que la période de test précédemment effectuée (par exemple, 10 min ou 30 min, selon les paramètres de l’essai).
- Ne délivrez pas de chocs pour cet essai.
- Placez la souris du côté opposé de la zone de choc aversive, face au mur.
- Commencez l’essai et retirez-vous derrière le rideau.
- Assurez-vous que la souris est suivie efficacement.
- Surveillez la souris sur l’écran de l’ordinateur et arrêtez l’essai lorsqu’elle entre dans la zone de choc. Certains chercheurs préfèrent poursuivre l’essai pendant 5 minutes pour voir si la souris continue de retourner dans la zone de choc.
- Prenez doucement la souris et retournez-la dans la cage de la maison.
- Assurez-vous que toute l’urine et les excréments sont collectés et que la grille est soigneusement nettoyée avec de l’éthanol à 80 % (v/v).
7. Analyse de la piste
REMARQUE : L’exécution de la tâche peut être réalisée via différents logiciels de suivi. Vous trouverez ci-dessous comment le logiciel inclus est utilisé pour déterminer les performances pendant la tâche APA. Dans ce cas, les données sont analysées à l’aide du programme d’analyse de la trajectoire .
- Pour analyser les données, ouvrez le programme d’analyse de la trajectoire et sélectionnez Évitement dans le menu déroulant de la fenêtre principale.
- Cliquez sur Ajouter une tâche pour télécharger les fichiers de données enregistrés lors de la phase d’acquisition dans une nouvelle fenêtre. Dans Nom du groupe, créez un groupe à analyser, par exemple, Jour 1 ou heure de l’analyse.
- Cliquez sur le répertoire de sortie pour sélectionner l’emplacement d’enregistrement des données analysées.
- Ajoutez les fichiers à analyser en cliquant sur l’onglet Ajouter des fichiers et en sélectionnant les fichiers du lecteur local.
- Définissez l’heure à analyser en cliquant sur l’onglet Définir l’heure . Cela permet de définir la période qui sera analysée, c’est-à-dire de 0 à 600 s. Vous pouvez également analyser les données dans des bacs, c’est-à-dire 60 s.
- Une fois toutes les pistes ajoutées, cliquez sur l’onglet Analyse et sélectionnez Exécuter l’analyse pour analyser les données. L’analyse produira plusieurs dossiers. Les données à analyser se trouvent dans le dossier TBLfiles . Ouvrez ces fichiers de données dans une feuille de calcul et utilisez-les pour une analyse plus approfondie, c’est-à-dire une comparaison par paires ou une ANOVA à mesures répétées.
REMARQUE : L’analyse produira également d’autres dossiers, y compris des fichiers PS qui auront une description d’une seule page des souris pendant les tests, montrant une carte de trace et où les chocs ont été reçus.
Representative Results
Les souris avec une capacité d’apprentissage spatial intacte montreront une diminution du nombre de chocs lors d’essais d’acquisition successifs (Figure 4A). De même, le temps maximum passé à éviter la zone de choc augmentera à mesure que la souris apprendra à s’éloigner de la zone de choc (Figure 4B). Cependant, les souris qui sont incapables d’apprendre une stratégie d’évitement efficace présenteront un nombre constant de chocs pour chaque essai d’acquisition (Figure 4A). Souvent, les souris qui ne parviennent pas à identifier la zone de choc recevront plusieurs chocs à chaque entrée dans la zone. Les cartes de traces sont utiles pour fournir des exemples de souris qui apprennent à éviter la zone de choc (Figure 4C) et de celles qui sont incapables d’éviter la zone de choc (Figure 4D). Dans les deux cas, ces cartes de traces représentent le dernier jour de l’acquisition. La souris de la figure 4C n’a reçu que 2 chocs, représentés par les deux cercles. Notez également que la carte de trace montre que la souris passe la plupart du temps du côté opposé de la zone de choc qui est représentée par le coin rouge. À l’inverse, la souris de la figure 4D a reçu plus de chocs, et la carte de trace révèle un motif désordonné. Des exemples de souris qui sont incapables d’apprendre avec succès à éviter la zone de choc sont celles qui ont réduit la neurogenèse de l’hippocampe soit en raison de l’âge, comme le montrent les souris de 18 mois (Figure 4A, B- modifiée de Blackmore et al., 20217), de l’ablation chimique des neurones immatures6 ou des lésions de l’hippocampe (voir Codd et al., 2020)8.
Il est important de faire la distinction entre un essai infructueux dû à un échec de l’apprentissage de la souris et un échec dans la configuration de l’équipement. Les deux causes les plus courantes de mauvais résultats dus à une défaillance de l’équipement sont un mauvais suivi de la souris (Figure 5A) ou l’absence de choc de la souris. Un mauvais suivi peut empêcher la souris de recevoir un choc lorsqu’elle se trouve dans la zone de choc. Alternativement, un mauvais suivi peut induire un choc imprécis lorsque la souris n’est pas dans la zone. Dans les deux cas, cela empêchera la souris de développer une stratégie d’évitement efficace. Un mauvais suivi peut être résolu en ajustant le seuil dans l’onglet « À partir du calibrateur ». Un mauvais suivi est généralement défini comme plus de 1000 images incorrectes sur une période de 10 minutes et se produit très rarement. Un mauvais suivi peut devenir un problème chez les souris âgées, où l’alopécie peut se développer. Lorsqu’elle reçoit un choc, la souris réagit soit en se crispant, soit, à l’occasion, en vocalisant. La souris bouge généralement, même légèrement, et peut être vue sur le logiciel de suivi en direct. Lorsque la souris reste parfaitement immobile dans la zone de choc, une ligne claire de chocs s’affiche (Figure 5B). Cela peut être dû au fait que la boîte de choc n’est pas allumée ou qu’il y a des excréments coincés entre les barres, ce qui réduit l’amplitude du choc délivré à l’animal.
Figure 1 : Appareil APA, salle de comportement et réglage de la zone de choc. (A) Un exemple de configuration de l’arène et de la salle de test. L’appareil APA est surélevé et placé au centre de la pièce, entouré de nouveaux repères visuels. Des repères visuels en noir et blanc sont utilisés à la même hauteur que la plate-forme. (B). La fonction Cible de l’onglet Expérience permet de masquer l’ensemble de l’arène et de créer un emplacement pour la zone de choc. Une zone de choc, représentée par le coin rouge, a été créée à 270° dans cet exemple. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.
Figure 2 : Configuration de l’APA pour les souches de souris albinos. L’arène APA peut être configurée pour les souches de souris albinos, telles que BALB/c, en sélectionnant l’option Lumière dans l’onglet Suivi et en créant un arrière-plan d’arène noir. Une souris albinos sur fond noir permet d’obtenir un contraste élevé et offre un meilleur suivi de la souris. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.
Figure 3 : Il est essentiel d’ajuster le seuil de suivi de la souris. Le seuil doit être ajusté de manière appropriée pour assurer un bon suivi des animaux pendant l’essai. Le seuil est ajusté en déplaçant la ligne rouge dans le volet de seuil de l’onglet À partir de l’étalonneur. (A) Exemple d’une bonne sélection de seuil avec une région orange unie et un X bleu sur l’objet. (B) Un seuil médiocre avec de l’orange moucheté. Un mauvais suivi entraîne la perte d’un animal dans l’arène ou empêche la souris de recevoir un choc lorsqu’elle se trouve dans la zone de choc. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.
Figure 4 : Comparaison des performances entre les souris jeunes (10 semaines) et plus âgées (18 mois) sur un paradigme d’apprentissage de 5 jours et des cartes de traces. (A) Les souris de 10 semaines ont reçu significativement moins de chocs que les souris de 18 mois pendant 5 jours de test ; Notez que la différence dans le nombre de chocs reçus était minime le premier jour des tests entre les groupes, mais les jeunes souris avec une mémoire intacte ont appris à éviter l’entrée dans la zone de choc plus rapidement que le groupe plus âgé. (B) Le temps maximum d’évitement a été calculé comme le temps maximum passé à éviter le choc pendant les 10 minutes d’essai. Les souris plus jeunes ont rapidement appris à éviter d’entrer dans la zone de choc par rapport aux souris plus âgées, ce qui suggère que les jeunes souris apprennent efficacement. (C) La souris sur cette carte de trace n’a reçu que deux chocs, représentés par les deux cercles dans cet essai d’acquisition. Cette souris a également passé plus de temps dans l’arène en face de la zone de choc, qui est représentée par le coin rouge. (D) Cette souris a reçu plus de chocs et a passé plus de temps près de la zone de choc, ce qui suggère que l’apprentissage spatial n’a pas été réalisé chez cette souris. Une analyse de variance à deux facteurs et répétée avec des tests post-hoc de Bonferroni a été utilisée pour tester la signification. p<0,0001. Les panneaux A et B ont été modifiés à partir de Blackmore et al.7. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.
Figure 5 : Les cartes de traces fournissent des informations importantes pour chaque souris lors de chaque essai. (A) Notez les lignes droites qui sont présentes dans cet exemple de suivi. Cela est dû au fait que le logiciel de suivi n’a pas correctement identifié une souris pendant la tâche. (B) Un exemple de bon suivi pendant le procès. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.
Figure 6 : Visualisation des traces et carte thermique sur différents programmes de suivi des animaux. Les programmes (A) 1 et (B) 2 détectent l’emplacement et le mouvement de l’animal afin de créer des tracés pour inspecter visuellement si l’animal apprend la tâche ou l’effet du traitement expérimental. Les deux programmes montrent des tracés identiques d’un animal qui a appris la tâche efficacement. (C) Une carte thermique peut également être créée, ce qui facilite l’identification des points chauds et le regroupement des points de données. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.
Discussion
En conclusion, le test d’évitement de lieu actif est une tâche d’apprentissage spatial efficace qui peut être utilisée sur une variété de souches de souris et de conditions expérimentales. La tâche APA surmonte les limites associées à d’autres paradigmes d’apprentissage spatial14, tels que le MWM, qui est stressant pour les souris comme mesuré par les niveaux de cortisol9. Le MWM ne convient pas non plus aux souris âgées, où il a été signalé qu’elles flottaient pendant la tâche10. Bien que d’autres tests d’apprentissage spatial, tels que le labyrinthe de Barnes et le test de localisation de nouveaux objets, soient moins stressants, ils sont limités par la fréquence à laquelle des tests répétés peuvent être effectués sur la même cohorte de souris. Par conséquent, le principal avantage de la tâche APA est qu’elle peut être utilisée plusieurs fois car plusieurs paramètres peuvent être ajustés pour maintenir la nouveauté. En effet, nous avons utilisé la tâche APA jusqu’à 5 fois sur la même cohorte de souris pour examiner l’effet de l’ablation de l’hippocampe et l’effet ultérieur de l’exercice8. Dans chaque cas, les paramètres, y compris la rotation de l’arène, la zone de choc et les repères spatiaux, ont été modifiés entre les tests. Cela a permis de s’assurer que les souris utilisaient des indices de navigation spatiale pour réapprendre la tâche, comme en témoigne le fait que les animaux témoins commençaient par un nombre élevé de chocs, puis diminuaient au cours des jours d’essai suivants pour chaque période d’essai8. Typiquement, à la fin d’un paradigme de test de 5 jours, nous considérons que tout animal qui a reçu plus de 10 chocs le dernier jour ou qui a un évitement maximal de moins de 60 s n’a pas appris le paradigme.
Au-delà de la possibilité de modifier facilement les paramètres pour permettre plusieurs séries de tests spatiaux, la tâche APA garantit que les souris doivent utiliser la navigation spatiale pour éviter efficacement la zone de choc. Par exemple, les animaux doivent utiliser des repères externes pour localiser et éviter d’entrer dans la zone de choc stationnaire en s’éloignant de celle-ci5. Comme l’arène tourne, les animaux ne sont pas en mesure d’utiliser une approche idiothétique pour la navigation, ni d’utiliser des signaux extéroceptifs tels que les odeurs, car ces signaux tournent avec l’arène tandis que la zone de choc et les indices spatiaux restent stationnaires5.
Il est également important de s’assurer que les souris sont correctement habituées au domaine des chercheurs et de l’APA. L’intensité du choc du pied doit également être optimisée, car une intensité de choc trop faible ou trop élevée peut compromettre la capacité des souris à apprendre et à effectuer la tâche5. L’intensité du choc est généralement réglée sur 0,5 mA et ne doit pas dépasser 0,7 mA. Pour les animaux qui ont un comportement anxieux accru, envisagez de réduire à la fois l’intensité de la lumière et l’intensité des chocs aux pieds. L’anxiété accrue pendant la tâche APA peut se présenter sous la forme de sauts excessifs, de courses incontrôlées dans l’arène ou d’un gel prolongé. Le protocole décrit ici a utilisé une intensité de choc de 0,5 mA, la même intensité qui a été précédemment utilisée avec BALB/c, qui est connu pour avoir un comportement plus anxieux15.
Ici, nous décrivons le logiciel de suivi des animaux fourni par la société qui a fourni la plate-forme d’évitement de lieu active utilisée. Un logiciel de suivi vidéo alternatif convient également à l’analyse des performances comportementales. Ces programmes peuvent également mesurer et analyser avec précision les performances de la souris pendant les tâches APA. Ces programmes permettent la création de plusieurs zones et emplacements au sein de l’arène APA pour évaluer le comportement. Le réglage de l’arène pour un APA se compose d’une zone de choc triangulaire, où le nombre d’entrées, le temps nécessaire pour entrer en premier et le temps passé dans la zone de choc sont mesurés. Des zones supplémentaires peuvent également être ajoutées dans l’arène. Par exemple, nous pouvons ajouter une zone centrale ou une zone opposée à la zone de choc pour mesurer le temps passé et la distance parcourue dans ces zones comme stratégie animale pour éviter la zone aversive. Ces programmes suivent le centre de masse de la souris, qui est ensuite enregistré et affiché au-dessus du cadre de référence pour une inspection visuelle (Figure 6A,B). Enfin, il est également possible de créer une carte thermique de densité pour les performances individuelles et de groupe (Figure 6C).
Lors de l’exécution de la tâche APA, il y a des problèmes potentiels qui doivent être résolus. À l’occasion, les souris devront être exclues de l’analyse en raison de leur non-réactivité à la zone de choc. Comme toujours, l’exclusion ne doit être envisagée que lorsqu’ils répondent à des conditions aberrantes prédéfinies, par exemple, en dehors de 2 écarts-types de la moyenne. Les tâches comportementales complexes telles que l’APA nécessitent généralement des valeurs élevées d’azote chez les animaux. Nous vous suggérons d’effectuer une analyse de puissance pour calculer la taille d’échantillon appropriée avant d’effectuer l’APA. Cela dépendra de la souche utilisée et des groupes de traitement. D’après l’expérience, nous constatons qu’une valeur n de 10 ou plus pour chaque groupe fournit une puissance suffisante lors de la réalisation d’expériences APA. Le principal problème de cette tâche est d’assurer un suivi de haute qualité de la souris pendant la tâche. L’étape d’habituation de la tâche doit être utilisée pour confirmer que cela se produit. Les souris qui ne réagissent pas à un choc sont souvent dues à des excréments entre les barres de la grille. Il est donc essentiel de nettoyer le rig après chaque animal et d’enlever toute excrément ou urine. Cela réduira également le stress pour les animaux qui suivent. La tâche APA implique généralement un paradigme de 5 jours, ce qui peut présenter certaines limites pour les études impliquant des interventions efficaces de moins de 5 jours ; Cependant, la mémoire à court terme ou l’acquisition de l’apprentissage spatial peuvent toujours être évaluées pour de telles études en utilisant l’approche de 30 minutes en une seule séance.
En résumé, cet article fournit une description détaillée de la façon de configurer et d’utiliser le paradigme d’évitement de lieu actif pour tester l’apprentissage spatial des souris. La possibilité de modifier les conditions de sorte que plusieurs souches de souris de couleurs différentes puissent être testées est un avantage distinct par rapport à d’autres tests spatiaux plus traditionnels tels que le MWM. De plus, la modification de plusieurs paramètres permet de répéter les tests afin que les changements dans l’apprentissage spatial puissent être comparés avec précision au cours de divers paradigmes expérimentaux ou au cours du vieillissement physiologique. En peu de temps, le test APA s’est avéré être une alternative précise et efficace pour l’apprentissage spatial dépendant de l’hippocampe. À l’avenir, la tâche APA pourra être utilisée comme une méthode fiable pour évaluer les interventions thérapeutiques ou d’exercice sur le comportement cognitif et spatial chez les souris de type sauvage et transgénique.
Disclosures
Les auteurs n’ont rien à divulguer.
Acknowledgments
Nous remercions l’Animal Behaviour Facility du Queensland Brain Institute (QBI) pour le développement et la maintenance de l’appareil décrit dans ce manuscrit.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Constant Current Source CS02 | BioSignal Group | N/A | Acton, Massachusetts, United States |
| Control Box | BioSignal Group | N/A | Acton, Massachusetts, United States |
| Ethovision | Noldus | version 16 | Wageningen, Netherlands |
| Shock Scrambler | BioSignal Group | N/A | Acton, Massachusetts, United States |
| Track Analysis | BioSignal Group | version 2.2 | Acton, Massachusetts, United States |
| Tracker Programme | BioSignal Group | version: 2.36 | Acton, Massachusetts, United States |
References
- Cimadevilla, J. M., Fenton, A. A., Bures, J. Functional inactivation of dorsal hippocampus impairs active place avoidance in rats. Neurosci Lett. 285 (1), 53-56 (2000).
- Willis, E. F., Bartlett, P. F., Vukovic, J. Protocol for short- and longer-term spatial learning and memory in mice. Front Behav Neurosci. 11, 197 (2017).
- Blackmore, D. G., Brici, D., Walker, T. L. Protocol for three alternative paradigms to test spatial learning and memory in mice. STAR Protoc. 3 (3), 101500 (2022).
- Pastalkova, E., et al. Storage of spatial information by the maintenance mechanism of LTP. Science. 313 (5790), 1141-1144 (2006).
- Stuchlik, A., et al. Place avoidance tasks as tools in the behavioral neuroscience of learning and memory. Physiol Res. 62 (Suppl 1), S1-S19 (2013).
- Vukovic, J., et al. Immature doublecortin-positive hippocampal neurons are important for learning but not for remembering. J Neurosci. 33 (15), 6603-6613 (2013).
- Blackmore, D. G., et al. An exercise "sweet spot" reverses cognitive deficits of aging by growth-hormone-induced neurogenesis. iScience. 24 (11), 103275 (2021).
- Codd, L. N., Blackmore, D. G., Vukovic, J., Bartlett, P. F. Exercise reverses learning deficits induced by hippocampal injury by promoting neurogenesis. Sci Rep. 10 (1), 19269 (2020).
- Harrison, F. E., Hosseini, A. H., McDonald, M. P. Endogenous anxiety and stress responses in water maze and Barnes maze spatial memory tasks. Behav Brain Res. 198 (1), 247-251 (2009).
- van Praag, H., Shubert, T., Zhao, C., Gage, F. H. Exercise enhances learning and hippocampal neurogenesis in aged mice. J Neurosci. 25 (38), 8680-8685 (2005).
- Zhou, X. A., et al. Neurogenic-dependent changes in hippocampal circuitry underlie the procognitive effect of exercise in aging mice. iScience. 24 (12), 103450 (2021).
- Leinenga, G., Gotz, J. Scanning ultrasound removes amyloid-β and restores memory in an Alzheimer's disease mouse model. Sci Transl Med. 7 (278), 278ra33 (2015).
- Willis, E. F., et al. Repopulating microglia promote brain repair in an IL-6-dependent manner. Cell. 180 (5), 833-846 (2020).
- Lesburgueres, E., Sparks, F. T., O'Reilly, K. C., Fenton, A. A. Active place avoidance is no more stressful than unreinforced exploration of a familiar environment. Hippocampus. 26 (12), 1481-1485 (2016).
- Crawley, J. N. Behavioral phenotyping strategies for mutant mice. Neuron. 57 (6), 809-818 (2008).
