Барнс Лабиринт Стратегии Тестирование с малого и крупного моделях грызунов

Summary

Сухой-земля Барнс лабиринт широко используется для измерения пространственного способность навигации в ответ на умеренные отрицательные подкрепления. За последовательных дней, производительность (например, задержки, чтобы найти запасной клетку) субъектов управления улучшается, свидетельствует о нормальной обучения и памяти. Различия между крысами и мышами необходимость аппарат и методологические изменения, которые подробно здесь.

Abstract

Пространственное обучения и памяти лабораторных грызунов часто оценивается с помощью навигационной способности в лабиринты, наиболее популярными из которых являются вода и сухой земли (Barnes) лабиринты. Улучшенная производительность на заседаниях или испытаний, как полагают, отражают обучения и памяти о местонахождении побег клетке / платформы. Считается менее напряженный, чем воды лабиринты, лабиринты Барнс является относительно простой дизайн круговой платформы верхней с несколькими отверстиями, равномерно распределенных по периметру края. Все, кроме одного из отверстий ложны дном или слепым окончание, в то время как один ведет к спасательной клетке. Умеренные отрицательные подкрепления (например, яркие плафон) обеспечить мотивацию для поиска побег клетку. Задержка, чтобы найти запасной клетку можно измерить в ходе сессии, однако дополнительные конечные точки, как правило, требуют видеозапись. Из этих видеозаписей, использование автоматизированного программного обеспечения отслеживания может генерировать разнообразные конечные точки, которые аналогичны тем, которые производятся в водных лабиринтах (например, </ EM> пройденное расстояние, скорость / скорость, время, проведенное в правильном квадранте, время, проведенное перемещение / отдыхает, и подтверждение задержки). Тип стратегии поиска (то есть случайным, последовательный или прямой) могут быть классифицированы как хорошо. Barnes строительные лабиринт и тестирования методологии могут отличаться для мелких грызунов, таких как мыши, и крупных грызунов, таких как крысы. Например, в то время как экстра-лабиринт сигналы являются эффективными для крыс, мелкие дикие грызуны могут потребовать внутри лабиринта сигналы с визуальным барьер вокруг лабиринта. Соответствующие стимулы должны быть идентифицированы, которые мотивируют грызуна, чтобы найти запасной клетку. Оба Барнс и водные лабиринты может занять много времени, как 4-7 испытаний, как правило, требуется, чтобы обнаружить повышенную обучения и памяти (например, короткие задержки или длины пути, чтобы найти запасной платформы или клетку) и / или различия между экспериментальными группами. Тем не менее, лабиринт Барнс широко используются поведенческие оценки измерения пространственных навигационные способности иих потенциал нарушение генетическими, нейроповеденческих манипуляций или при воздействии наркотиков / токсикантов.

Introduction

Пространственное обучения и памяти в лабораторных грызунов впервые оценены с пищевыми лишенных крыс, которые можно перемещаться лабиринт переулков, чтобы найти продовольственной подкрепления ^1. Несколько десятилетий спустя, пространственной системы координат памяти было предложено ^2. В отличие от оперативной памяти, который относится к памяти в тестовой сессии или суда, ссылка на память относится к памяти по тестовых сессий или испытаний и более тесно связаны с долговременной памяти.

Несколько типов лабиринтов были разработаны в качестве неинвазивных оценками этого гиппокампа зависит от пространственного обучения и памяти в малых и больших грызунов (например водного лабиринта, рассеянный Т-образном лабиринте, радиальные руку лабиринт и сухой земельных лабиринты) ^3-6. Здесь мы сосредоточимся на круглой платформе или Barnes лабиринт, впервые описал в 1979 году д-р Кэрол Барнс ^7. Этот лабиринт был использован для тестирования пространственной навигационную обучения и памяти в широком диапазоне моделях грызунов, в том числе крыс (Rattus погуе), мыши (Mus Musculus), олень мышей (Реготузсиз maniculatus bairdii), мыши Калифорния (Реготузсиз californicus), и hystricomorph грызуны (например, дегу [Octodon дегу]) ^8-13. Другие виды начисленных с использованием лабиринт Barnes включают американские тараканы (Periplaneta Americana) ^14, кукуруза змеи (Elaphe Guttata Guttata) ^15,   чешуйчатых рептилий (например, боковые-мраморный ящерицы [Ута stansburiana]) ^16, и приматов (например, лемуры мыши [Microcebus murinus]) ^17. В наших лабораториях, Барнс производительность лабиринт был использован в качестве показателя нейротоксичности после развития бисфенола А (BPA) или этинилэстрадиола (EE2) экспозиции ^9-1113. Он также широко используется для поведения фенотипирования различных линий мышей ^18-21, оценка эффектов старения ^7,22-28, и болезни, связанные с DEF Альцгеймераicits на животных моделях ^3,29-33, а также последствий осуществления и диетического, экологической и метаболические изменения ^34-42.

Основное преимущество использования Barnes лабиринта в том, что он вызывает меньшую нагрузку на субъектов по отношению к водным лабиринтов, например, в водном лабиринте Морриса ^43, хотя оба могут вызывать острые увеличение концентрации кортикостерона в плазме у мышей ^44. Как суше лабиринт, лабиринт Барнс может быть более ethologically релевантных для наземных грызунов ^45. Хотя производительность Водный лабиринт, как было показано быть более чувствительны к генетических изменений у мышей ^3,46,47, Барнс производительность лабиринт является более чувствительным к некоторым другим изменениям ^48,49. В моделях грызунов, где использование воды лабиринт невозможно, лабиринт Барнс может обеспечить оценку тонкой настройки удержания пространственной памяти ^31. В умеренные отрицательные подкрепления, обычно используемые в Barnes лабиринт (т.е. яркий свет),однако, не может обеспечить достаточную мотивацию для грызуна, чтобы найти побега клетку ^45. Кроме того, грызуны могут узнать, что никакого наказания не происходит, если они не входят в эвакуации клетку. Таким образом, вместо того, чтобы активно ищут спасательной клетке, некоторые грызуны активно исследовать лабиринт в течение длительного времени в каждом испытании. Как показали в Кеннарда и Вудрафф-Pak ^24, это увеличило разведка продлит время ожидания, чтобы найти запасной клетку, длину пути, а также увеличить количество ошибок. Таким образом, измерение нескольких параметров, в том числе задержка, частота ошибок, время, проведенное в правильных и неправильных квадранта, скорости, времени перемещения, время отдыха, и стратегии поиска, могут коллективно обеспечить лучшее показатель пространственного навигационная обучения и памяти способности каждого испытуемого ^{8 -10.} Кроме того, производительность может быть измерена как задержки сначала найдите побег клетку (основной мерой) или задержку, чтобы войти в эвакуации клетку (полной меры). Некоторые из них имеют аргуред, что первичные показатели функционирования являются более точным отражением пространственного обучения, чем общий мер ^50. Большинство исследований, в том числе примеров, описанных здесь, использовать задержку, чтобы войти в эвакуации клетку, чтобы определить уровень ошибок и стратегию поиска. Кроме того, некоторые системы слежения программного обеспечения имеют систему обнаружения тела трехточечным, который может измерять частоты нюхают правильные по сравнению с тарифами неправильные отверстия. Наконец, лабиринт должны быть тщательно очищены этанолом между испытаниями для удаления обонятельных сигналы, которые могли бы обеспечить сигналы или доказать отвлекать последующих животных.

Barnes лабиринт конструкции различаются, но в целом каждый из них имеет 12 или 20 потенциальных дыр эвакуации, только один из которых приводит в дом или эвакуационного клетке. Побег клетка может быть расположен либо непосредственно под побега отверстие на верхней лабиринт (для лабиринтов без перегородок) или встроены в окружающей стенке лабиринта. В сигналы могут варьироваться в размерах от примерно 16,5 см высоты или ширины (в пределах мAZE) к горизонтальной линии 21,6 см в ширину, помещенные от пола до потолка стены комнатной вне лабиринта. рисунках 1-5 показаны примеры Barnes лабиринт конструкций для видов Реготузсиз (рис. 1) и крыс (рис. 2-5). Вилки или двойным дном должна покрывать nonescape отверстия, чтобы предотвратить животное от падения из лабиринта. Размер испытательной камере может варьироваться (~ 20 м ^2), но он должен быть достаточно большим, чтобы обеспечить достаточно места для лабиринта, приучая животных в комнате, где могут разместиться компьютер с видео настройки (если используется), и место для экспериментатор сидеть на расстоянии (по крайней мере ~ 122 см) из лабиринта аппарата такого, что их присутствие не мешает производительности животного. Назначение эвакуации Место клетке должны быть сбалансированы между группами лечения и пола. Хотя конкретные процедуры, описанные здесь, не включают вращающиеся лабиринт между испытаниями препятствовать использованию внутри-лабиринт запаха сигналы, некоторые исследованиявключить эту процедуру ^50. В наших процедур, лабиринт протирать этанола между испытаниями для устранения запаха сигналы.

В поиске спасательную клетку, три типа стратегий поиска были определены (первоначально называют "узоры" Барнса ^7): 1) случайные, оперативно, определенные как локализованных поисках отверстий, разделенных путей, пересекающих лабиринт центр, 2) сериала, которые определяются как систематический поиск последовательных отверстий в направлении по часовой стрелке или против часовой стрелки, и 3) прямой или пространственный, определяется как навигации непосредственно в правильном квадранте, не пересекая центр лабиринт более чем один раз и с тремя или меньшим количеством ошибок. В общем, при повторном тестировании, грызуны обычно прогресс через стратегий поиска в указанном порядке (случайный, последовательный и прямой) ^51. Испытание зонд без спускового клетки также могут быть использованы в качестве дополнительной меры памяти ^50.

Протокол и представительРезультаты здесь были разработаны для двух типов грызунов (Реготузсиз видов, иначе называемые мелкие грызуны) и крыс. В то время как эти общие процедуры могут иметь место и для врожденного и / или беспородных мышей (Mus Musculus), другие исследования должны проводиться консультации по разности потенциалов методологии для тех последнего вида ^18-21.

Protocol

1. Барнс Процедура Maze для мелких грызунов Включите верхний свет выше лабиринта и место "Do Not Enter" знаки на внешней стороне двери лаборатории. Принесите мышей в своих обычных домашних клетках в испытательной камере примерно 30 мин до начала первый судебный процесс, чтобы ра…

Representative Results

Половозрелые самцов мышей оленей зависят от улучшения пространственной навигационной способности, чтобы найти потенциальных партнеров размножения, которые широко распространены по всей среде. Оба дородовой и экспозиция взрослых к тестостерону играют важную роль в организации и акт…

Discussion

Критические шаги в Barnes процедур тестирования лабиринт включают в себя: 1) обеспечение надлежащего умеренные отрицательные стимулы, чтобы мотивировать животное, чтобы найти запасной клетку, 2) обеспечение единых условия поддерживаются между испытаниями на животных (например, врем?…

Materials

NOTE: Those items that are for small rodents only are bolded. Those items that are for large rodents only are italicized. Items neither bolded nor italicized are for both.
Barnes Maze platform with 12 or 20 escape holes every 30°. For rats, each hole is 10.5 cm in diameter and 4 cm from the maze top edge. For use with automated tracking programs, a black top for white rodents or a white top for pigmented rodents is needed. For mice and rats, this circular top is 95 and 122 cm in diameter, respectively.	US Plastics Corp, Lima, OH	42625	This is the top of the Barnes Maze and the surface that the rodent is placed upon. It can be constructed from a variety of materials (e.g. Plexiglas), but for endocrine disruptor work, polypropylene BPA-free material is optimal. One of the holes leads to the an escape cage; all other holes are blind-ending or false-bottomed. For the rat maze, small slides on the underside of the maze platform allow the escape cage and false bottoms to slide in.
2" Polypropylene pipe plug (24) 2" 90° Black polypropylene elbow (12) 2" x 6" Polypropylene pipe nipple (1)	US Plastics Corp, Lima, OH	30724 32086 30712	These are only necessary for the small rodent (e.g. mouse) Barnes Maze. These adaptations are either blind-ending tubes/elbows or one of the tubes is connected to the pipe nipple that then leads to the escape cage.
False bottoms for rat Barnes Maze			These were custom made of ABS plastic and vacuum molded for the rat maze apparatus.
Circular aluminum wall/barrier (50 cm high) around the maze	Ace Hardware, Columbia, MO		In the case of small rodents (e.g. mice), this barrier prevents them from falling off the maze; the rat apparatus generally does not require this. The wall may not be needed for laboratory mice that are relatively tame.
Support stand for maze platform top	US Plastics Corp, Lima, OH	42625	The stand supports the maze platform top such that it is elevated above the floor (typically, 70-100 cm) to motivate the rodent to locate the escape cage. The stand can be constructed of any material.
White noise	SleepMate Sound Conditioner, Marpac, Rocky Point, NC	980A	Background noise may be used to block out peripheral acoustic cues that may confound Barnes Maze testing across trials and animals
Light fixtures and 300-500 watt bulbs encased in aluminum shells. For example, Utilitech 500-watt halogen portable work lights.	Ace Hardware or Lowes		Bright lights provide a mildly aversive stimulus which motivate the rodent to locate the escape cage. The lights are generally suspended ~150 cm above the maze top.
Escape cage. For small rodents, this can be a polypropylene cage (27.8 x 7.5 x 13 cm).	Ancare, Bellmore, NY	N40 PP	The rat escape cage here was custom built and has a ramp leading into the escape cage.
Opaque tube (rats only) (27 cm diameter; 23 cm height) with a piece of thick cardboard to cover the top.			The tube is placed in the center of the maze and the rat is placed into the tube from the top which is covered with the cardboard. A handle on the outside of the tube allows easier lifting of the tube, which then begins the trial. The tube can be constructed of any material, but should be opaque.
High resolution video camera (e.g. Panasonic Digital Video Camera)	Panasonic, Secaucus, NJ	ICV19458	The video camera is positioned overhead and records trials for later analysis.
Extra- or intra-maze geometric cues made of high quality cardboard construction paper	Any office supply store, such as Staples.		These visual cues orient the animal within the maze environment, providing cues as to the spatial location of the escape cage; in rats, extra-maze cues on the walls work well, whereas in small rodents that require a wall around the maze, intra-maze cues must be used.
Black curtain to surround the maze (small rodents only)	Any fabric and crafts store, such as Jo-Ann Fabrics		A black curtain is used in small rodents (especially wild species, e.g. Peromyscus) to maintain attention within the maze confines.
70% ethanol	Fisher Scientific	BP2818-4	After each trial, the maze top and escape cage are cleaned to eliminate potential odor cues for consecutively tested rodents.
Tracking software program, such as Ethovision, and computer with appropriate video card and substantial (1 TB or more) hard-drive space. Alternatively, videos can be recorded directly to the computer for later analysis using a program such as Win TV (Hauppauge Computer Works, Inc.).	Noldus (Leesburg, VA)		Tracking software is required to analyze trials for latency to locate the escape cage, velocity, distance traveled, time spent resting, time spent moving, time spent in the correct versus incorrect quadrants, time spent around the escape hole, number of errors or entries into incorrect holes, and overall search strategy employed to find the escape cage.
External hard drives, such as Seagate or WD, with a minimum 1- 2 TB of memory	Any office supply store, such as Staples.		Videorecordings should be backed up in at least one separate location.
Videorecording program, e.g. WinTV program	Hauppauge Computer Works, Inc., Hauppauge, NY		If tracking software is not available at the time of the testing, the trials should be video-recorded for later analysis