Barnes Maze estrategias de ensayo con pequeñas y grandes modelos de roedores

Summary

El secano Barnes laberinto es ampliamente utilizado para medir la capacidad de navegación espacial en respuesta a estímulos aversivos ligeramente. Durante días consecutivos, el rendimiento (por ejemplo, la latencia para localizar huida jaula) de los sujetos de control mejora, indicativo de aprendizaje normal y la memoria. Las diferencias entre las ratas y ratones necesitan aparatos y la metodología de los cambios que se detallan aquí.

Abstract

El aprendizaje espacial y la memoria de los ratones de laboratorio a menudo se evalúan a través de la capacidad de navegación en laberintos, el más popular de los cuales son la (Barnes) laberintos de agua y sobre la tierra seca. Mejora el rendimiento en las sesiones o ensayos se piensa para reflejar el aprendizaje y la memoria de la ubicación de escape jaula / plataforma. Considerado menos estresante que los laberintos de agua, el laberinto Barnes es un diseño relativamente simple de un superior plataforma circular con varios agujeros equidistantes alrededor del borde perimetral. Todos menos uno de los agujeros con doble fondo o ciego que termina, mientras que una conduce a una jaula de escape. Estímulos aversivos Ligeramente (por ejemplo, plafon brillantes) proporcionan la motivación para localizar la jaula escape. Latencia para localizar la caja de escape puede ser medida durante la sesión, sin embargo, los puntos finales adicionales suelen requerir la grabación de vídeo. A partir de esas grabaciones en vídeo, el uso de software de seguimiento automático puede generar una variedad de criterios de valoración que son similares a los producidos en los laberintos de agua (por ejemplo </ Em> la distancia recorrida, la velocidad / velocidad, el tiempo de permanencia en el cuadrante correcto, el tiempo pasado en movimiento / reposo, y la confirmación de latencia). Tipo de estrategia de búsqueda (es decir, al azar, serial o direct) se pueden clasificar también. Barnes metodologías de construcción laberinto y las pruebas pueden ser diferentes a los pequeños roedores, tales como ratones, y grandes roedores, como las ratas. Por ejemplo, mientras que las señales extra-laberinto son eficaces para las ratas, roedores salvajes más pequeños pueden requerir señales intra-laberinto con una barrera visual por el laberinto. Estímulos apropiados deben ser identificados que motivan el roedor para localizar la jaula de escape. Tanto Barnes y laberintos de agua puede llevar mucho tiempo ya que se requieren típicamente 4-7 ensayos de prueba para detectar un mayor rendimiento del aprendizaje y la memoria (por ejemplo, las latencias más cortas o longitudes de trayecto para localizar la plataforma de escape o jaula) y / o diferencias entre los grupos experimentales. Aun así, el laberinto Barnes es una evaluación de comportamiento ampliamente utilizado medir capacidades de navegación espacial ysu potencial de perturbación por neuroconductuales, manipulaciones genéticas, o exposición a la droga / sustancia tóxica.

Introduction

El aprendizaje espacial y la memoria en roedores de laboratorio se evaluó por primera vez con ratas privadas de alimento que navegaban en un laberinto de callejuelas de localizar un reforzador de alimentos ^1. Varias décadas más tarde, un sistema de memoria de referencia espacial fue propuesto ^2. A diferencia de la memoria de trabajo, que se refiere a la memoria dentro de una sesión de pruebas ni juicio, la memoria de referencia se refiere a la memoria a través de las sesiones de pruebas o ensayos y está más estrechamente relacionado con la memoria a largo plazo.

Existen varios tipos de laberintos se han desarrollado como evaluaciones no invasivas de este aprendizaje dependiente del hipocampo y la memoria espacial en roedores pequeños y grandes (por ejemplo, laberinto de agua, múltiple T-laberinto, laberinto de brazos radiales y laberintos de secano) ^3-6. Aquí, nos centramos en la plataforma circular o Barnes laberinto, descrita por primera vez en 1979 por el Dr. Carol Barnes ^7. Este laberinto se ha utilizado para probar el aprendizaje de navegación espacial y la memoria en una amplia gama de modelos de roedores, incluyendo ratas (Ranorvegicus TTU), ratones (Mus musculus), ciervos ratones (Peromyscus maniculatus bairdii), los ratones de California (Peromyscus californicus) y roedores hystricomorph (por ejemplo, degus [degus Octodon]) ^8-13. Otras especies evaluadas utilizando el laberinto Barnes incluyen las cucarachas americanas (Periplaneta americana), ¹⁴ serpientes del maíz (Elaphe guttata guttata) ^15,   reptiles escamosos (por ejemplo, del lado-blotched lagartos [Uta stansburiana]) ^16, y los primates no humanos (por ejemplo, los lémures ratón [Microcebus murinus]) ^17. En nuestros laboratorios, el rendimiento laberinto Barnes se ha utilizado como índice de la neurotoxicidad después de bisfenol desarrollo A (BPA) o etinil estradiol (EE2) exposición ^9-1113. También se utiliza comúnmente para el comportamiento de fenotipos de varias cepas de ratón ^18-21, la evaluación de los efectos del envejecimiento ^7,22-28, y sin duda relacionada con la enfermedad de AlzheimerIIC en modelos animales ^3,29-33, así como los efectos del ejercicio y la dieta, ambientales y metabólicos alteraciones ^34-42.

Una ventaja principal del uso de laberinto Barnes es que induce menos estrés en los temas relativos a laberintos de agua, tales como el laberinto de agua de Morris ^43, aunque ambos pueden inducir aumentos agudos en las concentraciones de corticosterona en el plasma en ratones ^44. Como un laberinto de la tierra seca, el laberinto Barnes puede ser más etológico-relevante para los roedores terrestres ^45. Aunque el rendimiento del laberinto de agua ha demostrado ser más sensible a las alteraciones genéticas en ratones ^3,46,47, desempeño en el laberinto de Barnes es más sensible a ciertas otras alteraciones ^48,49. En modelos de roedores donde el uso de laberinto de agua no es posible, el laberinto Barnes puede proporcionar una evaluación de afinado de la retención de la memoria espacial ^31. Los estímulos aversivos ligeramente usados ​​típicamente en el laberinto Barnes (luces brillantes), es decir,sin embargo, no puede proporcionar suficiente motivación para que el roedor para localizar la caja de escape ^45. Además, los roedores pueden aprender que ningún castigo ocurre si no entran en la jaula de escape. Por lo tanto, en lugar de la búsqueda activa de la jaula de escape, algunos roedores exploran activamente el laberinto durante largos períodos de cada ensayo. Como ya han dicho por Kennard y Woodruff-Pak ^24, este aumento de la exploración prolongará la latencia para localizar la caja de escape, la longitud del trayecto, y aumentar el número de errores. Por lo tanto, la medición de varios parámetros, incluyendo latencia, tasa de error, el tiempo pasado en los cuadrantes correctas e incorrectas, velocidad, tiempo en movimiento, tiempo de descanso, y la estrategia de búsqueda, se puede proporcionar en conjunto un mejor indicador de espacio de aprendizaje de la navegación y la memoria la capacidad de cada tema ^{8 -10.} Además, el rendimiento se puede medir como la latencia para localizar primero la jaula de escape (medida primaria) o la latencia para entrar en la jaula de escape (medida total). Algunos tienen argumentoed que las medidas principales de actuación son un reflejo más exacto de aprendizaje espacial que las medidas totales de ^50. La mayoría de los estudios, incluyendo los ejemplos descritos aquí, utilizan la latencia para entrar en la jaula de escape para determinar la tasa de error y la estrategia de búsqueda. Además, algunos sistemas de software de seguimiento tienen un sistema de detección de cuerpo de tres puntos que puede medir las frecuencias de inhalación de los vs correctas agujeros incorrectos. Por último, el laberinto se debe limpiar a fondo con etanol entre los ensayos para eliminar señales olfativas que podrían proporcionar pistas o resultar molesto para los animales posteriores.

Diseños laberinto Barnes variar, pero en general cada uno tiene 12 o 20 agujeros de escape potenciales, sólo uno de los cuales conduce a la casa o una jaula de escape. La jaula de escape puede estar situada justo debajo del hueco de escape en la parte superior del laberinto (por laberintos sin paredes) o integrado en la pared circundante del laberinto. Las señales pueden variar en tamaño de aproximadamente 16,5 cm de altura o anchura (dentro de la maze) a una línea horizontal 21,6 cm de ancho colocados desde el suelo hasta el techo de la pared de la sala fuera del laberinto. Figuras 1-5 muestran ejemplos de Barnes diseños de laberinto para especies Peromyscus (Figura 1) y ratas (figuras 2-5). Tapones o dobles fondos deben cubrir los agujeros nonescape para evitar que el animal caiga fuera del laberinto. Tamaño de la habitación de prueba puede variar (~ 20 m ^2), pero debe ser lo suficientemente grande como para proporcionar un amplio espacio para el laberinto, habituar a los animales a la sala, con capacidad para un ordenador con video de puesta a punto (si se utiliza), y un lugar para el experimentador para sentarse a una distancia (al menos ~ 122 cm) desde el aparato de laberinto de tal manera que su presencia no interfiere con el desempeño del animal. Asignación de la ubicación jaula de escape debe ser equilibrada entre los grupos de tratamiento y sexo. Mientras que los procedimientos específicos descritos aquí no incluyen girar el laberinto entre los ensayos para desalentar el uso de los intra-laberinto señales olfativas, algunos estudiosincorporar este procedimiento ^50. En nuestros procedimientos, el laberinto se limpia con etanol entre los ensayos para eliminar señales olfativas.

En la localización de la jaula de escape, tres tipos de estrategias de búsqueda se han definido (llamado originalmente "patrones" de Barnes ^7): 1) al azar, operacionalmente definidos como búsquedas localizadas de agujeros separados por senderos que cruzan el centro del laberinto, 2) de serie, que se define como una búsqueda sistemática de agujeros consecutivos en un sentido horario o antihorario, y 3) directa o espacial, definida como la navegación directamente al cuadrante correcto sin cruzar el centro del laberinto más de una vez y con tres o menos errores. En general, la prueba se repite, roedores típicamente progresan a través de las estrategias de búsqueda en el orden indicado (al azar, serial y directa) ^51. Una sonda de prueba sin la jaula de escape también puede ser utilizado como una medida adicional de la memoria ^50.

El protocolo y el representanteResultados En este sentido se han desarrollado para dos tipos de roedores (denominado Peromyscus especies de roedores pequeños de otro modo) y ratas. Mientras que estos procedimientos generales podrán celebrar también para ratones consanguíneos y / o consanguínea (Mus musculus), otros estudios deberían ser consultados sobre posibles diferencias metodológicas para estas últimas especies de ^18-21.

Protocol

1. Barnes procedimiento Maze para pequeños roedores Encienda las luces del techo por encima del laberinto y el lugar "no entrar" señales en el exterior de la puerta del laboratorio. Traiga ratones en sus jaulas normales a la sala de ensayo de aproximadamente 30 minutos antes de comenzar el primer ensayo para permitir la habituación. Si la habitación es tranquila, puede que no sea necesario incluir el ruido blanco, de lo contrario esta medida cautelar puede ser considerado. Co…

Representative Results

Ratones de los ciervos machos sexualmente maduros dependen de una mayor capacidad de navegación espacial para localizar socios potenciales de cría, que son ampliamente difundidos en todo el entorno. Tanto la exposición prenatal y adulto a la testosterona son esenciales en la organización y activación de este comportamiento adulto de sexo masculino más tarde 53. Como tal, se presume que la exposición temprana a los compuestos disruptores endocrinos podría perturbar este rasgo más tarde en los hombres….

Discussion

Los pasos críticos en los procedimientos de prueba de laberinto de Barnes son: 1) proporcionar el buen estímulo aversivo ligeramente para motivar a los animales para localizar la jaula de escape, 2) garantizar condiciones uniformes se mantienen entre los ensayos con animales (por ejemplo, el tiempo de prueba, pruebas de personal, control de ruido externo, y otros estímulos que pueden afectar el rendimiento), 3) si los ensayos son de vídeo grabado, optimizando y asegurando la grabación de vídeo adecuada y …

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