더블 H 미로 : 설치류의 강력한 행동 학습에 대한 테스트 및 메모리
Summary
The goal of this protocol is to investigate spatial cognition in rodents. The double-H water maze is a novel test, which is particularly useful to elucidate the different components of learning, consolidation and memory, as well as the interplay of memory systems.
Abstract
설치류에서 공간인지 조사 전형적 속성 한 미로에서 다음으로 변할 미로 작업의 사용을 이용한다. 이러한 작업들은 행동 유연성과 필요한 메모리 기간, 목표 경로의 수, 또한 전반적인 태스크의 복잡성에 의해 변화한다. 이러한 작업의 많은에 혼란 기능은 목표, 예를 들어, allocentric (-선언 등) 또는 자기 중심 (절차)를 기반으로 전략을 달성하기 위해 설치류에 의해 고용 전략 통제의 부족이다. 이중 H 미로 훈련 기간 학습 전략의 유형을 지시하기 위해 실험을 허용함으로써,이 문제를 해결하는 신규 한 물 이스케이프 메모리 작업이다. 이중 H 미로 세 팔이 팔 중 하나의 선단에 잠긴 탈출 플랫폼과 함께, 양면에 돌출 중앙 골목길 이루어져 투명 장치이다.
쥐 보안 목표 명세서를 번갈아 allocentric 전략을 사용하고 훈련 할 수있다예측할 수없는 방식으로 미로 아트 위치 (1 프로토콜 참조; §4.7), 따라서 가능한 allothetic 큐에 기초하여 플랫폼의 위치를 학습하도록 요구. 대안 적으로, 자기 중심 학습 전략 그들은 목표를 달성하기 위해 필요한 절차 패턴을 배울 때까지 (2 프로토콜은 §4.8) 각 시험시에 동일한 위치에서 쥐를 해제하여 사용할 수있다. 이 작업은 안정된 메모리 흔적의 형성을 허용하도록 입증되었다.
메모리는 오해의 소지가 프로브 재판에서 훈련 기간, 다음 프로브 할 수있는 쥐 교대의 시작 위치. 자기 중심 학습 패러다임에 따라, 쥐가 일반적으로 allocentric 기반의 전략에 의존하지만, 여분의 미로 단서에 초기보기는 원래 위치에서 현저하게 다른 경우에만 사용할 수 있습니다. 이 작업은 이상적으로 allocentric / 자기 중심 메모리 성능에 약물 / 교란의 효과뿐만 아니라 일 사이의 상호 작용을 탐구 적합두 메모리 시스템을 ESE.
Introduction
동물에서의 학습은 주로 각각 장소 – 및 절차 메모리에 대한 중앙 역할을 hippocampal-과 선조체 기반 메모리 시스템 1, 2,에 의해 매개된다. 이러한 두 시스템 간의 관계는 복잡하며, 이들은 협동 또는 경쟁 방식에 1,3- 서로 상호 작용하는 것으로 알려져있다. 또한, 연구는 동물의 행동에 이들 메모리 시스템 중 어느 하나의 영향이없는 다른 시스템 또는 4-7의 손상 다음 증가시킬 수 있음을 보여 주었다. 이들 시스템은 모두 시상 통해 전전두엽 피질로 연결된다.
수많은 신경 질환 및 신경 퇴행성 질환은 절차 및 선언적 메모리 시스템 사이의 상호 작용에 의존하는 인간의 공간 인식에 영향을 미칠 수있다. 예뿐만 아니라 파킨슨 병 (PD), 헌팅 톤병 (HD) 8-10, 알츠하이머 병 (AD) 11-14을 포함근 위축성 측삭 경화증 (ALS) 15. 이러한 장애와 관련된 동물 모델은 특정 수용체 (16)을 차단하는 다양한 약물 치료뿐만 아니라, 타겟을 통해 병변을 통해 유도 될 수있다. 이러한 동물 공간 기억 작업에 사용되는 경우, 이러한 가치있는 통찰력 장애,뿐만 아니라 다양한 치료법과 관련된 기전으로 얻을 수있다.
통칭하여 구체적인 학습 및 기억의 측면뿐만 아니라, 다양한 질환들 (17, 18)에 대한 잠재적 인 치료의 효과를 평가하기 위해 설계된 설치류 공간 기억 태스크의 다양한 종류가있다. 이러한 작업은 목표 경로, 태스크 메모리 기간 또는 지연뿐만 아니라 태스크 해결에 사용되는 전략의 선택을 해결 행동 자유도의 번호에 의해 구별 될 수있다. 좋은 성능을 배향하는 데 사용되는 외부 단서 또는 랜드 마크를 기반으로 획득 할 수있다목표를 향해 동물 (allocentric 또는 장소 전략). 쥐의 목표는 하나 우회전 다음에 하나 좌회전가 있음을 알고 있다면 다른 방법으로는, 설치류, 예에서 이동하는 방향에 관해서 (자기 중심 또는 절차 적 전략)와 몸의 방향과 단서를 기반으로하는 전략을 개발할 수 있습니다 다음 allocentric 또는 작은 곳 전략이 필요하다. 미로 작업은 종종 해결에 설치류에 제공하는 유연성의 정도에 따라 다릅니다. 예를 들어, 모리스 물 미로, 후자 (예를 들어, 19) 또는 반스 미로의 건조 버전 (예를 들어, 20), 쥐가 목표에 도달하기 위해 취할 수있는 무한한 노선 가능성이있다. 모리스 물 미로에서, 예를 들어, 목표의 위치는 외부 랜드 마크 또는 큐 (allocentric 전략)을 기반 학습, 또는 플랫폼 (자기 중심 전략) (21)를 찾을 때까지 단순히 중심을 향해 원에서 수영으로 할 수있다. 특정 작업이 여러 목표를 가지고및 높은 수준의 유연성은 그러한 원추 필드 태스크 22 Olton의 방사상으로 23 미로. 규모의 타단 즉 골, 돌 미로, 또는 T-미로 교대 버전에 도달 제한된 유연성을 제공 태스크이다. 이러한 작업은 목표에 도달 하나만 정확한 방법을 제공하고, 주로 선조체 기반 절차 메모리 시스템에 의해 관리되는인지 적 루틴의 출현을 용이하게한다.
이중 H 미로 실험은 태스크 (24)을 해결하는 설치류에 의해 학습되는 전략의 유형을 지시 할 수 있도록 설계 한 신규 공간 기억 시험 장치이다. 수직 중앙 골목길에 의해 교차 세 병렬 실행 팔 구성된, 이중 H 미로 쥐가 미로의 위치 중 하나에 침지 탈출 플랫폼에 도달하는 법을 배워야하는 물 탈출 작업입니다. 훈련하는 동안, 절차 적 전략은 T를 유지하여 개발 될 수있다그는 같은 시작을 통해 목표 위치. 대안 적으로, allocentric 전략 따라서 그것은 물 미로에서 수행하는 단서로서 환경에 기초하여 숨겨진 플랫폼의 위치를 알아 쥐를 필요로 임의의 순서로 시작 위치를 교대로 개발 될 수있다. 이것은 실험 달리 설치류 이용하는 전략의 종류 위에 거의 제어 할 수있는 많은 다른 작업에 미로 본 장애물을 극복한다. 따라서인지 루틴 또는 절차 출현 행동 관찰 해석 혼란있다 특정인지 향상 약물 후보의 효과 해마 기반 장소 메모리 시스템에 의존하고 있음을 고려할 때 중요하다 때 allocentric으로부터 실시 예 스위치 용 동물, 훈련의 과정에서 절차 적 메모리. 마찬가지로, allocentric 장소 기반 메모리의 영향을받지 않고, 약물 및 절차 메모리에 치료 효과를 평가하는 것이 바람직 할 수있다. 마지막으로,이 장치이러한 메모리 시스템 간의 협동 또는 상호 작용을 경쟁적 및 설치류 한 시스템에서 다른 시스템으로 전환 할 수있는 조건을 연구하기 위해 이용 될 수있다.
Protocol
Representative Results
Discussion
연구 설계 및 분석에 대한 의견
그 개념 때문에, 더블 H 미로 총칭 정상 24,25하에 래트에서 자기 중심 및 / 또는 allocentric 반응을 연구하기 위해 설계되고 26-29 뇌의 상태를 변경 한 쥐의 행동 실험, 다수 이용되고있다. 후자의 연구는 선조체 깊은 뇌 자극 (DBS) (26), 신경 장애 27,28의 동물 모델뿐만 아니라 muscimol (29)를 사용하여 다양한 cortico…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
이 작품은 (수 EXC 1086을 부여, DFG) 스트라스부르와 Neurex – 신경 과학 어퍼 라인 네트워크 (RP에 후 문서의 교제)의 대학과 독일 연구 재단의 지원 BrainLinks-BrainTools 우수 클러스터에 의해 지원되었다. 우리는 전문적인 기술 지원을 나디아 마티니 감사합니다.
Materials
| Rats or Mice | Charles River | ||
| Towels for drying | University Hospital | 1 / animal | |
| Water | ~200 L / day | ||
| Skim milk powder | Grocery store | 250 g / 200 L water | |
| Garden Hose | Hardware store | ||
| Drying rack for towels | Hardware store | ||
| Kinect camera | Kinect | ||
| PC computer | any | ||
| [header] | |||
| Double H Maze, (plexiglass) (Custom-Built) | |||
| External lateral walls, 1600 × 350 × 6 mm | 2 | ||
| Internal lateral walls, 706 × 350 × 6 mm | 8 | ||
| Central corridor panels, 500 × 350 × 6 mm | 4 | ||
| Arm extremities, 188 × 350 × 6 mm | 6 | ||
| Guillotine doors, 187 × 350 × 6 mm | 3 | ||
| Extremity covers, 200 × 250 mm | 6 | ||
| Crossbars, 200 × 40 mm | 6 | ||
| [header] | |||
| Double-H Maze Platform (to be ballasted) | Double-H Maze Platform (to be ballasted) (Custom-Built) | ||
| Metal platform, 100 mm diameter × 150 mm | 2 | ||
| Platform cover, 100 mm diameter × 6mm | 2 |
References
- Izquierdo, I., et al. The connection between the hippocampal and the striatal memory systems of the brain: a review of recent findings. Neurotoxicity Research. 10 (2), 113-121 (2006).
- Albouy, G., et al. Both the hippocampus and striatum are involved in consolidation of motor sequence memory. Neuron. 58 (2), 261-272 (2008).
- Albouy, G., et al. Interaction between Hippocampal and Striatal Systems Predicts Subsequent Consolidation of Motor Sequence Memory. Plos One. 8 (3), (2013).
- Chang, Q., Gold, P. E. Intra-hippocampal lidocaine injections impair acquisition of a place task and facilitate acquisition of a response task in rats. Behav Brain Res. 144 (1-2), 19-24 (2003).
- McDonald, R. J., Hong, N. S., Devan, B. D. The challenges of understanding mammalian cognition and memory-based behaviours: an interactive learning and memory systems approach. Neurosci Biobehav Rev. 28 (7), 719-745 (2004).
- Packard, M. G. Anxiety cognition, and habit: a multiple memory systems perspective. Brain Res. 1293, 121-128 (2009).
- Packard, M. G., McGaugh, J. L. Inactivation of hippocampus or caudate nucleus with lidocaine differentially affects expression of place and response learning. Neurobiol Learn Mem. 65 (1), 65-72 (1996).
- Lawrence, A. D., et al. Executive and mnemonic functions in early Huntington’s disease. Brain. 119 (Pt 5), 1633-1645 (1996).
- Lawrence, A. D., Watkins, L. H., Sahakian, B. J., Hodges, J. R., Robbins, T. W. Visual object and visuospatial cognition in Huntington’s disease: implications for information processing in corticostriatal circuits. Brain. 123 (Pt 7), 1349-1364 (2000).
- Walker, F. O. Huntington’s disease. Lancet. 369 (9557), 218-228 (2007).
- Cushman, L. A., Stein, K., Duffy, C. J. Detecting navigational deficits in cognitive aging and Alzheimer disease using virtual reality). Neurology. 71 (12), 888-895 (2008).
- Liu, L., Gauthier, L., Gauthier, S. Spatial disorientation in persons with early senile dementia of the Alzheimer type. A`m J Occup Ther. 45 (1), 67-74 (1991).
- Mapstone, M., Steffenella, T. M., Duffy, C. J. A visuospatial variant of mild cognitive impairment: getting lost between aging and AD. Neurology. 60 (5), 802-808 (2003).
- Vliet, E. C., et al. The neuropsychological profiles of mild Alzheimer’s disease and questionable dementia as compared to age-related cognitive decline. J Int Neuropsychol Soc. 9 (5), 720-732 (2003).
- Hanagasi, H. A., et al. Cognitive impairment in amyotrophic lateral sclerosis: evidence from neuropsychological investigation and event-related potentials. Brain Res Cogn Brain Res. 14 (2), 234-244 (2002).
- Robbins, T. W., Murphy, E. R. Behavioural pharmacology: 40+ years of progress, with a focus on glutamate receptors and cognition. Trends Pharmacol Sci. 27 (3), 141-148 (2006).
- Paul, C. M., Magda, G., Abel, S. Spatial memory: Theoretical basis and comparative review on experimental methods in rodents. Behav Brain Res. 203 (2), 151-164 (2009).
- Hodges, H. Maze procedures: the radial-arm and water maze compared. Brain Res Cogn Brain Res. 3 (3-4), 167-181 (1996).
- Kesner, R. P., Farnsworth, G., Kametani, H. Role of parietal cortex and hippocampus in representing spatial information. Cereb Cortex. 1 (5), 367-373 (1991).
- Barnes, C. A. Memory deficits associated with senescence: a neurophysiological and behavioral study in the rat. J Comp Physiol Psychol. 93 (1), 74-104 (1979).
- Whishaw, I. Q., Cassel, J. C., Jarrad, L. E. Rats with fimbria-fornix lesions display a place response in a swimming pool: a dissociation between getting there and knowing where. J Neurosci. 15 (8), 5779-5788 (1995).
- Staay, F. J., Raaijmakers, W. G., Lammers, A. J., Tonnaer, J. A. Selective fimbria lesions impair acquisition of working and reference memory of rats in a complex spatial discrimination task. Behav Brain Res. 32 (2), 151-161 (1989).
- Olton, R. S., Samuelson, R. J. Remembrance of places past: Spatial memory in rats. J Exp Psych. 2 (2), 97-116 (1976).
- Pol-Bodetto, S., et al. The double-H maze test, a novel, simple, water-escape memory task: acquisition, recall of recent and remote memory, and effects of systemic muscarinic or NMDA receptor blockade during training. Behav Brain Res. 218 (1), 138-151 (2011).
- Cassel, R., Kelche, C., Lecourtier, L., Cassel, J. -. C. The match/mismatch of visuo-spatial cues between acquisition and retrieval contexts influences the expression of response vs. place memory in rats. Behavioural Brain Research. 230 (2), 333-342 (2012).
- Schumacher, A., de Vasconcelos, A. P., Lecourtier, L., Moser, A., Cassel, J. C. Electrical high frequency stimulation in the dorsal striatum: Effects on response learning and on GABA levels in rats. Behavioural Brain Research. 222 (2), 368-374 (2011).
- Lecourtier, L., et al. Intact neurobehavioral development and dramatic impairments of procedural-like memory following neonatal ventral hippocampal lesion in rats. Neuroscience. 207, 110-123 (2012).
- Kirch, R. D., et al. Early deficits in declarative and procedural memory dependent behavioral function in a transgenic rat model of Huntington’s disease. Behav Brain Res. 239, 15-26 (2013).
- Cholvin, T., et al. The ventral midline thalamus contributes to strategy shifting in a memory task requiring both prefrontal cortical and hippocampal functions. J Neurosci. 33 (20), 8772-8783 (2013).
- Hooge, R., De Deyn, P. P. Applications of the Morris water maze in the study of learning and memory. Brain Res Brain Res Rev. 36 (1), 60-90 (2001).
