Оценка пространственного обучения и памяти в малых чешуйчатый Рептилий
Summary
This paper describes a modification of the Barnes maze, a standard rodent paradigm used to assess spatial memory and learning, for use in small squamate reptiles.
Abstract
Клинические исследования использовала различные парадигм для оценки когнитивных нарушений, обычно ориентации пространственного обучения и памяти способности. Тем не менее, интерес к когнитивным процессам nonmodel видов, как правило, в экологическом контексте, также стала развивающейся областью исследований. В частности, интерес к познавательных процессов у рептилий растет, хотя экспериментальные исследования рептилии познания скудны. Несколько рептилии исследований, которые экспериментально проверены на пространственное обучение и память использовали грызуна парадигм модифицированные для использования в рептилий. Тем не менее, экологически важные аспекты физиологии и поведения этой таксономической группы должны быть приняты во внимание при проверке на пространственно основанного познания. Здесь мы описываем модификации суша Barnes лабиринт и связанный протокол тестирования, которые могут улучшить производительность при зондировании для пространственного обучения и способности памяти в маленьких чешуйчатый рептилий. Описанная парадигма и процедуры были успешно использованы с мужской стороны-Расплывшиеся ящериц (Ута stansburiana), демонстрирующие , что пространственное обучение и память можно оценить в этой таксономической группы с экологически соответствующим устройством и протоколом.
Introduction
Многие нейродегенеративные заболевания , такие как настоящее Альцгеймера с прогрессирующим снижением когнитивных способностей, как правило , одновременно с деградацией мозга 1-4. Для проверки влияния черепно-мозговой травмы и ухудшения когнитивных процессов, клинические исследования использовала преимущества модельных видов грызунов и стандартизации испытательной аппаратуры и протокола. В частности, пространственные процессы обучения и памяти были оценены с помощью нескольких стандартных парадигм , таких как водный лабиринт Морриса, Barnes лабиринт, и радиально – консольных лабиринт (для всеобъемлющего обзора этих и других парадигм, см 5,6). Богатая история этих пространственных обучения и памяти парадигм оказались весьма успешными, что позволяет исследователям понять многие из граней и нюансов взаимосвязи между человеческой памяти, функции мозга, и болезни.
В то время как оценка когнитивных процессов была исследована в клинических исследованиях для выходае некоторое время, исследования, направленные на познавательных способностей nonmodel видов является относительно новым. Исследователи, изучающие познание в nonmodel видов, как правило, заинтересованы в экологической и эволюционной значимости когнитивных процессов, в частности, в контексте выживания и размножения. Некоторые исследования рептилий предположили, что продвинутые познавательные способности, в частности, пространственной памяти, могут лежать в основе некоторых форм поведения, в частности касающихся навигации и ориентации. Тем не менее, в то время как многие исследования показали , что рептилии могут переориентировать после смещения 7,8, то когнитивные механизмы , лежащий в основе поведения переориентация еще не дразнили друг от друга. Из – за этого, некоторые исследования попытались экспериментально оценить важность пространственного обучения и памяти во время навигации 9-17. Методология в этих исследованиях преимущественно по образцу грызунах парадигм и протоколы, иногда модифицированные для использования в рептилий, но эти исследованияимели с переменным успехом в оценке пространственной памяти. Некоторые исследования показали , пространственное обучение и память у некоторых видов 11-17 в то время как другие исследования не обнаружили никаких доказательств такого 9,10. Таким образом, роль или существование пространственного обучения и памяти во время навигации у рептилий до сих пор неясно.
Один вопрос, который может быть проблематичным, когда экспериментально оценить пространственное обучение и память у рептилий является экологическая актуальность задачи. Рептилии являются особой таксономической группы весьма отличаются от грызунов, демонстрируя большие изменения в экологии, поведения и физиологии. Различия в поведении через рептильных видов могли бы повлиять на оценку пространственных когнитивных способностей, особенно если парадигма используется не подключиться к естественному поведению. Например, в видов, которые, как правило, ищет убежища в небольших трещинах, пространственные способности могут быть легко оценены с использованием Barnes лабиринту в то время как этот лабиринт не может быть идеальным выбором парадигмыв видов, которые, как правило, остается неподвижным. Точно так же, большинство чешуйчатый рептилии не водная и , таким образом , вода лабиринте Морриса не может быть подходящим выбором для тестирования пространственного обучения и памяти (но см 15); Тем не менее, этот лабиринт может быть идеальным выбором для тестирования пространственных способностей у черепах 16. Наконец, физиология этой группы должны быть учтены, так как рептилии ectothermic и надлежащего поддержания температуры, в частности подложки, необходимо учитывать во время процедуры тестирования.
Протокол и парадигма , представленная здесь были использованы для исследования пространственного обучения и памяти у взрослых ящериц бокового Расплывшиеся (Ута stansburiana) 13, небольшая ящерица , которая обычно убегает от хищников в небольших трещинах в скалах 18. Зная этот аспект естественной истории и поведении видов, мы использовали модификацию традиционного Barnes лабиринт, чтобы испытать для пространственного обучения и памяти. Лабиринтом я Barnesса сухой земли лабиринт и, как правило, используется для тестирования пространственного познания в моделях на грызунах. Мы модифицировали наш лабиринту несколькими способами от грызуна лабиринта, как в конструкции и протоколе (описано ниже). Наш лабиринт состоит из круглой платформы с 10 отверстий на равном расстоянии друг от друга по периметру платформы (рисунок 1). Протокол, описанный здесь, включает в себя предмет участия в учебных испытаниях, чтобы узнать местоположение цели отверстие, а затем, как только субъект узнает местоположение цели отверстие, пробный зонд используется для установления использования пространственной памяти во время навигации к цели.
Protocol
Representative Results
Discussion
При экспериментальной проверки для пространственного обучения и памяти, существует несколько важных концептуальных вопросов, которые решаются в некоторых из основных шагов в протоколе. Во-первых, субъекты должны продемонстрировать, что они изучают расположение цели отверстие в тече…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
We thank M. Forney, R. Maged, and K. Hellwinkle for data collection and two anonymous reviewers for comments on a previous version of this manuscript. This research was supported by an NSF award to LDL (IOS-0918268).
Materials
| Barnes maze | TSE Systems | 302050-BM/M | Available from other vendors. Alternatively, a Barnes maze can be constructed from a standard, non-porous round table. |
| Heat tape | Big Apple Pet Supply | May also use a small space heater situated on the floor under the maze. | |
| Pet keeper for small animals | Petco | 1230204 | Housing enclosure that can be mounted under the maze. |
| Nickel plated shelf support pegs | Newegg | 241941 | Pegs attached to underside of maze. Secures enclosure to maze during trials. |
| LifeCam Studio webcam | Microsoft | Q2F-00013 | Available from other vendors. Other brands of webcams may also be used. |
| Tracking software | Code custom written for Matlab and the Image Toolbox |
Video tracking software. Other tracking software such as VideoMot 2 from TSE Systems can be used. |
References
- Adriano, F., Caltagirone, C., Spalletta, G. Hippocampal volume reduction in first-episode and chronic schizophrenia: A review and meta-analysis. Neuroscientist. 18, 180-200 (2012).
- Karl, A., Schaefer, M., Malta, L. S., Dorfel, D., Rohleder, N., Werner, A. A meta-analysis of structural brain abnormalities in PTSD. Neurosci. Biobehav. Rev. 30, 1004-1031 (2006).
- Shi, F., Liu, B., Zhou, Y., Yu, C., Jiang, T. Hippocampal volume and asymmetry in mild cognitive impairment and Alzheimer’s disease: Meta-analyses of MRI studies. Hippocampus. 19, 1055-1064 (2009).
- Videbech, P., Ravnkilde, B. Hippocampal volume and depression: A meta-analysis of MRI studies. Am. J. Psychiatry. 161, 1957-1966 (2004).
- Sharma, S., Rakoczy, S., Brown-Borg, H. Assessment of spatial memory in mice. Life Sci. 87, 521-536 (2010).
- Vorhees, C. V., Williams, M. T. Assessing spatial learning and memory in rodents. ILAR J. 55, 310-332 (2014).
- Jenssen, T. A. Spatial awareness by the lizard Anolis Cristatellus: Why should a non-ranging species demonstrate homing behavior. Herpetologica. 58, 364-371 (2002).
- Pittman, S. E., Hart, K. M., Cherkiss, M. S., Snow, R. W., Fujisaki, I., Smith, B. J., Mazzotti, F. J., Dorcas, M. E. Homing of invasive Burmese pythons in South Florida: evidence for map and compass senses in snakes. Biol. Lett. 10, (2014).
- Day, L. B., Crews, C., Wilczynski, W. Spatial and reversal learning in congeneric lizards with different foraging strategies. Anim. Behav. 57, 393-407 (1999).
- Day, L. B., Crews, C., Wilczynski, W. Effects of medial and dorsal cortex lesions on spatial memory in lizards. Behav. Brain Res. 118, 27-42 (2001).
- Holtzman, D. A. From Slither to Hither: Orientation and Spatial Learning in Snakes. Integr. Biol. 1, 81-89 (1998).
- Holtzman, D. A., Harris, T. W., Aranguren, G., Bostock, E. Spatial learning of an escape task by young corn snakes, Elaphe guttata guttata. Anim. Behav. 57, 51-60 (1999).
- LaDage, L. D., Roth, T. C., Cerjanic, A. M., Sinervo, B., Pravosudov, V. V. Spatial memory: are lizards really deficient. Biol. Lett. 8, 939-941 (2012).
- Nobel, D. W. A., Carazo, P., Whiting, M. J. Learning outdoors: male lizards show flexible spatial learning under semi-natural conditions. Biol. Lett. 8, 946-948 (2012).
- Foà, A., Basaglia, F., Beltrami, G., Carnacina, M., Moretto, E., Bertolucci, C. Orientation of lizards in a Morris water-maze: roles of the sun compass and the parietal eye. J. Exp. Biol. 212, 2918-2924 (2009).
- López, J. C., Vargas, J. P., Gómez, Y., Salas, C. Spatial and non-spatial learning in turtles: the role of medial cortex. Behav. Brain Res. 143, 109-120 (2003).
- Petrillo, M., Ritter, C. A., Powers, A. S. A role for acetylcholine in spatial memory in turtles. Physiol. Behav. 56, 135-141 (1994).
- Zani, P. A., Jones, T. D., Neuhaus, R. A., Milgrom, J. E. Effect of refuge distance on escape behavior of side-blotched lizards (Uta stansburiana). Can. J. Zool. 87, 407-414 (2009).
- Mason, R. T., Gans, C., Crews, D. Reptilian Pheromone. Hormones, Brain, and Behavior: Biology of the Reptilia. , 114-228 (1992).
- Crawley, J. N., et al. Behavioral phenotypes of inbred mouse strains: implications and recommendations for molecular studies. Psychopharmacology. 132, 107-124 (1997).
- Schellinck, H. M., Cyr, D. P., Brown, R. E. How Many Ways Can Mouse Behavioral Experiments Go Wrong? Confounding Variables in Mouse Models of Neurodegenerative Diseases and How to Control Them. Adv. Stud. Behav. 41, 255-366 (2010).
- O’Leary, T. P., Brown, R. E. The effects of apparatus design and test procedure on learning and memory performance of C57BL/6J mice on the Barnes maze. J. Neurosci. Methods. 203, 315-324 (2012).
- O’Leary, T. P., Brown, R. E. Optimization of apparatus design and behavioral measures for the assessment of visuo-spatial learning and memory of mice on the Barnes maze. Learn. Mem. 20, 85-96 (2013).
- Patil, S. S., Sunyer, B., Höger, H., Lubec, G. Evaluation of spatial memory of C57BL/6J and CD1 mice in the Barnes maze, the Multiple T-maze and in the Morris water maze. Behav. Brain. Res. 198, 58-68 (2009).
- Roth, T. C., Krochmal, A. R. The role of age-specific learning and experience for turtles navigating a changing landscape. Curr. Biol. 25, 333-337 (2015).
