Оценка нарушения пространственной памяти в мышиной модели травматической травмы головного мозга с использованием лабиринта с радиальной водой
Summary
Здесь мы представляем протокол для специфического для мыши теста познания, который не требует плавания. Этот тест можно использовать для успешного распознавания контролируемых кортикальных травмированных мышей с травмой головного мозга от ложных контролей.
Abstract
Несмотря на недавнее увеличение использования моделей мыши в научных исследованиях, исследователи продолжают использовать когнитивные задачи, которые изначально были разработаны и подтверждены для использования крысами. Ранее было продемонстрировано испытание лабиринтом радиальной воды (RWT) пространственной памяти (разработанное специально для мышей и не требующее плавания), чтобы успешно провести различие между контролируемыми кортикальными мышами TBI, индуцированными кортикальными поражениями, и противозачаточным контролем. Здесь представлен подробный протокол для этой задачи. Лабиринт RWT основывается на естественной тенденции мышей избегать открытых площадок в пользу обнимания сторон аппарата (тигмотаксис). Стены лабиринта выложены девятью выходными отверстиями, расположенными над полом аппарата, и мышам обучают использовать визуальные сигналы, чтобы найти выходное отверстие, которое выходит из лабиринта. Лабиринт заполнен дюймом холодной воды, достаточным для того, чтобы мотивировать побег, но недостаточно глубоко, чтобы требовать, чтобы мышь плавала. Период приобретения занимает всего четыре тренингаДней, с испытанием сохранения памяти на пятый день и долгосрочным анализом памяти на 12-й день. Представленные здесь результаты показывают, что лабиринт RWT является возможной альтернативой проверенным крысам когнитивным тестам на плавании в оценке пространственных Дефицит памяти в мышиных моделях TBI.
Introduction
Нарушения памяти являются одними из наиболее распространенных симптомов, сообщаемых пациентами после травматической черепно-мозговой травмы (TBI) 1 , 2 . Поэтому точная идентификация и оценка аналогичного дефицита памяти на животных моделях TBI необходимы для нашего понимания этого состояния и его управления. Здесь мы представляем протокол для тестирования пространственной памяти в мышиной модели TBI с использованием лабиринта Radial Water Tread (RWT). Ранее было показано, что этот аппарат оценивает когнитивные дефициты в мышиных моделях контролируемого кортикального поражения (CCI) -индуцированного TBI 3 и представляет собой потенциальную альтернативу проверенным крысам, основанным на плавании тестам на познание.
Растущее разнообразие и доступность моделей трансгенных мышей привели к недавнему увеличению использования мышей над крысами в научных исследованиях 4 . Несмотря на этот сдвиг, исследователи продолжают полагаться наКогнитивные задачи, которые были первоначально разработаны и подтверждены для использования крысами. Наиболее распространенные тесты, используемые в настоящее время для оценки познания у мышей, Морского водного лабиринта (MWM) и кругового лабиринта Барнса, были специально разработаны, чтобы извлечь выгоду из инстинктивного поведения, обнаруженного у крыс 5 , 6 . Учитывая генетические, нейроэкологические и когнитивные различия, существующие между этими двумя видами 4 , неудивительно, что мыши последовательно отстают от этих задач 7 , 8 .
Видимые различия в способности к тестированию особенно важны для плавающих когнитивных тестов, таких как MWM. Хотя и крысы, и мыши являются опытными пловцами, исследователи выявили несколько штаммов мышц, которые заметно отличаются от когнитивных задач 9 , 10 , </Sup> 11 , 12 , 13 . Даже у животных дикого типа крысы обычно превосходят мышей 7 , 8 . Хотя это можно было бы интерпретировать как видоспецифичную разницу в пространственной памяти, аналогичные последующие испытания с использованием лабиринта с сухим лесом выявили не зависящие от вида различия в когнитивных характеристиках 8 . Множество факторов, не связанных с познанием, могут объяснить это открытие, в том числе зависящие от вида различия в способности плавания или стратегии поиска. Действительно, факторный анализ стратегий поиска, специфичных для мыши в MWM, показывает, что некогнитивные факторы (в частности, тигомотаксис и пассивность ( т. Е. Плавающие)) могут играть более значительную роль в производительности MWM, чем пространственное обучение 14 .
Здесь мы демонстрируем использование когнитивного теста, предназначенного для использования вМышечное поведение мышей и которое не требует плавания, для измерения нарушения пространственной памяти в мышиной модели CCI-индуцированного TBI. В то время как лабиринт RWT ( рисунок 1 A-B ) был задуман как новый гибрид круглого лабиринта MWM и Barnes, он был специально разработан, чтобы использовать интуитивное поведение тигмотактического поведения для мышей 15 , 16 . Аппарат состоит из ванны из оцинкованной стали диаметром 32 дюйма, в которой скучно выровнены девять равномерно расположенных выходных отверстий. Отверстия центрированы на 2-1 / 4 дюйма над полом бака и имеют размеры, соответствующие обычно доступным 1-1 / 2-дюймовым адаптерам ABS DWV SPG x SJ. Восемь выходов закрыты снаружи и ослеплены до глубины 1 дюйма резиновыми пробками. Девятый соединен локтем 90 ° акрилонитрилбутадиенстирола (ABS) с непрозрачным пластиковым коробом, из которого мышь может быть легко удалена после тестирования. В течениеКороткий период сбора данных, мышь обучается использовать уникальные визуальные сигналы, выстраивающие лабиринт, чтобы найти эту экранирующую коробку. Во время тестирования лабиринт заполняется дюймом холодной воды (12-14 ° C), достаточно проворным, чтобы способствовать побегу, но недостаточно глубоко, чтобы мышь плавала.
Лабиринт RWT представляет собой недорогую альтернативу MWM с низким уровнем обслуживания и успешно используется у мышей с возрастными и трансгенными мышами 15 , 17 , 18 , 19 и CCI-индуцированных моделей TBI 3 . Протокол, представленный здесь, представляет собой простой и эффективный метод измерения нарушения пространственной памяти, не требующий предварительной подготовки к травме, и его можно легко модифицировать в соответствии с конкретными потребностями исследовательской лаборатории.
Protocol
Representative Results
Discussion
Протокол лабиринта RWT, представленный здесь, успешно проводит различие между CCI-индуцированными мышами TBI и фиктивными контрольными элементами и представляет собой возможную, ориентированную на мышь, альтернативу круговому лабиринту MWM и Barnes. Хотя приведенные здесь результаты говорят…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Это исследование было поддержано Фондом экспериментального проекта Института трансляционных медицинских наук (UL1TR000423), Университетом Вашингтона, Центром по развитию человека и инвалидности, а также Университетом Вашингтона по изучению поведения животных и ядром визуализации мозга. Мы хотели бы признать доктора Уоррена Ладигеса за его роль в разработке и распространении оригинального дизайна и протокола лабиринта «Радиальная вода», представленного здесь. Мы также благодарим Тоби Коула за его помощь в этом проекте.
Materials
| 35 Gal. Hot Dipped Steel Round Tub | Home Depot | Internet #206638142 | Needed: 1 |
| 1-1/2 in. ABS DWV SPG x SJ Trap Adapter | Home Depot | Internet #100344703, Store SKU #188956 | Needed: 9 |
| 1-3/4 in. x 1-7/16 in. Black Rubber Stopper | Home Depot | Internet #100114974 Store SKU #755844 | Needed: 8 |
| 1-1/2 in. ABS DWV 90 Degree Hub x Hub Elbow | Home Depot | Internet #100346663 Store SKU #188603 | Needed: 1 |
| HDX 10 Gal. Storage Tote |
Home Depot | Internet #202523587 Store SKU #258804 Store SO SKU #258804 | Needed: 1 |
| Impact One Stereotaxic Impactor for CCI | Leica Biosystems | 39463920 | Needed: 1 |
| Vernier Stereotaxic w/ Manual Fine Drive Stereotaxic Instrument for Small Animals | Leica Biosystems | 39463001 | Needed: 1 |
References
- Levin, H. Neurobehavioral outcome of closed head injury: Implications for clinical trials. J. Neurotrauma. 12 (4), 601-610 (1995).
- Schretlen, D., Shapiro, A. A quantitative review of the effects of traumatic brain injury on cognitive functioning. Int Rev Psychiatry. 15 (4), 341-349 (2003).
- Cline, M. M., et al. Novel application of a radial water tread maze can distinguish cognitive deficits in mice with traumatic brain injury. Brain Res. 1657, 140-147 (2017).
- Ellenbroek, B., Youn, J. Rodent models in neuroscience research: Is it a rat race?. Dis. Model. Mech. 9 (10), 1079-1087 (2016).
- Morris, R. Developments of a water-maze procedure for studying spatial learning in the rat. J. Neurosci Methods. 11 (1), 47-60 (1984).
- Barnes, C. Memory deficits associated with senescence: A neurophysiological and behavioral study in the rat. J. Comp. Physiol. Psych. 93 (1), 74-104 (1979).
- Frick, K., Stillner, E., Berger-Sweeney, J. Mice are not little rats: Species differences in a one-day water maze task. Neuroreport. 11 (16), 3461-3465 (2000).
- Whishaw, I., Tomie, J. Of Mice and Mazes: Similarities Between Mice and Rats on Dry Land But Not Water Mazes. Physiol Behav. 60 (5), 1191-1197 (1995).
- Francis, D., Zaharia, M., Shanks, N., Anisman, H. Stress-induced disturbances in Morris water-maze performance: Interstrain variability. Physiol Behav. 58 (1), 57-65 (1995).
- Wahlsten, D., Rustay, N., Metten, P., Crabbe, J. In search of a better mouse test. Trends Neurosci. 26 (3), 132-136 (2003).
- Crawley, , et al. Behavioral phenotypes of inbred mouse strains: implications and recommendations for molecular studies. Psychopharmacology. (Berl). 132 (2), 107-124 (1997).
- Wahlsten, D., et al. Different data from different labs: lessons from studies of gene-environment interaction. J. Neurobiol. 54 (1), 283-311 (2002).
- Rogers, D. C., et al. Use of SHIRPA and discriminant analysis to characterise marked differences in the behavioural phenotype of six inbred mouse strains. Behav Brain Res. 105 (2), 207-217 (1999).
- Wolfer, D. P., Stagljar-Bozicevic, M., Errington, M. L., Lipp, H. Spatial Memory and Learning in Transgenic Mice: Fact or Artifact?. Physiology. 13 (3), 118-123 (1998).
- Koopmans, G., Blokland, A., Vannieuwenhuijzen, P., Prickaerts, J. Assessment of spatial learning abilities of mice in a new circular maze. Physiol Behav. 79 (4-5), 683-693 (2003).
- Deacon, R., Rawlins, N. Learning impairments of hippocampal-lesioned mice in a paddling pool. Behav Neurosci. 116 (3), 472-478 (2002).
- Pettan-Brewer, C., et al. A novel radial water tread maze tracks age-related cognitive decline in mice. Pathobiol Aging Age Relat Dis. 3, 1-4 (2013).
- Wiley, J., Pettan-Brewer, C., Ladiges, W. Phenylbutyric acid reduces amyloid plaques and rescues cognitive behavior in AD transgenic mice. Aging Cell. 10 (3), 418-428 (2011).
- Enns, L., et al. Disruption of Protein Kinase A in Mice Enhances Healthy Aging. PLoS ONE. 4 (6), (2009).
- Ivonen, H., Nurminen, L., Harri, M., Tanila, H., Puolivali, J. Hypothermia in mice tested in Morris water maze. Behav Brain Res. 141 (2), 207-213 (2003).
- Shultz, S. R., et al. Granulocyte-macrophage colony-stimulating factor is neuroprotective in experimental traumatic brain injury. J Neurotrauma. 31 (10), 976-983 (2014).
