Presentert protokollen produserer en vedvarende sensoriske konflikt for eksperimenter rettet mot å studere langsiktige læring. Ved permanent iført en fast enhet på hodet, er mus kontinuerlig utsatt for sensorisk ikke samsvar mellom visuell og vestibular innganger mens fritt flytte i hjem bur.
Langsiktig sensoriske konflikt protokoller er en verdifull måte å studere motor læring. Presentert protokollen produserer en vedvarende sensoriske konflikt for eksperimenter rettet mot å studere langsiktige læring i mus. Ved permanent iført en enhet fast på hodet, er mus kontinuerlig utsatt for sensorisk ikke samsvar mellom visuell og vestibular innganger mens fritt flytte i hjem bur. Derfor muliggjør denne protokollen lett studiet av visuelle systemet og flere interaksjoner over en utbygget timeframe som ikke ville være tilgjengelig ellers. I tillegg til senke eksperimentelle kostnadene for langsiktig sensoriske læring i naturlig oppfører seg mus, passer denne tilnærmingen kombinasjonen av vivo og i vitro eksperimenter. I eksemplet rapporterte utføres video-oculography for å kvantifisere vestibulo-okulær reflex (VOR) og optokinetic reflex (OKR) før og etter å lære. Mus utsatt for langsiktig sensoriske konflikten mellom visuell og vestibular innganger presentert en sterk VOR gevinst nedgang, men viste noen OKR endringer. Detaljert fremgangsmåte av enheten forsamlingen, dyr omsorg, og refleks målinger er herved rapportert.
Sensorisk konflikter, som visuelle som er tilstede i dagliglivet, for eksempel, når man bærer briller eller under en hel levetid (utviklingsmessige vekst, endringer i sensoriske skarphet, etc.). På grunn av en godt beskrevet krets anatomi, lettbetjente sensoriske innganger, målbare motor utganger og presis kvantifisering metoder1, blikk har stabilisering reflekser blitt brukt som modeller av motor læring i mange arter. Hos mennesker og aper, er vestibulo-okulær reflex (VOR) tilpasningen studert ved bruk av prismer som emnet bærer for flere dager2,3,4,5. Siden gnager modellen gir kombinasjonen av atferdsmessige og mobilnettet eksperimenter, utviklet vi en ny metode for å skape langsiktig sensoriske konflikt i fritt oppfører seg mus med en hjelm-lignende enhet. Inspirert av metodene som er brukt i mennesker og aper, protokollen genererer en konflikt mellom vestibular og visuelle innganger (dvs. visuo-vestibular misforholdet, VVM) som fører til en nedgang i VOR gevinst.
Klassisk protokoller utløser en VOR få ned tilpasning i gnagere består av roterende hode-fast dyr på en platespiller mens rotere det visuelle feltet i fase. Dette paradigmet oppretter visuo-vestibular konflikt, noe som gjør VOR motproduktivt. Langsiktig tilpasning protokoller består av en gjentakelse av denne prosedyren i løpet av flere dager6,7,8. Resultatet når en storklasse av dyrene må testes, krever klassisk metode en stor mengde tid. I tillegg dyret er hodet-fast, læring er stort sett begrenset til en diskret frekvens/hastighet og består av usammenhengende treninger avbrutt av intertrial intervaller for variabelen varighet6. Til slutt, klassisk protokoller Bruk passiv læring, som vestibular stimulering ikke er aktivt generert av dyrets frivillig bevegelser, en situasjon som sterkt figurer vestibular behandling9,10.
Nevnte eksperimentelle begrensningene er overgått av presentert innovativ metodikken. Den nødvendige kirurgisk tilnærmingen er grei, og materialer er tilgjengelige kommersielt. Den eneste delen som dyrere materiale er kvantifisering av atferd; grunnleggende av protokollen kan likevel brukes for alle eksperimentet fra i vitro undersøkelser til andre atferdsmessige studier av læring. Samlet, ved å generere en midlertidig synshemming og visuo-vestibular konflikt over flere dager, denne metodikken kan lett transponeres noen studie opptatt sensoriske forstyrrelsene eller motor læring.
Langsiktig sensoriske forstyrrelsene beskrevet her består av en visuo-vestibular mismatch produsert i fritt oppfører seg mus. For å implantatet enheten mus ha for 14 dager, utføres en enkel og kort kirurgi ved hjelp av en kommersielt tilgjengelig kirurgisk utstyr. Mus gjenopprette i mindre enn 1 time denne headpost implantasjon prosedyrer og viser ingen tilknyttede tegn på nød fra den. Senere, i den gitte eksemplet for denne protokollen måles VOR og OKR ved hjelp av video-oculography teknikk. Likevel, denne enheten-indusert langsiktige læring protokollen kan brukes i en rekke eksperimenter som i vitro elektrofysiologi1, neuronal bildebehandling og ulike atferdsmessige analyser. Begrunnelsen bak utviklingen av denne teknikken var inspirert av prisme-baserte metoder brukt i mennesker og aper. Denne teknikken, er imidlertid fordi det svekker snarere enn endrer visjon. Således, utgjør det (i sin nåværende form) et ekstrem tilfelle av visuo-vestibular feil. Forfatterne mener at gitt teknisk informasjon kan være nyttig for å utforme et prisme-liknende versjon av enheten eller videreutvikle bestemte funksjonen begrenser enheter16.
Laget av en lys (0.9 g) poly (lactic acid) plast, hodet enheten ble designet for å passe hodet av unge voksne mus, slik at beskyttelse av snuten og la nok plass til siden la dyr brudgommen. Fronten av enheten viser slutten av snuten til fôring og grooming atferd. Enheten er litt ugjennomsiktig, slik at dyret er fratatt presise visjon av de omliggende, men fortsatt mottar lystetthet stimulering. De stripete og falske implantations testes for å sikre at målt effekten skyldes hovedsakelig til visuo-vestibular misforholdet forårsaket av høy kontrast visuelle signalet under Egengenererte bevegelser av stripete enheten og ikke av proprioceptive endring (dvs., vekten av enheten brukes i mouse´s hodet).
Eksperimentelt, få musene som hadde stripete enheten viste betydelige VOR reduksjon av 50% etter læring perioden; Likevel, det kan være en Inter-individuelle variasjon for absolutt forsterkningen. Humbug mus viste ingen betydelig VOR få endringer, dermed demonstrere at VOR reduksjon er forårsaket av sensoriske konflikten og ikke av motor verdifall. Videre unge mus (< P26) viste VOR og OKR få verdier som er lavere enn eldre dyr17. Derfor må dyr alder tas i betraktning selv planlegger eksperimentet. Endelig er nevnte mus utelukkelse vilkårene (inndelingen 4.5) et viktig skritt som bør følges for å sikre at velvære samt opprette pålitelige resultater.
En av fordelene med denne protokollen er tiden som det sparer forskere i læring perioden, sammenlignet med andre typer VOR/OKR tilpasning protokoller. Så langt, har VOR tilpasning i mus blitt studert av hodet-festing og opplæring dyr på en roterende dreieskive6,8,18,19, som er tidkrevende, særlig når mange dyr må være trent. Presentert protokollen tillater opplæring av flere dyr samtidig, og sparer tid. Dessuten, disse klassiske eksperimenter er treningene vanligvis begrenset til 1t per dag, forlate lengre antatte unlearning at tilpasning til være en iterated veksling av læring/unlearning med ulike dynamikk20. Her gir leder-fiksering av enheten uavbrutt læring. En annen fordel er at siden læring perioden genereres i fritt oppfører hodet-fri situasjon, mus er kunne lære gjennom en rekke naturlige bevegelser av hodet som er aktivt generert. I de klassiske protokollene er dyret hodet-fast mens roteres passivt på dreieskiven slik at læring skjer på en bestemt stimulering (en frekvens, en hastighet)21 som ikke reflekterer det naturlige utvalget av bevegelser av hodet. Det er viktig for å merke seg at vestibulærsystemet koder bevegelser annerledes når de er aktivt generert av faget eller når eksternt brukt10; dermed cellulære mekanismer utløses i begge situasjoner kan også være forskjellig.
Samlet er metodene som beskrives egnet for kombinert/i vivo/i vitro studier på langsiktige sensoriske tilpasninger inntreffer etter en visuell konflikt og/eller visuo-vestibular mismatch i fritt oppfører seg mus. Sensorisk konflikter er en kjent årsak til bevegelse sykdom, som er et felt som nylig har tiltrukket bruk av mus22,23. Det ble nylig demonstrert at gevinst tilpasning forårsaket av bruk av denne enheten tilbyr beskyttelse mot reisesyke når mus er utsatt for en provoserende stimulans15. Derfor kan denne protokollen brukes til å identifisere de cellulære mekanismene underliggende tilpasning til en sensorisk konflikt så vel som å utvikle anti-reisesyke behandlinger.
The authors have nothing to disclose.
Vi takker Patrice Jegouzo for hodet enheter og headpost utvikling og produksjon. Vi takker også P. Calvo, A. Mialot og E. Idoux for deres hjelp i utviklingen av tidligere versjoner av enhet og VVM protokollen.
Dette arbeidet ble finansiert av Centre National des etyder Spatiales CNRS og Université Paris Descartes. J. C. og M. B. få støtte fra den franske ANR-13-CESA-0005-02. F. F. B. og M. B. få støtte fra den franske ANR-15-CE32-0007.
3D printer | Ulimaker, USA | S5 | |
Blunt scissors | FST | 14079-10 | |
Catalyst V | Sun Medical, Japan | LX22 | Parkell bio-materials, Kit n°S380 |
Dentalon Plus | Heraeus | 37041 | |
Eyetracking system and software | Iscan | ETN200 | |
Green activator | Sun Medical, Japan | VE-1 | Parkell bio-materials, Kit n°S380 |
Monomer | Sun Medical, Japan | MF-1 | Parkell bio-materials, Kit n°S380 |
Ocrygel | TvmLab | 10779 | Ophtalmic vet ointment |
Polymer L-type clear (cement) | Sun Medical, Japan | TT12F | Parkell bio-materials, Kit n°S380 |
Sketchup | Trimble | 3D modeling software used for the device's ready-to-print design file | |
Turntable | Not commercially available |