Summary

オープンフィールドタワー迷路に置き、レスポンス学習

Published: October 28, 2015
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Summary

オープンフィールドタワー迷路(OFTM)は、ラットにおける空間学習( 例えば 、プレースまたは応答ラーニング)の行動と神経機構を研究するために作成した迷路です。この迷路は、彼らの研​​究では空間学習を調査するために、非ストレスの迷路パラダイムを使用する実験者のために特に有用です。

Abstract

このプロトコルは、オープンフィールドタワー迷路(OFTM)パラダイムは、げっ歯類における空間学習を研究するために使用される方法について説明します。この迷路は、ラットが正常にオープンフィールドアリーナに移動するにはプレースまたは応答ラーニングを使用することを学ぶ方法を調べるために特に有用です。さらに、このプロトコルは、OFTMは、一般的にげっ歯類における空間学習を研究するために使用される他の行動迷路パラダイムとは異なる方法を説明します。この資料に記載さOFTMは、以前コール、クリッパートン、ウォルト(2007)により記載のものから適応されました。具体的には、OFTMは実験者が「ストレス」は交絡変数としての役割を果たしている可能性がある方法を検討することなく、げっ歯類で空間学習をテストするために作成されました。実験は、ストレスだけでかなり認知機能1に影響を与えることができることを示しました。代表的な結果のセクションでは、プレースとレスポンスのエストラジオール治療の効果を調べるためにOFTMを用いた実験からのデータが含まれています成人女性のSDラット2に-learning。今後の研究では、OFTMでプレースと応答学習における海馬と線条体の役割を調べるために設計されます。

Introduction

オープンフィールドタワー迷路(OFTM)げっ歯類における空間学習の行動および神経生物学的メカニズムを調べるために使用することができます。重要なことは、OFTM、研究者は「場所ベース」と「応答ベースの「学習型の両方を研究することができます。 場所学習動物の間例えば、食品の報酬は次の背の高いビーコンに位置しています)取り巻く環境の空間キューを使用して迷路をナビゲート。 応答学習動物が空間キューに対する相対的な位置に関係なく、特定のターン応答を行う時には例えば、食品の報酬を見つけるために、左または右に曲がります)。これは、以前に応答学習と学習場所は、2つの異なるメモリシステム3,4およびそれらの神経機構をマッピングに依存している進行中の科学的追求2、5-7であったことが報告されています。 OFTMの設計は、以前に8を説明したものから適応されました。

オープンフィールドパラダイム(OFTMの成分)は、一般に、齧歯類9における不安を調べるために使用されます。オープンフィールドの中心に多くの時間を過ごす典型的なオープンフィールド不安テストラットの間に、境界付近に多くの時間を費やしたラットよりも低いストレスや不安レベルを持っています。 OFTMでは、ラットは、食品の報酬を見つけるため迷路の中心を入力する必要があります。したがって、OFTMで正しいナビゲーションはこれらのラットは、非ストレスであることを示しています。 OFTMを訓練不安の標準オープンフィールド試験とは異なり、ラットを長期間にわたって迷路に予め露出している間、事前訓練段階を必要とするため、ラットを訓練中に非ストレスされている理由の一つです。また、トレーニングは、一般的に明るく点灯しているオープンフィールドの不安を誘発する側面を削減、さらに薄暗い環境で発生

他のいくつかの迷路に比べOFTMのもう一つの特徴は、学習を測定する方法です。使用した実験者モリス水迷路やバーンズ迷路は、通常、ラットがそのターゲット位置に到達するために移動速度および/またはパスの長さを分析することによって、学習測定します。これらの依存対策は、ラットの一般的な運動活動の変化などの非学習要因によって影響を受けることができます。しかし、OFTM措置は、ラットは、食品の報酬を見つけることができます第一選択正しい応答のパーセントを用いた学習。この依存尺度は、モータ性能の変化に対して脆弱ではないので、より正確に速度と距離の測定値よりも学習を評価します。それにもかかわらず、実験者はまた、ラットの速度を測定することができ、距離はビデオトラッキングソフトウェアを使用してOFTMに旅しました。

例えば、T-迷路、モリス水迷路とバーンズ迷路のような他の迷路のタイプは、プレースおよび応答学習を研究するために使用することができます。しかし、OFTMは、いくつかの注目すべき点でユニークです。 OFTMはチャンスperformancを持っているので、まず、OFTMは、T-迷路よりも高感度の行動アッセイでありますT迷路一方、25%のeは、50%の可能性性能を有します。第二に、ラットは、T-迷路で、次のいずれかの方法でオンにすることができますが、OFTMに移動するときの経路の可能性を無制限ました。第三に、(OFTMのような無制限のルートの可能性を持っている)モリス水迷路とバーンズ迷路タスクとは異なり、OFTMを用いた実験では、嫌悪状況をナビゲートするために、ラットを必要としません。ラットを水で泳いで脱出するモリス水迷路内を移動するmotived、彼らはオープン、明るい環境であることを避けるためにバーンズ迷路内を移動するために動機づけられているされています。これは、モリス水迷路またはバーンズ迷路への曝露は、げっ歯類10におけるストレスホルモン( 例えば 、コルチコステロン)の放出を誘導することが実証されています。彼らは食糧報酬を見つけるために動機づけされ、訓練は薄暗い周囲の照明を用いて実施されているのでしかし、ラットはOFTMに移動します。したがって、OFTMは非嫌悪食欲作業です。ストレスの多いメートルを使用した実験からの結果「ストレス」は、単独で、認知機能11に影響を与える可能性があるため、AZEのパラダイムは、解釈が困難であることができ、このような学習および記憶メカニズムの薬剤、ホルモン、運動、または食事などの操作の影響を調べました。

Protocol

このプロトコルは、クリストファーニューポート大学の施設内動物管理使用委員会によって承認されています。 OFTM装置の1建設ホワイトラミネートの3枚から(高さ40cm 183センチ直径)境界壁を構築します。黒ラミネートから円形迷路の床(183センチメートル直径)を構築し、プラスチック製のテーブルトップにそれを接着。ネジと接着剤でテーブルの端に境界壁を固定します。 …

Representative Results

ここで説明する代表的な結果は、以前に学習&メモリ、エルゼビア2の神経生物学で公開されています。 ( – ; N = 48 300グラム250)この実験ではOFTMはプレースと応答ラーニング雌性Sprague-Dawleyラットでの慢性およびサイクリングエストラジオール治療の効果を試験しました。 OFTMはこの実験を行うために使用された理由を二つの重要な理由がありました。最初に、エストラジオールは、?…

Discussion

多数のパラダイムは、齧歯類における学習および記憶を研究するために使用することができ、それぞれは実験者が従うべき重要なステップを有します。 OFTMでは、迷路の条件 (例えば、迷路の位置、内および外の迷路の手がかり、薄暗い照明、背景雑音レベル、トレーニングの毎日の時間)は、実験の期間を通して一定に保たれることが重要です。これは、OFTMで連続性能を確保するた…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

The authors would like to thank Christopher Newport University for funding the preparation of this manuscript and The University of Vermont for funding the experiments described in the representative results section.

Materials

OFTM construction supplies
Safety Glasses, Clear, Uncoated Grainger 4EY97 Used for general eye protection during maze construction
Masking Tape, Beige, 18mm x 55m Grainger 15F739 General supply
Wiss All-purpose Scissor Home Depot  37103278647 General supply
Lancaster  6 foot Round Folding table – Heavy Duty white granite plastic – 29"  www.webstaurantstore.com 384YCZ72RND Used as base of the maze
Laminate Countertop sheet in White Matte Finish (48 x 96 x 0.039) Home Depot  1573603504896 Used as walls for the maze
Laminate Countertop sheet in Black Matte Finish (48 x 96 x 0.039) Home Depot  1595603504896 Used as floor of the maze
Adhesive, Spray, 24oz, 17.6oz Net. 3M Grainger 3MA16 Used to adhere the laminate floor to the table top and pieces of laminate to each other
16.6 oz #90 hi-strength S Lowe's 193252 Used to adhere the laminate floor to the table top
Superflex RTV, Silicone Adhesive Sealant, Loctile VWR 300040-068 Used to seal around the baze (between the floor and walls of the maze)
Industrial Sealant; 10.1oz Grainger 4UH06 Used to seal around the baze (between the floor and walls of the maze)
Painter's Masking Tape; Shurtape; 2in x 60yd Grainger 6FET7 Used to mark out visual patterns on maze walls
Mini/Trim paint tray ACE Hardware 1365105 Used to hold paint 
Foam mini roller 4" 6pk ACE Hardware 1494871 Used for painting patterns 
Val Sample Set Nbase paint ACE Hardware 1505031 Used as paint for pattern on the walls of the maze
HP Paint Black Walmart 72450405005 Used to paint pattern on the walls of the maze
Brush Walmart 81773801110 Used to paint pattern on the walls of the maze
Duct Tape, 2in X 60yd, 10.5mil. Black Grainger 15F767 Used to wrap the exterior of the maze
4X4 8ft PT pine Vinyl-CTD Post W/Cap Home Depot  40933070541 Used to build towers for the maze
20 gram Pro Super Glue Lowe's 125870 Used to glue tower tops, towers to the floor of the maze and food cups to the tower tops
Bead Containers 9 – 1/2 Michaels 652695766978 Used as food cups on top of towers
Spray Paint, Black, 12oz Grainger 6KP22 Used to paint food cups & covers
Room prepration
Conair SU1W Sound Machine; 10 Sounds Home Depot  204493600 Used for background noise
Lamp Walmart 5027698392 Used for dim lighting of maze room
ES 14W DayLight Spiral Bulb 4pk Home Depot  762148208433 Used for dim lighting of maze room
Shower Curtain Walmart 3429910901 Used for separation between the maze and the experimenter
Curtain Rod Bed Bath & Beyond 76598645104 Used for separation between the maze and the experimenter
Froot Loops Cereal Walmart 3800039122 Used as reward
Recording equipment
Media Recorder 3: 4 video Noldus NMR4-0200 Used to record training trials
Monochrome GigE Camera Noldus XCFW-BG62 Used to record training trials
Precision M4800 Laptop Dell N/A Used to run video software

References

  1. Luine, V., et al. Repeated stress causes reversible impairments of spatial memory performance. Brain Res. 639 (1), 167-170 (1994).
  2. Lipatova, O., et al. Effects of continuous vs. cycling estrogen replacement on the acquisition, retention and expression of place- and response-learning in the open-field tower maze. Neurobiol Learn Mem. 114, 81-89 (2014).
  3. Packard, M. G., McGaugh, J. L. Double dissociation of fornix and caudate nucleus lesions on acquisition of two water maze tasks: further evidence for multiple memory systems. Behav Neurosci. 106 (3), 439-446 (1992).
  4. 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).
  5. Poldrack, R. A., Packard, M. G. Competition among multiple memory systems: converging evidence from animal and human brain studies. Neuropsychologia. 41 (3), 245-251 (2003).
  6. Quinlan, M. G., Hussain, D., Brake, W. G. Use of cognitive strategies in rats: the role of estradiol and its interaction with dopamine. Horm Behav. 53 (1), 185-191 (2008).
  7. Korol, D. L. Role of estrogen in balancing contributions from multiple memory systems. Neurobiol Learn Mem. 82, 309-323 (2004).
  8. Cole, M. R., Clipperton, A., Walt, C. Place versus response learning in rats. Learn Behav. 35 (4), 214-224 (2007).
  9. Prut, L., Belzung, C. The open field as a paradigm to measure the effects of drugs on anxiety-like behaviors: a review. Eur J Pharmaco. 463 (1-3), 3-33 (2003).
  10. Harrison, F. E., Hosseini, A. H., McDonald, M. P. Endogenous anxiety and stress responses in water maze and Barnes maze spatial memory tasks. Behav Brain Res. 198 (1), 247-251 (2009).
  11. Bowman, R. E., Beck, K. D., Luine, V. N. Chronic stress effects on memory: sex differences in performance and monoaminergic activity. Horm Behav. 43 (1), 48-59 (2003).
  12. Lunga, P., Herbert, J. 17Beta-oestradiol modulates glucocorticoid, neural and behavioural adaptations to repeated restraint stress in female rats. J Neuroendocrinol. 16 (9), 776-7785 (2004).
  13. Newhouse, P. A., et al. Estrogen treatment impairs cognitive performance after psychosocial stress and monoamine depletion in postmenopausal women. Menopause. 17 (4), 860-873 (2010).
  14. Lipatova, O., Toufexis, D. J. Estrogen enhances the retention of spatial reference memory in the open field tower task, but disrupts the expression of spatial memory following a novel start position. Neurobiol Learn Mem. 99, 50-58 (2012).
  15. Lipatova, O., et al. Recency-to-primacy shift in cue competition. J Exp Psychol Anim Behav Process. 32 (4), 396-406 (2006).
  16. De La Casa, L. G., Timberlake, W. Effects of preexposure and retention interval placement on latent inhibition and perceptual learning in a choice-maze discrimination task. Learn Behav. 34 (2), 193-201 (2006).
  17. Liang, K. C., et al. Buspirone impaired acquisition and retention in avoidance tasks: involvement of the hippocampus. Chin J Physiol. 41 (1), 33-44 (1998).
  18. Gisquet-Verrier, P., Alexinsky, T. Does contextual change determine long-term forgetting. Animal Learning and Behavior. 14 (4), 349-358 (1986).
  19. Gisquet-Verrier, P., et al. Exposure to retrieval cues improves retention performance and induces changes in ACTH and corticosterone release. Psychoneuroendocrinology. 29 (4), 529-556 (2004).
  20. Packard, M. G., Hirsh, R., White, N. M. Differential effects of fornix and caudate nucleus lesions on two radial maze tasks: evidence for multiple memory systems. J Neurosci. 9 (5), 1465-1472 (1989).
  21. Devan, B. D., McDonald, R. J., White, N. M. Effects of medial and lateral caudate-putamen lesions on place- and cue-guided behaviors in the water maze: relation to thigmotaxis. Behav Brain Res. 100 (1-2), 5-14 (1999).

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Cite This Article
Lipatova, O., Campolattaro, M. M., Toufexis, D. J., Mabry, E. A. Place and Response Learning in the Open-field Tower Maze. J. Vis. Exp. (104), e53227, doi:10.3791/53227 (2015).

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