JoVE Journal > Behavior
Summary
Abstract
Introduction
Protocol
Results
Discussion
Disclosures
Acknowledgements
Materials
References
Please note that all translations are automatically generated. Click here for the English version.
行为学

Использование реконфигурируемой системы лабиринтов для повышения воспроизводимости тестов пространственной навигации на грызунах

Published: December 02, 2022
doi:
10.3791/64754
, , , ,
1Laboratory of Cognitive and Behavioral Neuroscience, Graduate School of Brain Science,Doshisha University

Summary

Настоящий протокол описывает реконфигурируемый лабиринт, уникальную систему для тестирования пространственной навигации и поведенческих фенотипов у грызунов. Адаптивность этой лабиринтной системы позволяет проводить различные эксперименты в единой физической среде. Легкость структурной перестройки дает надежные и воспроизводимые экспериментальные результаты.

Abstract

Несколько форм лабиринта используются для проверки производительности пространственной навигации и поведенческих фенотипов. Традиционно каждый эксперимент требует уникальной формы лабиринта, поэтому требуется несколько отдельных лабиринтов в разных конфигурациях. Геометрия лабиринта не может быть перенастроена в одной среде для обеспечения масштабируемости и воспроизводимости. Реконфигурируемый лабиринт – это уникальный подход к устранению ограничений, позволяющий быстро и гибко настраивать пути лабиринта воспроизводимым образом. Он состоит из взаимосвязанных путей и включает в себя кормушки, беговые дорожки, подвижные стены и запорные датчики. Текущий протокол описывает, как реконфигурируемый лабиринт может копировать существующие лабиринты, включая Т-образные, плюс-образные, W-образные лабиринты и лабиринты в виде восьмерки. Первоначально Т-образный лабиринт был построен внутри одной экспериментальной комнаты, за которой последовали модификации. Быстрый и масштабируемый протокол, описанный в настоящем документе, демонстрирует гибкость реконфигурируемого лабиринта, достигаемую путем поэтапного добавления компонентов и фаз поведенческого обучения. Реконфигурируемый лабиринт систематически и точно оценивает производительность нескольких аспектов поведения пространственной навигации.

Introduction

Пространственная навигация — это фундаментальная способность животного определять подходящий маршрут к намеченной цели. Во время навигации необходимы различные когнитивные процессы, такие как принятие решений, обучение и память. Использование этих процессов позволяет экспериментально учиться при определении кратчайшего пути к цели. Лабиринтные тесты используются для исследования поведенческих и физиологических механизмов пространственной навигации1. Например, Т-образный лабиринт2,3, плюс-образный лабиринт4, лабиринт радиальной руки5,6 и лабиринтв виде восьмерки 7 оценивают пространственное навигационное поведение, включая когнитивные переменные, такие как принятие решений8 и тревога9.

Каждая форма лабиринта имеет свои преимущества и недостатки, требующие многогранных экспериментов с использованием нескольких задач лабиринта для оценки специфического обучения и памяти10,11. Например, задача спонтанного чередования, в которой животное выбирает между левой и правой рукой, не требуя обучения, является типичной задачей пространственной рабочей памяти, которую можно оценить с помощью Т-образного и Y-образного лабиринтов12. Лабиринты с плюс-образной и радиальной рукой, использующие направление головы и внешние сигналы, используются для определения целеустремленной навигационной способности13. Восьмерка и модифицированные Т-образные лабиринты, разделяющие маршруты по выбору и возвращению, используются для оценки задач пространственной рабочей памяти путем анализа навигационной функции по траектории14,15.

Может быть сложно поддерживать согласованность между лабиринтами при использовании нескольких лабиринтов в одном эксперименте. Считается, что грызуны используют визуальные подсказки для навигации16,17,18; Обонятельные19,20 и соматосенсорные 21 модальности также могут использоваться для пространственного познания и могут способствовать навигационным способностям. Если серия экспериментов в лабиринте проводится с использованием различных пространств, макетов, размеров и материалов, эти переменные могут влиять на навигационную стратегию грызунов. Исследования пространственной навигации требуют максимально строгого контроля над этими переменными; Однако поддержание стандартизированного лабиринтного аппарата для различных форм или перестройка лабиринта для каждого эксперимента может быть дорогостоящим. Эти трудности препятствуют систематическому способу проведения серии экспериментов в рамках одной и той же лаборатории.

Для борьбы с конфигурируемыми ограничениями в ранее установленных структурах лабиринта здесь описана система лабиринтов, которая может быть сконфигурирована в различных формах в одной физической среде22 . «Реконфигурируемый лабиринт» сочетает в себе стандартизированные детали, обеспечивая высоковоспроизводимую, воспроизводимую, гибкую и масштабируемую среду тестирования. В этой статье описывается способность реконфигурируемого лабиринта оценивать пространственную навигацию у грызунов.

Protocol

Все процедуры были одобрены институциональными комитетами по уходу за животными и их использованию Университета Дошиша. Для настоящего исследования были использованы три самца крыс Лонг-Эванса в возрасте от 24 до 28 недель (в начале поведенческого обучения) с массой тела 300-350 г. Крысы были размещены индивидуально в домашних клетках (20 см х 25 см х 23 см) по 12-часовому светлому / 12-часовому темному графику, при этом светлый период начинался в 08:00 утра. Животные были получены из коммерческого источника (см. Таблицу материалов). 1. Компоненты системы лабиринта ПРИМЕЧАНИЕ: Система лабиринта (включая все компоненты, этапы 1.1-1.5) (см. Таблицу материалов) должна быть установлена в экранированном помещении, покрытом медной сеткой (4 м х 5 м для крыс и 1,8 м × 3,0 м для мышей) для одновременного использования электрофизиологической записи нейронной активности. Лабиринт нужно приподнять на фиксированную высоту от пола (55 см для крыс и 34 см для мышей). Штамповочная доскаПоместите алюминиевую перфорированную доску на пол щитовой комнаты (размеры перфорированной доски: 360 см x 480 см x 1,2 см для крыс; 160 см x 160 см x 1,2 см для мышей) (рис. 1F, G).ПРИМЕЧАНИЕ: Экспериментатор может стоять на доске. Оборудуйте перфорированную доску сеткой из одинаково расположенных отверстий (как для крыс, так и для мышей, расстояние между отверстиями 25 мм и диаметр отверстия 6 мм) (рис. 2C).ПРИМЕЧАНИЕ: Эти отверстия позволяют размещать лабиринты с высокой повторяемостью (рис. 2D). Башня с опорной плитойРазработать башню с опорной плитой из алюминия для формирования дорожек фиксированной высоты (размеры стволовой части башни составляют 55 см × 6 см × 2 см для крыс и 34 см × 1,3 см × 1,3 см для мышей) (рис. 1А). Используйте опорную плиту для фиксации положения деталей лабиринта (размеры опорной плиты составляют 18 см × 11 см × 0,5 см для крыс и 12 см × 7 см × 0,3 см для мышей). Оборудуйте опорную плиту выступами для соединения сетки равноудаленных отверстий в пробивной доске (диаметр выступа 6 мм) (рис. 2Б). Используйте отверстия для соединения таких компонентов, как кормушки, подвижные стенки и беговые дорожки (см. Таблицу материалов), оснащенные башнями с опорными плитами.ПРИМЕЧАНИЕ: Для крыс опорная плита имела четыре выступа (длина 8 мм) (рис. 1F), вставленных в отверстия в пробивной доске. Для мышей опорная пластина была слишком легкой, чтобы поддерживать дорожку, поэтому в отверстия были вставлены болты (длина болтов составляла 14 мм) (рис. 1G). Тропинка лабиринтаПРИМЕЧАНИЕ: Коммерчески доступный путь (49 см × 10 см для крыс и 39 см × 5 см для мышей) был изготовлен из поливинилхлорида (толщина 5 мм для крыс и 3 мм для мышей) (см. Таблицу материалов).Постройте самую маленькую часть лабиринта, поместив дорожку в верхнюю часть башни (рис. 1B). Спроектируйте верхнюю часть башни так, чтобы она соответствовала размерам нижней стороны дорожки (размеры верхней части башни составляют 48 см × 8 см × 1 см для крыс и 21,9 см × 3,9 см × 0,3 см для мышей). Чтобы закрепить дорожку к башне, поместите ее сверху. Обеспечьте боковые барьеры из поливинилхлорида для предотвращения падения животных (45 мм для крыс и 30 мм для мышей).ПРИМЕЧАНИЕ: Существует несколько шаблонов для соединения путей различными способами, например, части со снятым только одним боковым барьером. Доступны 3D-модели деталей пути (https://github.com/TakahashiLab/ReconfigurableMazeParts) и могут быть напечатаны с помощью 3D-принтера (см. Таблицу материалов). Сопутствующие деталиПРИМЕЧАНИЕ: Детали, необходимые для поведенческих экспериментов, могут быть реализованы путем прикрепления общей опорной плиты к пути.Разместите кормушки сбоку от любой дорожки, чтобы изменить место награды (рис. 1C).ПРИМЕЧАНИЕ: Животные, тыкающие в кормушки, обнаруживаются запорными датчиками (см. Таблицу материалов). Разместите подвижные стенки в промежутках между дорожками, чтобы заставить животных направлять направление движения (рис. 1D).ПРИМЕЧАНИЕ: Для крыс, когда подвижная стена поднята, высота стены составляет 90 см от пола и 29,5 см от боковых барьеров дорожки. При опускании подвижной стены высота стены составляет 54 см от пола и -5,5 см от боковых ограждений дорожки. У мышей при поднятии подвижной стенки высота стены составляет 55 см от пола и 17 см от боковых преград дорожки. При опускании подвижной стены высота стены составляет 35 см от пола и -3 см от боковых ограждений дорожки. Разместите беговые дорожки с дорожками, чтобы вызвать задержки бега в фиксированных положениях (рис. 1E). Блок управленияПРИМЕЧАНИЕ: Управляйте каждой деталью автоматически через блок управления (рис. 1H) (см. Таблицу материалов).Используйте микроконтроллер для приема сигналов от беговых дорожек и фидеров через блок управления.ПРИМЕЧАНИЕ: Можно определить датчик отключения на питателе и количество оборотов беговой дорожки. Используйте микроконтроллер для отправки сигналов активации на беговые дорожки, питатели и подвижные настенные приводы в соответствии с заданным расписанием задач через блок управления. Индивидуально контролируйте дозирование и выбрасывание гранул, а также подъем и опускание подвижной стенки. 2. Оценка специальной навигации грызунов в реконфигурируемом лабиринте ПРИМЕЧАНИЕ: Эксперимент по поведению животных был проведен с использованием реконфигурируемого лабиринта (разработанного на шаге 1). Пример построения лабиринтаПРИМЕЧАНИЕ: Пример того, как собрать Т-образный лабиринт для крыс, используемых в эксперименте с задержкой чередования, приведен на рисунке 3.Вставьте башни с опорными плитами в пробивную доску, чтобы сформировать Т-образный каркас (рис. 3А). Прикрепите дорожки к верхней части башен (рис. 3B). Замените дорожку в зоне задержки беговой дорожкой (рис. 3C).ПРИМЕЧАНИЕ: Беговая дорожка может быть заменена дорожкой той же высоты и длины. Прикрепите кормушки к каждому краю лабиринта (рис. 3D). Прикрепите подвижные стенки к левой и правой ветвям (рис. 3E).ПРИМЕЧАНИЕ: Следите за тем, чтобы лапа и хвост животного не застревали в промежутках между секциями.   ЖивотныеУбедитесь, что масса тела крыс остается в пределах от 300 до 350 г, и проводите все поведенческие эксперименты в дневное время. Выполнение задачиЗапустите и подключите блок управления, микроконтроллер и ПК. Напишите программу для настройки расписания задач и получения параметров, необходимых для эксперимента. Запишите программу на микроконтроллер и выполните задачу.ПРИМЕЧАНИЕ: Пример заданного расписания задач, написанного на C с использованием платы микроконтроллера, доступен в публичном репозитории (https://github.com/TakahashiLab/ReconfigurableMazeExample). Поведенческий экспериментПостройте желаемую форму лабиринта (шаг 2.1). Переместите крыс из домашних клеток и поместите их в произвольное положение лабиринта. Позвольте крысам свободно исследовать построенный лабиринт в течение 10 минут, чтобы привыкнуть. Настройте программу для выполнения задачи отложенного чередования с беговой дорожкой23,24.ПРИМЕЧАНИЕ: Параметры, необходимые для эксперимента, могут быть получены автоматически с помощью настроек программы (например, количество ударов, продолжительность эксперимента, скорость беговой дорожки и т. д.). При необходимости измените форму лабиринта. Поместите крыс в произвольное положение в лабиринте и выполните обучение или тест задания на отсроченное чередование.ПРИМЕЧАНИЕ: В настоящем исследовании тренировки проводились с постепенно увеличивающимся временем задержки и тестовые сессии (со временем задержки 5 с). Возвращайте крыс в домашнюю клетку после каждого задания. Тщательно протирайте лабиринт 70% этанолом после каждой крысы и подождите не менее 5 минут, прежде чем снова использовать лабиринт.ПРИМЕЧАНИЕ: Части дорожки могут быть отделены от башни, чтобы их можно было тщательно протереть от запахов и грязи. 3. Поведенческие показатели и анализ данных Траектория движения животногоЗаписывайте поведение животных во время задания отложенного чередования с помощью потолочной цифровой видеокамеры (см. Таблицу материалов).ПРИМЕЧАНИЕ: Разместив камеру на потолке, экспериментатор может постоянно записывать движения животных, когда они бегают по лабиринту во время выполнения задания. Отслеживайте траектории бега с помощью программного обеспечения для оценки позы без маркеров25 (см. Таблицу материалов) на основе изображений, снятых со скоростью 50 кадров в секунду.

Representative Results

В некоторых частях реконфигурируемого лабиринта использовались стандартные конструкции лабиринтов, описанные в предыдущих исследованиях 3,4,7,26,27. Здесь линейный путь, Т-образный, W-образный лабиринты и лабиринты в виде восьмерки были перенастроены в той же физической среде (рис. 4A-D). Чтобы продемонстрировать, что реконфигурируемый лабиринт может плавно реализовать желаемый поведенческий тест путем постепенного и быстрого масштабирования, протокол, используемый для репрезентативных результатов, включал четыре фазы обучения (рис. 5A). На этапах I и II награды получались за тыканье в фидер R после тыкания в фидер A. На этапах III и IV награду можно было получить, ткнув в фидер R после тыкания фидеров A и B в указанном порядке. В фазе IV тычок в фидер A вызывал вращение беговой дорожки, и доступ к фидеру B можно было получить только через 5 секунд принудительного бега. На тестовой фазе (задача отложенного чередования) процедура была аналогична процедуре фазы IV, но кормушка R находилась в руках по обоим краям Т-образного лабиринта, и крысы были вознаграждены тычком в противоположную кормушку из предыдущей фазы. Крысы могли двигаться в ответ на длину и форму расширяющегося пути и изменения мест кормления (рис. 5B). Все фазы были проведены в 30 испытаниях, причем каждое испытание определялось как случай, когда крыса достигла кормушки R. Продолжительность задачи, затраченной тремя крысами, выполнившими 30 испытаний на каждом этапе, показана на рисунке 6A. Повторные измерения ANOVA подтвердили, что время выполнения задачи крыс различалось между фазами (F (4 , 8) = 16,98, p < 0,05, Greenhouse-Geisser скорректировано28). Крысы смогли гибко адаптироваться к изменениям длины пути и условий вознаграждения. На этапе тестирования, который был проведен на следующий день, все крысы асимптотически приблизились к высокому проценту правильных ответов в течение 3 дней (рис. 6B). Несколько экспериментаторов построили лабиринты, чтобы подтвердить, что такое ступенчатое расширение лабиринта может быть выполнено быстро (рис. 6C). В этой статье время сопутствующих частей (беговая дорожка, кормушки) было добавлено ко времени морфинга пути в предыдущем отчете22 , чтобы практически измерить время строительства лабиринта. Используя процедуру задания отложенного чередования (рис. 5А), пять экспериментаторов изменили форму лабиринта с формы фазы II на форму фазы теста. Время сходилось до 67,80 ± 3,03 с (среднее ± SE) на третьем испытании. В тесте участвовали экспериментаторы, которые использовали эту систему лабиринта в течение нескольких лет, и те, кто редко ее использовал. Рисунок 1: Элементы реконфигурируемого лабиринта. (А-Е) Башня с опорной плитой и соответствующими деталями для крыс. (Ф,Г) Способ крепления опорной плиты различен для крыс и мышей. Стрелками обозначены выступы (белые) и болты (синие). (H) Ввод/вывод сигнала через контроллер для полностью автоматизированных задач. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка. Рисунок 2: Соединение штамповочной платы с опорной плитой . (A) Вид сбоку на опорную плиту, штамповочную доску и фотографию выступа крупным планом. (B) Вид сверху на опорную плиту и перфорированную доску, а также фотографию отверстий крупным планом. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка. Рисунок 3: Процесс сборки Т-образного лабиринта для задачи отложенного чередования. (А-Е) Изображения реконфигурируемого лабиринта, сделанные сверху. Изображения процесса сборки расположены по порядку слева направо. Красными стрелками обозначены положения вновь собранной беговой дорожки (C), кормушек (D) и подвижных стенок (E). Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка. Рисунок 4: Несколько форм лабиринта в одной среде. Изображения реконфигурируемого лабиринта. (А-Д) Реконфигурируемый тест лабиринта для крыс. Части пути были реконфигурированы в несколько форм в единой среде со ссылкой на расположение частей пути, заключенных красным цветом в (A). (Е-Ж) Реконфигурируемый тест лабиринта для мышей. Эти лабиринты были размещены с кормушками (красные стрелки) и подвижными стенами (зеленые стрелки) в любом месте. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка. Рисунок 5: Расширение лабиринта и траектории крысы . (A) Форма лабиринта постепенно изменяется во время этапа обучения и теста задачи отложенного чередования. Тип кормушки, используемой в задаче, обозначен цветной коробкой. (B) Беговые траектории репрезентативной крысы. Каждая траектория соответствует фазе в (А). Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка. Рисунок 6: Выполнение экспериментов в лабиринте. (А-Б) Поведенческие показатели в течение 4 дней, от начала обучения до конца теста. (A) Время выполнения задачи для каждого этапа обучения и первый день этапа тестирования (n = 3). (B) Процент правильных ответов на выбор (среднее значение ± SE) в тесте на отсроченное чередование. Пунктирными линиями обозначены уровни шансов. SE: стандартная погрешность среднего. (C) Реконфигурируемое время сборки лабиринта. Линейная трасса была модифицирована в Т-образный лабиринт (сверху). Модификация включала в себя добавление дорожек (белый квадрат), кормушек (черный квадрат) и беговой дорожки (зеленый квадрат). Пять экспериментаторов провели по три испытания (внизу). Перед тестом опытный пользователь (экспериментатор 1) выполнил одно испытание в качестве примера. Все испытания проводились в один и тот же день. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.

Discussion

Реконфигурируемый лабиринт позволил нам выполнять различные задачи лабиринта в одной среде. Одинаково расположенные отверстия в полу и система блокировки, координируемая башнями с опорными плитами, гарантировали высокую степень повторяемости и воспроизводимости. Кроме того, конструкция может быть легко прикреплена и отсоединена, а желаемая форма лабиринта может быть настроена мгновенно, функционируя как эффективная, гибкая и масштабируемая система.

Реконфигурируемый лабиринт позволял животным быстро учиться. В обычных экспериментальных условиях лабиринта может быть трудно изменить длину и форму пути, а проведение тестов, объединяющих несколько лабиринтов, отнимает много времени. Как показано в этом исследовании, реконфигурируемый лабиринт позволяет поэтапно расширять лабиринт, где обучение после модификации сложных поведенческих тестов проводится эффективно за один день (рис. 6A, B). Кроме того, экспериментатору легко вносить изменения. В этом исследовании время сборки лабиринта было измерено в нескольких испытаниях, и экспериментаторы последовательно завершали реконструкцию примерно за 1-2 минуты (рис. 6A).

Основным преимуществом этой системы лабиринтов является то, что она позволяет точно настраивать форму лабиринта. Поскольку пол заполнен отверстиями для перфорированной доски, можно проводить эксперименты с гибкими лабиринтами, чего было бы трудно достичь с помощью обычных систем лабиринтов. В задаче отсроченного чередования, выполненной в этом исследовании, крысы инициировали задержку и выходили из зоны задержки, тыкая пальцем (рис. 5А). Размещение двух кормушек рядом, как мы сделали здесь, затруднительно в обычной системе лабиринтов с фиксированной геометрией. Кроме того, эта система лабиринтов позволяет уравновешивать модификации; например, положение фидера B можно легко заменить на противоположную сторону (рис. 5A). Это преимущество также позволяет воспроизводить конфигурации лабиринтов в разных лабораториях. Для задачи отложенного чередования используется несколько лабиринтов, в том числе лабиринт в виде восьмерки, лабиринт Y и лабиринт W26,29,30. Зона вознаграждения, зона задержки и метод задержки также различаются от исследования к исследованию23,31. С помощью реконфигурируемого лабиринта все эти различные лабиринты могут быть созданы в одной физической среде и воспроизведены в разных лабораториях. Если эта система получит широкое распространение, это может привести к стандартизации задач лабиринта между лабораториями.

Реконфигурируемый лабиринт поддерживает электрофизиологические многоэлементные записи, которые исследуют нейронные корреляты, поддерживающие пространственную навигацию22. В образовании гиппокампа, которое, как считается, играет важную роль в пространственной навигации, сообщалось, что несколько типов клеток кодируют пространственную информацию, например, клетки, которые срабатывают при прохождении определенного положения32 или при приближении к границе внешней среды33. Эти типы клеток изменяют свою огневую активность в зависимости от изменений в отдаленных ориентирах16,17,18. Эта система идеально подходит для регистрации нейронной активности во время экспериментов по пространственной навигации, потому что реконфигурируемый лабиринт может изменять только форму лабиринта, сохраняя при этом ту же среду. Реконфигурируемый лабиринт поддерживает строгий контроль внешней среды, спецификацию, относящуюся к экспериментам с нейронной активностью.

Реконфигурируемый лабиринт обеспечивает оптимальную среду для экспериментов с лабиринтами с некоторыми оговорками. Во-первых, лабиринт строится путем установки деталей в отверстия в штамповочной доске, поэтому углы не могут быть изменены гибко. Круговой лабиринт (рис. 4E) в определенной степени преодолевает эту проблему, но есть ограничения на добавление кривых и углов к дорожке при обеспечении стабильности лабиринта. Кроме того, некоторые классические лабиринты, такие как водный лабиринтМорриса 34 и лабиринтБарнса 35, и лабиринты, разработанные в последние годы, такие как сотовый лабиринт36,37, трудно построить путем объединения частей реконфигурируемых лабиринтов. Будущие усилия должны быть сосредоточены на изучении методологий слияния этих типов лабиринтов с реконфигурируемым лабиринтом, чтобы повысить адаптивность и охватить больше когнитивных экспериментов.

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Эта работа была поддержана Японским обществом содействия науке, гранты Kakenhi 16H06543 и 21H05296 для S.T.

Materials

3D printer Stratasys Ltd. uPrint
Arduino Mega 2560 R3 Elegoo JP-EL-CB-002
Camera Basler acA640-750uc
Control box O’Hara & Co., LTD. / Amuza Inc. FMM-IF
DeepLabCut Mathis laboratory at Swiss Federal Institute of Technology in Lausanne N/A
Feeder unit O’Hara & Co., LTD. / Amuza Inc. FM-PD
Free maze system for mice O’Hara & Co., LTD. / Amuza Inc. FM-M1
Free maze system for rats O’Hara & Co., LTD. / Amuza Inc. FM-R1
Long-Evans Rat Shimizu Laboratory Supplies, Co. LTD.  N/A
MATLAB MathWorks Matlab2020b
Movable wall for mice O’Hara & Co., LTD. / Amuza Inc. FMM-DM
Movable wall for rats O’Hara & Co., LTD. / Amuza Inc. FMR-DM
Pathway and tower for mice O’Hara & Co., LTD. / Amuza Inc. FMM-SS
Pathway and tower for rats O’Hara & Co., LTD. / Amuza Inc. FMR-SS
Pellet dispenser O’Hara & Co., LTD. / Amuza Inc. PD-020D/PD-010D
Photo beam sensors unit for rats O’Hara & Co., LTD. / Amuza Inc. FMR-PS
Punching board for mice O’Hara & Co., LTD. / Amuza Inc. FMM-ST
Punching board for rats O’Hara & Co., LTD. / Amuza Inc. FMR-ST
Treadmill for rats O’Hara & Co., LTD. / Amuza Inc. FMR-TM
DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Olton, D. S. Mazes, maps, and memory. American Psychologist. 34 (7), 583-596 (1979).
  2. Small, W. S. Experimental Study of the Mental Processes of the Rat. The American Journal of Psychology. 12 (2), 206-239 (1901).
  3. Jaffard, R., Dubois, M., Galey, D. Memory of a choice direction in a T maze as measured by spontaneous alternation in mice: Effects of intertrial interval and reward. Behavioural Processes. 6 (1), 11-21 (1981).
  4. Pellow, S., Chopin, P., File, S. E., Briley, M. Validation of open:closed arm entries in an elevated plus-maze as a measure of anxiety in the rat. Journal of Neuroscience Methods. 14 (3), 149-167 (1985).
  5. Olton, D. S., Collison, C., Werz, M. A. Spatial memory and radial arm maze performance of rats. Learning and Motivation. 8 (3), 289-314 (1977).
  6. Olton, D. S. The radial arm maze as a tool in behavioral pharmacology. Physiology & Behavior. 40 (6), 793-797 (1987).
  7. Baeg, E. H., et al. Dynamics of population code for working memory in the prefrontal cortex. Neuron. 40 (1), 177-188 (2003).
  8. Redish, A. D. Vicarious trial and error. Nature Reviews Neuroscience. 17 (3), 147-159 (2016).
  9. Walf, A. A., Frye, C. A. The use of the elevated plus maze as an assay of anxiety-related behavior in rodents. Nature Protocols. 2 (2), 322-328 (2007).
  10. Levin, E. D. Learning about cognition risk with the radial-arm maze in the developmental neurotoxicology battery. Neurotoxicology and Teratology. 52, 88-92 (2015).
  11. Crawley, J. N., Paylor, R. A proposed test battery and constellations of specific behavioral paradigms to investigate the behavioral phenotypes of transgenic and knockout mice. Hormones and Behavior. 31 (3), 197-211 (1997).
  12. d’Isa, R., Comi, G., Leocani, L. Apparatus design and behavioural testing protocol for the evaluation of spatial working memory in mice through the spontaneous alternation T-maze. Scientific Reports. 11 (1), 21177 (2021).
  13. Gill, P. R., Mizumori, S. J. Y., Smith, D. M. Hippocampal episode fields develop with learning. Hippocampus. 21 (11), 1240-1249 (2011).
  14. Takahashi, S. Hierarchical organization of context in the hippocampal episodic code. eLife. 2, 00321 (2013).
  15. Lipton, P. A., White, J. A., Eichenbaum, H. Disambiguation of overlapping experiences by neurons in the medial entorhinal cortex. The Journal of Neuroscience. 27 (21), 5787-5795 (2007).
  16. Muller, R. U., Kubie, J. L. The Effects of Changes in the Environment on the Spatial Firing of Hippocampal Complex-Spike Cells. The Journal of Neuroscience. 7 (7), 1951-1968 (1987).
  17. Knierim, J. J. Dynamic interactions between local surface cues, distal landmarks, and intrinsic circuitry in hippocampal place cells. The Journal of Neuroscience. 22 (14), 6254-6264 (2002).
  18. Fyhn, M., Hafting, T., Treves, A., Moser, M. B., Moser, E. I. Hippocampal remapping and grid realignment in entorhinal cortex. Nature. 446 (7132), 190-194 (2007).
  19. Maaswinkel, H., Whishaw, I. Q. Homing with locale, taxon, and dead reckoning strategies by foraging rats: sensory hierarchy in spatial navigation. Behavioural Brain Research. 99 (2), 143-152 (1999).
  20. Wallace, D. G., Gorny, B., Whishaw, I. Q. Rats can track odors, other rats, and themselves: implications for the study of spatial behavior. Behavioural Brain Research. 131 (1-2), 185-192 (2002).
  21. Carvell, G. E., Simons, D. J. Biometric analyses of vibrissal tactile discrimination in the rat. The Journal of Neuroscience. 10 (8), 2638-2648 (1990).
  22. Hoshino, S., et al. The reconfigurable maze provides flexible, scalable, reproducible, and repeatable tests. iScience. 23 (1), 100787 (2019).
  23. Salz, D. M., et al. Time cells in hippocampal area CA3. The Journal of Neuroscience. 36 (28), 7476-7484 (2016).
  24. Kraus, B. J., et al. During running in place, grid cells integrate elapsed time and distance run. Neuron. 88 (3), 578-589 (2015).
  25. Mathis, A., et al. DeepLabCut: markerless pose estimation of user-defined body parts with deep learning. Nature Neuroscience. 21 (9), 1281-1289 (2018).
  26. Frank, L. M., Brown, E. N., Wilson, M. Trajectory encoding in the hippocampus and entorhinal cortex. Neuron. 27 (1), 169 (2000).
  27. Gothard, K. M., Skaggs, W. E., McNaughton, B. L. Dynamics of mismatch correction in the hippocampal ensemble code for space: interaction between path integration and environmental cues. The Journal of Neuroscience. 16 (24), 8027-8040 (1996).
  28. Greenhouse, S. W., Geisser, S. On methods in the analysis of profile data. Psychometrika. 24 (2), 95-112 (1959).
  29. Kraus, B. J., Robinson, R. J., White, J. A., Eichenbaum, H., Hasselmo, M. E. Hippocampal "time cells": time versus path integration. Neuron. 78 (6), 1090 (2013).
  30. Lenck-Santini, P. -. P., Save, E., Poucet, B. Place-cell firing does not depend on the direction of turn in a Y-maze alternation task. European Journal of Neuroscience. 13 (5), 1055-1058 (2001).
  31. Pastalkova, E., Itskov, V., Amarasingham, A., Buzsáki, G. Internally generated cell assembly sequences in the rat hippocampus. Science. 321 (5894), 1322-1327 (2008).
  32. O’Keefe, J., Dostrovsky, J. The hippocampus as a spatial map. Preliminary evidence from unit activity in the freely-moving rat. Brain Research. 34 (1), 171-175 (1971).
  33. Lever, C., Burton, S., Jeewajee, A., O’Keefe, J., Burgess, N. Boundary vector cells in the subiculum of the hippocampal formation. The Journal of Neuroscience. 29 (31), 9771-9777 (2009).
  34. Morris, R. Developments of a water-maze procedure for studying spatial learning in the rat. Journal of Neuroscience Methods. 11 (1), 47-60 (1984).
  35. Barnes, C. A. Memory deficits associated with senescence: A neurophysiological and behavioral study in the rat. Journal of Comparative and Physiological Psychology. 93 (1), 74-104 (1979).
  36. Ormond, J., O’Keefe, J. Hippocampal place cells have goal-oriented vector fields during navigation. Nature. 607 (7920), 741-746 (2022).
  37. Wood, R. A., et al. The honeycomb maze provides a novel test to study hippocampal-dependent spatial navigation. Nature. 554 (7690), 102-105 (2018).

Tags

Reconfigurable MazeSpatial NavigationRodentsBehavioral TestingMaze ConfigurationDelayed Alternation TaskTreadmillPose EstimationReproducibility

Play Video
PDF
DOI
DOWNLOAD MATERIALS LIST
Cite This Article
Sawatani, F., Tamatsu, Y., Ide, K., Azechi, H., Takahashi, S. Utilizing a Reconfigurable Maze System to Enhance the Reproducibility of Spatial Navigation Tests in Rodents. J. Vis. Exp. (190), e64754, doi:10.3791/64754 (2022).
Download Citation
Reprints and Permissions

View Video

✖

To prove you're not a robot, please enter the text in the image below

CAPTCHA Image
Play CAPTCHA Audio
Refresh Image