利用可重构的迷宫系统提高啮齿动物空间导航测试的可重复性

所有程序均由同志社大学机构动物护理和使用委员会批准。本研究使用三只雄性Long-Evans大鼠，年龄在24至28周之间（在行为训练开始时），体重为300-350g。将大鼠单独饲养在家笼（20cm x 25cm x 23cm）中，以12小时光照/ 12小时黑暗时间表，光照期从上午08：00开始。这些动物是从商业来源获得的（见 材料表）。 1. 迷宫系统组件 注意：迷宫系统（包括所有组件，步骤1.1-1.5）（见 材料表）必须安装在覆盖有铜网的屏蔽室中（大鼠为4 m x 5 m，小鼠为1.8 m × 3.0 m），以便同时使用电生理神经活动记录。迷宫需要从地板固定高度升高（大鼠55厘米，小鼠34厘米）。 冲孔板将铝制冲孔板放在屏蔽室地板上（冲孔板的尺寸：大鼠360厘米x 480厘米x 1.2厘米;小鼠160厘米x 160厘米x 1.2厘米）（图1F，G）。注意：实验者可以站在板上。 为冲孔板配备等间距孔网格（对于大鼠和小鼠，孔间距为25毫米，孔径为6毫米）（图2C）。注意：这些孔可以放置高度可重复的迷宫（图2D）。 带底板的塔式开发一个带有铝制底板的塔，以形成固定高度的途径（塔的茎部分的尺寸为55厘米×大鼠为6厘米×2厘米，小鼠为34厘米×1.3厘米×1.3厘米）（图1A）。 使用底板固定迷宫部件的位置（大鼠底板的尺寸为18厘米×11厘米×0.5厘米，小鼠为12厘米×7厘米×0.3厘米）。 为底板配备突起，以连接冲孔板上等间距孔的网格（突起直径为 6 mm）（图 2B）。 使用这些孔连接组件，例如喂食器、活动墙和跑步机（见 材料表），这些组件配备了带底板的塔。注意：对于大鼠，底板有四个突起（长度为8毫米）（图1F）插入到冲孔板上的孔中。对于小鼠，底板太轻而无法支撑通路，因此将螺栓插入孔中（螺栓长度为14毫米）（图1G）。 迷宫通道注意：市售途径（大鼠49厘米×10厘米，小鼠39厘米×5厘米）由聚氯乙烯制成（大鼠厚度为5毫米，小鼠厚度为3毫米）（见 材料表）。通过将通道放置在塔的上部来构建迷宫的最小部分（图1B）。 设计塔的上部以符合路径底部的尺寸（塔的上部尺寸为48厘米×大鼠为8厘米×1厘米，小鼠为21.9厘米×3.9厘米×0.3厘米）。要修复通往塔的通道，请将其放在顶部。 提供由聚氯乙烯制成的侧屏障以防止动物跌落（大鼠45毫米，小鼠30毫米）。注意： 有几种模式可用于以各种方式连接路径，例如仅移除一侧屏障的部件。路径部件的3D模型可用（https://github.com/TakahashiLab/ReconfigurableMazeParts），可以使用3D打印机打印（见材料表）。 随附部件注意：行为实验所需的部件可以通过在通路上安装一个公共底板来实现。将喂食器放置在任何途径的一侧以改变奖励的位点（图1C）。注意：关闭传感器可检测动物戳喂食器（见 材料表）。 在路径之间的间隙中放置可移动的墙壁，以迫使动物引导运动方向（图1D）。注意：对于大鼠，当活动墙升高时，墙的高度为距地板90厘米，距通道侧屏障29.5厘米。当活动墙降低时，墙的高度距地板54厘米，距通道侧障-5.5厘米。对于小鼠来说，当活动墙被抬起时，墙的高度是距离地板55厘米，距离路径的侧屏障17厘米。当活动墙降低时，墙的高度距离地板35厘米，距离通道的侧障碍物-3厘米。 将跑步机与路径放在固定位置，以迫使跑步延迟（图1E）。 控制箱注意：通过控制盒 自动 控制每个部件（图1H）（见 材料表）。使用微控制器通过控制盒 接收 来自跑步机和喂料机的信号。注意：可以检测进纸器上的关闭传感器和跑步机旋转次数。 使用微控制器通过控制盒 根据 设定的任务计划向跑步机、喂料器和可移动壁致动器发送激活信号。单独控制颗粒的分配和丢弃，以及活动墙的升高和降低。 2. 可重构迷宫中啮齿动物特殊导航的评价 注意：使用可重构迷宫（在步骤1中开发）进行了动物行为实验。 迷宫构造示例注意： 图3提供了如何为延迟交替任务实验中使用的大鼠组装T形迷宫的示例。将带有底板的塔插入冲孔板以形成 T 形框架（图 3A）。 将通道连接到塔的上部（图3B）。 用跑步机替换延迟区域的通路（图3C）。注意：跑步机可以用相同高度和长度的路径代替。 将馈线连接到迷宫的每个边缘（图 3D）。 将可移动墙连接到左右分支（图3E）。注意： 确保动物的爪子和尾巴不会卡在部分之间的间隙中。   动物确保大鼠的体重保持在300至350克之间，并在白天进行所有行为实验。 任务执行启动并连接控制盒、微控制器和 PC。 编写程序以设置任务计划并接收实验所需的参数。 将程序写入微控制器并执行任务。注意：使用微控制器板用 C 语言编写的设置任务计划的示例可在公共存储库 （https://github.com/TakahashiLab/ReconfigurableMazeExample） 中找到。 行为实验构建所需的迷宫形状（步骤2.1）。 将老鼠从家庭笼子中移出并将它们放置在迷宫的任意位置。 让老鼠自由探索建造的迷宫10分钟以习惯化。 设置一个程序以执行与跑步机23、24的延迟交替任务。注意：实验所需的参数可以通过程序设置自动获得（例如，戳次数、实验持续时间、跑步机速度等）。 如有必要，更改迷宫的形状。 将大鼠放置在迷宫中的任意位置，并执行延迟交替任务的训练或测试。注意：在本研究中，培训课程以逐渐增加的延迟时间和测试课程（延迟时间为5秒）进行。 每次任务后将老鼠放回家笼。 每只大鼠后用70%乙醇彻底擦拭迷宫，并等待至少5分钟，然后再次使用迷宫。注意：通道的各个部分可以从塔上拆下，以便彻底擦去气味和污垢。 3. 行为表现与数据分析 动物轨迹使用安装在天花板上的数字摄像机记录延迟交替任务期间的动物行为（见 材料表）。注意：通过将相机放在天花板上，实验者可以不断记录动物在任务期间在迷宫中奔跑时的动作。 使用无标记姿态估计软件25 （参见 材料表）基于以50帧/秒捕获的图像跟踪运行轨迹。