Barnes Maze teststrategier med små och stora Gnagare modeller

Spatial inlärning och minne hos smågnagare först bedömas med livsmedels berövade råttor som navigerat en labyrint av gränder för att hitta ett livsmedel förstärkare ^1. Flera decennier senare var en rumslig referens minnessystem föreslås ^2. Till skillnad från arbetsminnet som hänvisar till minnet i en testsession eller rättegång, hänvisar referens minne till minne över testpass eller försök och är närmare släkt med långtidsminnet.

Flera typer av labyrinter har utvecklats som icke-invasiv bedömning av denna hippocampus beroende spatial inlärning och minne i små och stora gnagare (t.ex. vatten labyrint, flera T-labyrinten, radial arm labyrint och torr-mark labyrinter) ^3-6. Här fokuserar vi på den runda plattformen eller Barnes labyrint, som först beskrevs 1979 av Dr Carol Barnes ^7. Denna labyrint har använts för att testa rumslig navigering inlärning och minne i en rad olika gnagarmodeller, inklusive råttor (RaTTU norvegicus), möss (Mus musculus), rådjur möss (Peromyscus maniculatus bairdii), Kalifornien möss (Peromyscus californicus), och hystricomorph gnagare (t.ex. degus [Octodon degus]) ^8-13. Andra arter som bedöms med hjälp av Barnes labyrinten inkluderar amerikanska kackerlackor (Periplaneta americana) ^14, majs ormar (Elaphe guttata guttata) ^15,   squamate reptiler (t.ex. sido-fläckig ödlor [Uta stansburiana]) ¹⁶ och icke-mänskliga primater (t.ex. mus lemurer [Microcebus murinus]) ^17. I våra laboratorier har Barnes labyrint prestanda använts som ett index på neurotoxicitet efter utvecklande av bisfenol A (BPA) eller etinylestradiol (EE2) exponering ^9-1113. Det är också allmänt används för beteende fenotypning av olika musstammar ^18-21, bedömning av åldrandets effekter ^7,22-28, och Alzheimers sjukdom relaterade deficits i djurmodeller ^3,29-33, samt effekterna av motion och kost, miljö-, och metabola förändringar ^34-42.

En primär fördel med Barnes labyrint användning är att den framkallar mindre stress i ämnena i förhållande till vatten labyrinter, såsom Morris water maze ^43, även om båda kan framkalla akuta ökningar i plasma kortikosteron koncentrationer i möss ^44. Som torra land labyrint kan Barnes labyrinten vara mer etologiskt relevant för markbundna gnagare ^45. Även om vatten labyrint prestanda har visat sig vara känsligare för genetiska förändringar i möss ^3,46,47, är mer känsliga för vissa andra ändringar ^48,49 Barnes labyrint prestanda. I gnagarmodeller där vatten labyrint användning inte är möjlig, får den Barnes labyrinten ger en finjusteras bedömning av rumsliga minne lagring ^31. De milt aversiva stimuli som normalt används i Barnes labyrint (dvs. starkt ljus),dock inte kan ge tillräcklig motivation för gnagare att lokalisera flykt buren ^45. Dessutom kan gnagare lära sig att inget straff uppstår om de inte kommer in i flykt buren. I stället för att aktivt söka efter flykt buren, vissa gnagare aktivt utforska en labyrint för långa löptider för varje försök. Som granskas av Kennard och Woodruff-Pak ^24, kommer denna ökade prospekterings förlänga latens för att lokalisera utrymnings bur, våglängd, och öka antalet fel. Således, mätning av flera parametrar, bland latens, felfrekvens, tiden i de korrekta och felaktiga kvadranter, hastighet, tid att flytta, tid att vila, och sökstrategi, tillsammans kan ge en bättre indikator för varje persons rumslig navigering inlärning och minnesförmåga ^{8 -10.} Dessutom kan prestanda mätas som latensen att först lokalisera flykt buren (primär åtgärd) eller latensen att gå in i flykt buren (totalt mått). Vissa har argued att primära mått på funktion är en mer korrekt bild av spatial inlärning än de totala åtgärderna ^50. De flesta studier, inklusive de exempel som beskrivs här, använder latens för att komma in på flykt buren för att fastställa felfrekvens och sökstrategi. Vidare, några spårningsmjukvarusystem har en trepunkts kroppsdetektionssystem som kan mäta frekvenser sniffa rätt vs felaktiga hål. Slutligen måste labyrinten rengöras grundligt med etanol mellan försöken för att ta bort lukt ledtrådar som kan ge ledtrådar eller visa sig störande för efterföljande djur.

Barnes maze mönster varierar men i allmänhet var och en har 12 eller 20 potentiella utloppshål, av vilka endast en leder till hemmet eller en flykt bur. Flykt bur kan vara belägen antingen direkt under utloppshål på labyrinten topp (till labyrinter utan väggar) eller inbyggd i den omgivande väggen hos labyrinten. De ledtrådar kan variera i storlek från cirka 16,5 cm höjd eller bredd (inom maze) till en horisontell linje 21,6 cm i bredd placerade från golv till tak i rummet väggen utanför labyrinten. Figurerna 1-5 visar exempel på Barnes maze designer för Peromyscus arter (Figur 1) och råttor (figur 2-5). Pluggar eller bottnar måste täcka nonescape hål för att förhindra djuret från att falla ut ur labyrinten. Storlek på testrummet kan variera (~ 20 m ^2), men det måste vara tillräckligt stor för att ge gott om utrymme för labyrinten, habituerade djuren till rummet, tillmötesgående en dator med video set-up (om den används), och en plats för försöksledaren att sitta på ett avstånd (min. ~ 122 cm) från labyrinten anordningen så att deras närvaro inte stör djurets prestation. Tilldelning av flykt bur plats bör balanseras mellan behandlingsgrupperna och kön. Även om de särskilda förfaranden som beskrivs här inte inkluderar rotera labyrinten mellan försöken att motverka användningen av intra-maze lukt ledtrådar, vissa studierinförliva denna procedur ^50. I våra rutiner, är labyrinten torkas rena med etanol mellan försöken att eliminera lukt ledtrådar.

Vid lokalisering av flykt buren, har tre typer av sökstrategier definierats (ursprungligen benämnda "mönster" av Barnes ^7): 1) slumpmässigt, operativt definieras som lokala sökningar i hål åtskilda av vägar som korsar labyrinten centrum, 2) Serie, definierade som en systematisk sökning efter varandra följande hålen i en medurs eller moturs riktning, och 3) ett direkt eller fysisk, som definieras som att navigera direkt till den korrekta kvadranten utan att passera labyrinten centrum mer än en gång och med tre eller färre fel. I allmänhet, med upprepad testning, gnagare framsteg vanligtvis genom sökstrategier i angiven ordning (slumpvis, seriell, och direkt) ^51. En sond rättegång utan att fly buren kan också användas som ett ytterligare mått på minnet ^50.

Protokollet och representativresultat här utvecklades för två typer av gnagare (Peromyscus arter-annars kallas små gnagare) och råttor. Även om dessa allmänna förfaranden kan också hålla för inavlade och / eller utavlade möss (Mus musculus), bör andra studier höras om eventuella metodskillnader för de sistnämnda arten ^18-21.