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Verhalten

L'utilisation de la boîte de Puzzle comme un moyen d'évaluer l'efficacité d'enrichissement du milieu

Published: December 29, 2014
doi:
10.3791/52225
, , ,
1Discipline of Physiology,University of Sydney, 2Bosch Animal Behavioural Facility,University of Sydney

Summary

Environmental enrichment provides a potential protective effect against neurodegenerative disorders. Currently, however, there is no easy way of determining the efficacy of enrichment procedures. This protocol describes a simple “Puzzle Box” method for assessing an animal’s cognitive function, in order to reveal the effectiveness of environmental enrichment.

Abstract

Environmental enrichment can dramatically influence the development and function of neural circuits. Further, enrichment has been shown to successfully delay the onset of symptoms in models of Huntington’s disease 1-4, suggesting environmental factors can evoke a neuroprotective effect against the progressive, cellular level damage observed in neurodegenerative disorders. The ways in which an animal can be environmentally enriched, however, can vary considerably. Further, there is no straightforward manner in which the effects of environmental enrichment can be assessed: most methods require either fairly complicated behavioral paradigms and/or postmortem anatomical/physiological analyses. This protocol describes the use of a simple and inexpensive behavioral assay, the Puzzle Box 5-7 as a robust means of determining the efficacy of increased social, sensory and motor stimulation on mice compared to cohorts raised in standard laboratory conditions. This simple problem solving task takes advantage of a rodent’s innate desire to avoid open enclosures by seeking shelter. Cognitive ability is assessed by adding increasingly complex impediments to the shelter’s entrance. The time a given subject takes to successfully remove the obstructions and enter the shelter serves as the primary metric for task performance. This method could provide a reliable means of rapidly assessing the efficacy of different enrichment protocols on cognitive function, thus paving the way for systematically determining the role specific environmental factors play in delaying the onset of neurodevelopmental and neurodegenerative disease.

Introduction

Enrichissement de l'environnement (EE) peut être défini comme un cadre qui fournissent des animaux avec des possibilités accrues d'interaction sociale, l'activité motrice, et une plus grande stimulation sensorielle que d'habitude connu dans un environment.EE standard de laboratoire a été démontré qu'elle affecte toujours le comportement des animaux, entraînant des changements tels que la réduction du stress et de l'activité liée à l'anxiété 8-10, l'amélioration des performances dans les tâches d'apprentissage et de mémoire 8,11, l'apparition précoce de la coordination motrice et activité exploratoire 11, les changements dans les soins maternels 8 ainsi que la résistance à 12 substances addictives 15. En outre, EE a été révélé pour améliorer les effets de troubles neurodégénératifs, de retarder l'apparition et la diminution de la sévérité des symptômes chez les modèles animaux de la maladie de Huntington 1-4,16, la maladie de Parkinson 17 et 18 la maladie d'Alzheimer.

Ces changements Correlier avec les modifications anatomiques et moléculaires EE est connue pour entraîner tout le cerveau. Les animaux élevés dans des environnements enrichis des premiers stades de développement montrent une myriade de changements neuronaux, y compris une augmentation du poids du cerveau et de l'épaisseur corticale, dendritique ramification 9,2-22 et la densité synaptique 23. EE peut modifier à la fois le niveau et le calendrier de l'expression du facteur de croissance 9,24-30, qui a été montré à contribuer au développement accéléré des sensorielle 25,26,28,29, mnémonique 30, ainsi que des circuits automobiles 31,32.

Des travaux antérieurs ont révélé à des conclusions parfois contradictoires lors d'enquêtes sur l'impact de l'EE, sans prendre en compte les différents types d'animaux et environnements utilisés dans les études individuelles 9,24,27,30. Actuellement, il n'y a pas tâche comportementale cohérente et simple qui peut être utilisé pour mesurer l'efficacité des différents paradigmes de l'EE dans différentes souches et specs d'animaux.

La tâche Puzzle Box a été conçu comme un test simple pour déterminer problème native d'un animal la capacité de résolution 7. Animaux placés dans l'espace ouvert sont nécessaires pour éliminer les matériaux situés dans une petite ouverture pour accéder à une région / abri couvert obstruction. Chaque sujet est donné trois essais avec le même obstruction afin d'évaluer trois attributs cognitifs différents. Le premier essai donne une indication de base de la capacité de résolution de problèmes inhérente ou natif. Le deuxième procès, exécutez le même jour, donne une indication de la capacité de l'animal à améliorer et donc renforcer les stratégies pour éliminer l'obstruction spécifique. Le troisième procès, menée le lendemain, donne un aperçu de la capacité du sujet à conserver et rappeler la solution appris à la tâche.

La motivation pour résoudre ces énigmes "obstruction" par les animaux peut être modifiée, ce qui pourraitévoquant un désir inné d'éviter les champs ouverts et chercher un abri, ainsi que d'un lecteur inhérent à explorer leur environnement 6,7. La multitude de pilotes comportementaux sous-jacents potentiels le désir de résoudre le casse-tête suggère que différentes zones du cerveau sont impliquées dans la médiation de l'exécution des tâches. Des travaux antérieurs ont montré que dans des modèles murins de la schizophrénie, le cortex préfrontal et l'hippocampe sont impliqués dans l'acquisition de cette tâche 5. Une étude de la lésion chez le rat a également révélé un grand nombre de régions du cerveau impliquées dans la performance Puzzle Box, y compris divers noyaux thalamiques, l'hypothalamus, le cervelet, et les structures limbiques. Ensemble, ces résultats indiquent que l'engagement dans cette tâche de résolution problème implique une multitude de structures neuronales associées à la fonction cognitive.

La boîte de Puzzle a été utilisé avec succès pour évaluer la capacité de résolution de problème de souris, ainsi que les déficits cognitifs présenté par mmodèles d'urine de la schizophrénie 5-7. Performance sur la tâche a été montré pour être très cohérente, et de corréler bien avec les résultats d'autres tests comportementaux cognitifs 6. Le but de ce travail était donc d'adapter la tâche Puzzle Box pour devenir un moyen simple et fiable de déterminer l'efficacité de l'EE.

Protocol

Déclaration éthique: Toutes les procédures ont été approuvées par le Comité d'éthique animale de l'Université de Sydney et conforme à Conseil de recherches médicales de lignes directrices Australie Santé nationale et du. Procédures ont été effectuées sur des souris C57 / BL6J qui ont été élevés à l'Université de Sydney Facilité Bosch rongeurs. Toutes les souris ont été logés dans un seul local suffisamment ventilé à 21 ° C de température ambiante sur un cycle lumière-obscurité…

Representative Results

Les résultats décrits ici sont un échantillon représentatif, avec des données tirées de plusieurs cohortes constituées de différentes portées. Tous les tests de comportement a été menée entre 0700 et 1100 heures, avec l'ordre d'essai randomisé des animaux dans une cohorte. Les animaux élevés dans un environnement enrichi (n = 14, 7 femmes et 7 hommes) ont pris beaucoup moins de temps pour résoudre les tâches d'obstruction dans la boîte de puzzle que ceux élevés dans un environnement stand…

Discussion

Les données présentées démontrent que la boîte de puzzle peut être utilisé efficacement pour évaluer l'impact de l'EE. Souris élevés dans des environnements enrichis régulièrement pris beaucoup moins de temps pour résoudre les énigmes d'obstruction dans ce test de comportement que ne animaux élevés dans des conditions de laboratoire standard. En outre, cette différence était plus importante dans le premier procès pour trois des quatre conditions testées, suggérant EE a une plus grande in…

Offenlegungen

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

The authors have no acknowledgements.

Materials

Black Acrylic Board 750 x 280 mm
White Acrylic Board 280 x 250 mm
White Acrylic Board 280 x 250 mm
White Acrylic Board 750 x 250 mm
White Acrylic Board 750 x 250 mm
White Acrylic Board 150 x 280 mm
White Acrylic Board 280 x 250 mm with a 40 x 40 mm "door" cut into one side
Underpass 3 pieces of 40 x 120 mm plexiglass or acrylic
Note: If unable to access acrylic board, plexiglass or similar non-porous material will suffice.
Webcam Logitech C210 Fix to roof with electrical tape. Alternatively, use a tripod.
VirtualDub v1.10.4 VirtualDub N/A  Software for recording behaviour videos. Input from webcam.
TopScan v 3.0 CleverSys Inc. N/A  Software for automated top-view tracking and analysis of mouse behaviour. Captured videos are analysed post-hoc.
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O’Connor, A. M., Burton, T. J., Leamey, C. A., Sawatari, A. The Use of the Puzzle Box as a Means of Assessing the Efficacy of Environmental Enrichment. J. Vis. Exp. (94), e52225, doi:10.3791/52225 (2014).
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