Summary

O uso do Puzzle Box como uma forma de avaliar a eficácia de Enriquecimento Ambiental

Published: December 29, 2014
doi:

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

O enriquecimento ambiental (EE) pode ser definida como um ambiente que fornecem animais com maior oportunidade para a interação social, a atividade motora e maior estimulação sensorial do que geralmente experimentado em um environment.EE padrão de laboratório foi mostrado para afetar de forma consistente o comportamento dos animais, provocando mudanças, como a redução de estresse e atividade relacionada com ansiedade 10/08, o desempenho melhorou em tarefas de aprendizagem e memória 8,11, início precoce da coordenação motora e atividade exploratória 11, mudanças na assistência materno 8, bem como resistência a substâncias que causam dependência 12- 15. Além disso, o EE tem sido revelado para melhorar os efeitos de doenças neurodegenerativas, retardar o aparecimento e diminuindo a gravidade dos sintomas em modelos animais de doença de Huntington 1-4,16, 17 Parkinson e doença de Alzheimer 18.

Essas mudanças CRrelacionam com as alterações anatómicas e moleculares EE é conhecido por induzir a todo o cérebro. Animais criados em ambientes enriquecidos de estágios iniciais de desenvolvimento mostram uma miríade de mudanças neurais, incluindo o aumento de peso do cérebro e da espessura cortical, dendrítica ramificação 9,2-22 e densidade sináptica 23. EE pode alterar tanto o nível e momento de expressão do factor de crescimento 9,24-30, o que foi mostrado para contribuir para o desenvolvimento acelerado de sensorial 25,26,28,29, 30 de acelerador, bem como circuitos de motores 31,32.

Trabalhos anteriores revelaram a conclusões vezes contraditórios quando se investiga o impacto da EE, sem levar em conta os diferentes tipos de animais e ambientes utilizados dentro estudos individuais 9,24,27,30. Actualmente, não existe qualquer prova comportamental, consistente e simples que pode ser usado para medir a eficácia de vários paradigmas de EE em diferentes estirpes e especificaçãoies de animais.

A tarefa Puzzle Box foi concebido como um teste simples para determinar problema nativo de um animal habilidade de resolver 7. Animais colocados na área aberta são obrigados a remover obstruindo materiais situados dentro de uma pequena abertura para acessar uma região / abrigo coberto. Cada sujeito recebe três ensaios com a mesma obstrução a fim de avaliar a três atributos cognitivos diferentes. O primeiro ensaio produzir uma indicação da linha de base de capacidade de resolução de problemas inerentes ou nativa. O segundo ensaio, executado no mesmo dia, dá alguma indicação da capacidade do animal para melhorar e, assim, reforçar as estratégias para a remoção da obstrução específica. O terceiro julgamento, realizado no dia seguinte, fornece insights sobre a capacidade do sujeito para reter e recordar a solução aprenderam a tarefa.

A motivação para a resolução destes puzzles "obstrução" pelos animais pode ser variada, potencialmenteevocando um desejo inato de evitar campos abertos e procurar abrigo, bem como uma tendência inerente para explorar os arredores 6,7. A multidão de potenciais motoristas comportamentais subjacentes ao desejo de resolver o Puzzle Box sugere que várias áreas do cérebro estão envolvidas na mediação de desempenho da tarefa. Trabalhos anteriores mostraram que, em modelos murinos de esquizofrenia, o córtex pré-frontal, bem como o hipocampo estão envolvidos na aquisição desta tarefa 5. Um estudo de lesão em ratos revelou também um grande número de regiões do cérebro envolvidas no desempenho Puzzle Box, incluindo vários núcleos talâmicos, o hipotálamo, o cerebelo e estruturas límbicas. Juntos, estes resultados indicam que o envolvimento neste resolução de problemas tarefa envolve uma série de estruturas neurais associadas com a função cognitiva.

O puzzle caixa tem sido utilizado com sucesso para avaliar a capacidade de resolução de problemas de ratinhos, assim como os défices cognitivos exibido por mmodelos de urina de esquizofrenia 5-7. O desempenho da tarefa foi mostrado ser altamente consistente, e correlacionam-se bem com os resultados de outros testes comportamentais, cognitivas 6. O objetivo deste trabalho foi, portanto, de se adaptar a tarefa Puzzle Box para tornar-se um meio simples e confiável para se determinar a eficácia da EE.

Protocol

Declaração de Ética: Todos os procedimentos foram aprovados pelo Comitê de Ética Animal da Universidade de Sydney e conformado com Nacional de Saúde e do Conselho, de orientações Austrália Investigação Médica. Os procedimentos foram realizados em ratinhos C57 / BL6J que foram criadas na Bosch Roedor Facility da Universidade de Sydney. Todos os ratos foram alojados em um único quarto adequadamente ventilado no 21 ° C de temperatura ambiente em um ciclo claro-escuro de 12 horas, com luzes acesas em 0600 hr e…

Representative Results

Os resultados descritos aqui são uma amostra representativa, com os dados obtidos de várias coortes com várias ninhadas. Todos os testes comportamentais foi realizada entre 0700 e 1100 horas, com a ordem de teste randomizado de animais dentro de uma coorte. Animais criados em um ambiente enriquecido (n = 14, 7 do sexo feminino e 7 do sexo masculino) levou muito menos tempo para resolver as tarefas de obstrução dentro da caixa do enigma do que aqueles criados em um ambiente padrão (n = 15, 7 do sexo feminino e 8 do…

Discussion

Os dados apresentados demonstram que o quebra-Box pode ser utilizado eficazmente para avaliar o impacto de EE. Ratos criados em ambientes enriquecidos consistentemente levou muito menos tempo para resolver enigmas obstrução dentro deste ensaio comportamental do que os animais criados dentro de condições padrão de laboratório. Além disso, esta diferença foi mais proeminente no primeiro julgamento por três das quatro condições testadas, sugerindo EE tem uma maior influência sobre nativa habilidade de resolver …

Divulgations

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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Citer Cet Article
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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