JoVE Journal > Behavior
Summary
Abstract
Introduction
Protocol
Résultats
Discussion
Divulgations
Acknowledgements
Materials
References
Please note that all translations are automatically generated. Click here for the English version.
Sciences du comportement

Çevre Etkilerinin Değerlendirilmesi Zenginleştirme Aracı Olarak Bulmaca Box Kullanımı

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

Çevre zenginleştirme (EE) sürekli hakkında getirerek, hayvanların davranışlarını etkilediği gösterilmiştir sosyal etkileşim, motor aktivite ve genellikle standart bir laboratuar environment.EE deneyimli daha fazla duyusal stimülasyon için artan fırsat hayvanları sağlayan çevresi olarak tanımlanabilir Böyle öğrenme ve bellek görevleri stres ve anksiyete ile ilgili faaliyet 8-10 azaltılması, geliştirilmiş performans gibi değişiklikler 8,11, motor koordinasyon ve keşif faaliyeti 11, bağımlılık yapan maddeler anne bakımı 8 yanı sıra direnç değişikliklerin erken başlangıçlı 12- 15. Bundan başka, EE başlangıcının geciktirilmesi ve Huntington 1-4,16, Parkinson 17 ve Alzheimer hastalığı 18 hayvan modellerinde belirtilerin şiddetinin azaltılması, nörodejeneratif bozuklukların etkisini iyileştirmek için ortaya konmuştur.

Bu değişiklikler, korEE beyne boyunca uyardığı bilinmektedir anatomik ve moleküler değişikliklerle birlikte ilgilidir. Gelişiminin erken aşamalarında zenginleştirilmiş ortamlarda yetiştirilen hayvanlar 9,2-22 ve sinaptik yoğunluğu 23 dallanma dendritik artan beyin ağırlığı ve kortikal kalınlık dahil nöral değişikliklerin sayısız, göstermektedir. EE düzeyi ve hızlandırılmış duyusal 25,26,28,29 gelişimi, hafıza 30, hem de motor devrelerinde 31,32 katkı gösterilmiştir büyüme faktörü 9,24-30, zamanlama ikisini değiştirebilmektedir.

Dikkate bireysel çalışmalar 9,24,27,30 içinde kullanılan hayvanların ve ortamlarda farklı almadan, EE etkisini araştıran bir önceki iş süreleri çelişkili bulgular ortaya koymuştur. Şu anda, farklı suşları ve spec çeşitli EV paradigmaların etkinliğini ölçmek için kullanılabilecek hiçbir tutarlı ve basit davranışsal bir görev olduğunuHayvanların ler.

Bulmaca Kutusu görevi bir hayvanın doğal problem çözme yeteneğini 7 belirlemek için basit bir test olarak tasarlanmıştır. Açık alanda yerleştirilen hayvanlar kapalı bölge / barınak erişmek için küçük bir açılış içinde yer malzemelerin engel çıkarmak için gereklidir. Her konu üç farklı bilişsel özelliklerini değerlendirmek için aynı tıkanıklığı üç deneme verilir. İlk deneme doğasında ya da yerli problem çözme yeteneği temel gösterge verir. Aynı gün çalışacak, ikinci deneme, üzerine geliştirmek ve böylece belirli tıkanıklığı kaldırmak için stratejiler güçlendirmek için hayvanın yeteneğini bazı gösterge verir. ertesi gün yapılan üçüncü deneme, görev öğrendim çözüm korumak ve hatırlamak için konunun yeteneği içgörü sağlar.

hayvanlar tarafından bu "engel bulmaca" çözmek için motivasyon potansiyel, değiştirilebilirAçık alanlar önlemek ve çevrelerini 6,7 keşfetmek için barınak, hem de içsel bir sürücü aramak için doğuştan gelen bir istek çağrıştıran. Bulmaca Kutusu çözmek arzusu altında yatan potansiyel davranış sürücülerin çokluğu beynin çeşitli alanlarda görev performansını aracılık yer aldığını göstermektedir. Önceki çalışma şizofreni kemirgen modellerinde, prefrontal korteks gibi hipokampus bu görevin 5 edinme yer olduğunu göstermiştir. Sıçanlarda bir lezyon çalışma, çeşitli talamik çekirdekler, hipotalamus, beyincik ve limbik yapılar içeren bulmaca Kutu performans dahil beyin bölgelerinin çok sayıda ortaya çıkarmıştır. Birlikte, bu bulgular görevi çözme bu sorunun yapan bilişsel işlev ile ilişkili sinir yapıların bir dizi içerdiğini göstermektedir.

Bulmaca Kutusu m tarafından sergilenen farelerin problem çözme yeteneğini, yanı sıra bilişsel açıkları değerlendirmek için başarıyla kullanılmaktadırŞizofreni 5-7 idrar modelleri. Görev Performans derece tutarlı olması ve diğer bilişsel davranış testleri 6 sonuçları ile iyi bir korelasyon olduğu gösterilmiştir. Bu çalışmanın amacı EE etkinliğini belirleyen basit ve güvenilir bir aracı haline Puzzle Kutu görevi adapte böylece oldu.

Protocol

Etik deyimi: Tüm işlemler Sydney Üniversitesi Hayvan Deneyleri Yerel Etik Kurulu tarafından onaylanmış ve Ulusal Sağlık ve Avustralya kurallar Tıbbi Araştırma Konseyi uyduğu bulundu. Prosedürler University of Sydney, Bosch Kemirgen Tesisi'nde yetiştirilen edildi C57 / BL6J fareler üzerinde yapıldı. Tüm fareler kuru gıda ve su ad libitum erişim ayrı ayrı havalandırılan kafeslerde 0600 saatte ışıkları ile 12 saat aydınlık-karanlık döngüsü 21 ° C ortam sıcaklığında tek ye…

Representative Results

Burada anlatılan sonuçlar farklı litre oluşan çeşitli gruplarda alınan verilerle, temsili bir örnek vardır. Tüm davranışsal testler kohort içinde hayvanların randomize test düzeni ile, 0700 ve 1100 saat arasında icra edilmiştir. (15, 7 kadın ve 8 erkek n =) (bkz zenginleştirilmiş bir ortamda büyüdü Hayvanlar (n = 14, 7 kadın ve 7 erkek) standart ortam içinde yükseltilmiş daha Bulmaca Kutusu içinde tıkanma görevleri çözmek için daha az zaman aldı Şekil 3) (Tekrarlanan ?…

Discussion

sunulan veriler Bulmaca Kutusu etkin olarak kullanılabilir EE etkisini değerlendirmek için ortaya koymaktadır. Zenginleştirilmiş ortamlarda yetiştirilen Fareler sürekli standart laboratuar koşullarında içinde yükseltilmiş hayvanlar yaptım daha bu davranış tahlilinde içinde tıkanma bulmacaları çözmek için önemli ölçüde daha az zaman aldı. Üstelik, bu fark EE görev tarafından sunulan problemlere çözüm güçlendirmek veya korumak için kendi kapasitesine göre bir hayvanın doğal sorun ç?…

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.
DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Hockly, E., et al. Environmental enrichment slows disease progression in R6/2 Huntington’s disease mice. Ann Neurol. 51, 235-242 (2002).
  2. Spires, T. L., et al. Environmental enrichment rescues protein deficits in a mouse model of Huntington’s disease, indicating a possible disease mechanism. J Neurosci. 24, 2270-2276 (2004).
  3. van Dellen, A., Blakemore, C., Deacon, R., York, D., Hannan, A. J. Delaying the onset of Huntington’s in mice. Nature. 404, 721-722 (2000).
  4. van Dellen, A., Cordery, P. M., Spires, T. L., Blakemore, C., Hannan, A. J. Wheel running from a juvenile age delays onset of specific motor deficits but does not alter protein aggregate density in a mouse model of Huntington’s disease. BMC neuroscience. 9, 34 (2008).
  5. Ben Abdallah, N. M., et al. The puzzle box as a simple and efficient behavioral test for exploring impairments of general cognition and executive functions in mouse models of schizophrenia. Exp Neurol. 227, 42-52 (2011).
  6. Galsworthy, M. J., et al. Assessing reliability, heritability and general cognitive ability in a battery of cognitive tasks for laboratory mice. Behav Genet. 35, 675-692 (2005).
  7. Galsworthy, M. J., Paya-Cano, J. L., Monleon, S., Plomin, R. Evidence for general cognitive ability (g) in heterogeneous stock mice and an analysis of potential confounds. Genes Brain Behav. 1, 88-95 (2002).
  8. Sparling, J. E., Mahoney, M., Baker, S., Bielajew, C. The effects of gestational and postpartum environmental enrichment on the mother rat: A preliminary investigation. Behav Brain Res. 208, 213-223 (2010).
  9. Turner, C. A., Lewis, M. H. Environmental enrichment: effects on stereotyped behavior and neurotrophin levels. Physiol Behav. 80, 259-266 (2003).
  10. Turner, C. A., Lewis, M. H., King, M. A. Environmental enrichment: effects on stereotyped behavior and dendritic morphology. Dev Psychobiol. 43, 20-27 (2003).
  11. Turner, C. A., Yang, M. C., Lewis, M. H. Environmental enrichment: effects on stereotyped behavior and regional neuronal metabolic activity. Brain Res. 938, 15-21 (2002).
  12. Simonetti, T., Lee, H., Bourke, M., Leamey, C. A., Sawatari, A. Enrichment from birth accelerates the functional and cellular development of a motor control area in the mouse. PLoS One. 4, e6780 (2009).
  13. El Rawas, R., Thiriet, N., Lardeux, V., Jaber, M., Solinas, M. Environmental enrichment decreases the rewarding but not the activating effects of heroin. Psychopharmacology (Berl). 203, 561-570 (2009).
  14. Solinas, M., Chauvet, C., Thiriet, N., El Rawas, R., Jaber, M. Reversal of cocaine addiction by environmental enrichment). Proc Natl Acad Sci U S A. 105, 17145-17150 (2008).
  15. Solinas, M., Thiriet, N., Chauvet, C., Jaber, M. Prevention and treatment of drug addiction by environmental enrichment. Progress in neurobiology. 92, 572-592 (2010).
  16. Solinas, M., Thiriet, N., El Rawas, R., Lardeux, V., Jaber, M. Environmental enrichment during early stages of life reduces the behavioral, neurochemical, and molecular effects of cocaine. Neuropsychopharmacology. 34, 1102-1111 (2009).
  17. Kondo, M., et al. Environmental enrichment ameliorates a motor coordination deficit in a mouse model of Rett syndrome–Mecp2 gene dosage effects and BDNF expression. Eur J Neurosci. 27, 3342-3350 (2008).
  18. Faherty, C. J., Raviie Shepherd, K., Herasimtschuk, A., Smeyne, R. J. Environmental enrichment in adulthood eliminates neuronal death in experimental Parkinsonism. Brain Res Mol Brain Res. 134, 170-179 (2005).
  19. Gortz, N., et al. Effects of environmental enrichment on exploration, anxiety, and memory in female TgCRND8 Alzheimer mice. Behav Brain Res. 191, 43-48 (2008).
  20. Bennett, E. L., Diamond, M. C., Krech, D., Rosenzweig, M. R. Chemical and Anatomical Plasticity Brain. Science. 146, 610-619 (1964).
  21. Krech, D., Rosenzweig, M. R., Bennett, E. L. Effects of environmental complexity and training on brain chemistry. J Comp Physiol Psychol. 53, 509-519 (1960).
  22. Rosenzweig, M. R., Krech, D., Bennett, E. L., Diamond, M. C. Effects of environmental complexity and training on brain chemistry and anatomy: a replication and extension. J Comp Physiol Psychol. 55, 429-437 (1962).
  23. Faherty, C. J., Kerley, D., Smeyne, R. J. A Golgi-Cox morphological analysis of neuronal changes induced by environmental enrichment. Brain Res Dev Brain Res. 141, 55-61 (2003).
  24. Globus, A., Rosenzweig, M. R., Bennett, E. L., Diamond, M. C. Effects of differential experience on dendritic spine counts in rat cerebral cortex. J Comp Physiol Psychol. 82, 175-181 (1973).
  25. Greenough, W. T., Volkmar, F. R. Pattern of dendritic branching in occipital cortex of rats reared in complex environments. Exp Neurol. 40, 491-504 (1973).
  26. Li, S., Tian, X., Hartley, D. M., Feig, L. A. The environment versus genetics in controlling the contribution of MAP kinases to synaptic plasticity. Current biology : CB. 16, 2303-2313 (2006).
  27. Angelucci, F., et al. Increased concentrations of nerve growth factor and brain-derived neurotrophic factor in the rat cerebellum after exposure to environmental enrichment. Cerebellum. 8, 499-506 (2009).
  28. Cancedda, L., et al. Acceleration of visual system development by environmental enrichment. J Neurosci. 24, 4840-4848 (2004).
  29. Guzzetta, A., et al. Massage accelerates brain development and the maturation of visual function. J Neurosci. 29, 6042-6051 (2009).
  30. Ickes, B. R., et al. Long-term environmental enrichment leads to regional increases in neurotrophin levels in rat brain. Exp Neurol. 164, 45-52 (2000).
  31. Landi, S., Ciucci, F., Maffei, L., Berardi, N., Cenni, M. C. Setting the pace for retinal development: environmental enrichment acts through insulin-like growth factor 1 and brain-derived neurotrophic factor. J Neurosci. 29, 10809-10819 (2009).
  32. Landi, S., et al. Retinal functional development is sensitive to environmental enrichment: a role for BDNF. FASEB J. 21, 130-139 (2007).
  33. Pham, T. M., et al. Changes in brain nerve growth factor levels and nerve growth factor receptors in rats exposed to environmental enrichment for one year. Neurosciences. 94, 279-286 (1999).
  34. Pham, T. M., Soderstrom, S., Winblad, B., Mohammed, A. H. Effects of environmental enrichment on cognitive function and hippocampal NGF in the non-handled rats. Behav Brain Res. 103, 63-70 (1999).
  35. Sale, A., Berardi, N., Maffei, L. Enrich the environment to empower the brain. Trends Neurosci. 32, 233-239 (2009).
  36. Sale, A., et al. Maternal enrichment during pregnancy accelerates retinal development of the fetus. PLoS One. 2, e1160 (2007).
  37. Wolansky, M. J., Cabrera, R. J., Ibarra, G. R., Mongiat, L., Azcurra, J. M. Exogenous NGF alters a critical motor period in rat striatum. Neuroreport. 10, 2705-2709 (1999).
  38. Wolansky, M. J., Paratcha, G. C., Ibarra, G. R., Azcurra, J. M. Nerve growth factor preserves a critical motor period in rat striatum. J Neurobiol. 38, 129-136 (1999).
  39. Thompson, R., Huestis, P. W., Crinella, F. M., Yu, J. Brain mechanisms underlying motor skill learning in the rat. Am. J. Phys. Med. Rehabil. 69 (4), 191-197 (1990).
  40. Lipina, T. V., Palomo, V., Gil, C., Martinez, A., Roder, J. C. Dual inhibitor of PDE7 and GSK-3-VP1.15 acts as antipsychotic and cognitive enhancer in C57BL/6J mice. Neuropharmacology. 64, 205-214 (2013).
  41. Carlier, P., Jamon, M. Observational learning in C57BL/6j mice. Behav Brain Res. 174, 125-131 (2006).
  42. Cole, B. J., Jones, G. H. Double dissociation between the effects of muscarinic antagonists and benzodiazepine receptor agonists on the acquisition and retention of passive avoidance. Psychopharmacology (Berl). 118, 37-41 (1995).
  43. Woodside, B. L., Borroni, A. M., Hammonds, M. D., Teyler, T. J. NMDA receptors and voltage-dependent calcium channels mediate different aspects of acquisition and retention of a spatial memory task). Neurobiol Learn Mem. 81, 105-114 (2004).
  44. Ben Abdallah, N. M., M, N., et al. Impaired long-term memory retention: common denominator for acutely or genetically reduced hippocampal neurogenesis in adult mice. Behav Brain Res. 252, 275-286 (2013).
  45. Viola, G. G., et al. Influence of environmental enrichment on an object recognition task in CF1 mice. Physiol Behav. 99, 17-21 (2010).
  46. Schrijver, N. C., Bahr, N. I., Weiss, I. C., Wurbel, H. Dissociable effects of isolation rearing and environmental enrichment on exploration, spatial learning and HPA activity in adult rats. Pharmacol Biochem Behav. 73, 209-224 (2002).
  47. Kempermann, G., Gast, D., Gage, F. H. Neuroplasticity in old age: sustained fivefold induction of hippocampal neurogenesis by long-term environmental enrichment. Ann Neurol. 52, 135-143 (2002).
  48. Hattori, S., et al. Enriched environments influence depression-related behavior in adult mice and the survival of newborn cells in their hippocampi. Behav Brain Res. 180, 69-76 (2007).
  49. Barbelivien, A., et al. Environmental enrichment increases responding to contextual cues but decreases overall conditioned fear in the rat. Behav Brain Res. 169, 231-238 (2006).
  50. Sousa, N., Almeida, O. F., Wotjak, C. T. A hitchhiker’s guide to behavioral analysis in laboratory rodents. Genes Brain Behav. 5 Suppl 2, 5-24 (2006).
  51. Clelland, C. D., et al. A functional role for adult hippocampal neurogenesis in spatial pattern separation. Science. 325, 210-213 (2009).
  52. Jentsch, J. D., et al. Dysbindin modulates prefrontal cortical glutamatergic circuits and working memory function in mice. Neuropsychopharmacology. 34, 2601-2608 (2009).
  53. Zhao, J., et al. Retinoic acid isomers facilitate apolipoprotein E production and lipidation in astrocytes through the RXR/RAR pathway. J Biol Chem. , (2014).
  54. Perez, H. J., et al. Neuroprotective effect of silymarin in a MPTP mouse model of Parkinson’s disease. Toxicology. 319C, 38-43 (2014).

Tags

Environmental EnrichmentPuzzle BoxBehavioral AssayNeurodegenerative DiseaseCognitive FunctionProblem SolvingShelter-seeking BehaviorRodent

Play Video
PDF
DOI
DOWNLOAD MATERIALS LIST
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).
Télécharger la Citation
Réimpressions et Autorisations

View Video

✖

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

CAPTCHA Image
Play CAPTCHA Audio
Refresh Image