Summary

מקום ותגובה למידה בשטח הפתוח מגדל המבוך

Published: October 28, 2015
doi:

Summary

השטח הפתוח מגדל המבוך (OFTM) הוא מבוך נוצר כדי ללמוד את המנגנונים התנהגותיים ועצביים של למידה מרחבית (למשל, במקומה או למידת תגובה) בחולדות. מבוך זו שימושי במיוחד לנסיינים שרוצים להשתמש בפרדיגמה מבוך לא מלחיצה לחקור למידה מרחבית במחקר שלהם.

Abstract

פרוטוקול זה מתאר כיצד מגדל מבוך הפרדיגמה פתוח שדה (OFTM) משמשת ללמוד למידה מרחבית במכרסמים. מבוך זו שימושי במיוחד לבחינה איך חולדות ללמוד להשתמש במקומה או למידת תגובה לנווט בהצלחה בזירת שטח פתוח. בנוסף, פרוטוקול זה מתאר כיצד OFTM שונה מפרדיגמות מבוך התנהגות אחרות שמשמשות בדרך כלל כדי ללמוד למידה מרחבית במכרסמים. OFTM המתואר במאמר זה הותאם מזה שתואר בעבר על ידי קול, קליפרטון, ווולט (2007). באופן ספציפי, OFTM נוצר כדי לבדוק למידה מרחבית במכרסמים ללא הניסוי שיש לשקול כיצד "מתח" עשוי לשחק תפקיד כמשתנה מתערב. ניסויים הראו כי לחץ-לבד יכול להשפיע על תפקוד הקוגניטיבי 1 באופן משמעותי. סעיף תוצאות הנציג מכיל נתונים מניסוי שהשתמש בOFTM לבחון את ההשפעות של טיפול באסטרדיול ובמקומה תגובה-learning בנקבה בוגרת חולדות ספראג Dawley 2. מחקרים עתידיים יהיו שנועד לבחון את תפקידו של ההיפוקמפוס וסטריאטום בלמידה תגובה במקומה ובOFTM.

Introduction

מבוך מגדל השדה הפתוח (OFTM) יכול לשמש כדי לבחון את המנגנונים התנהגותיים ונוירו-ביולוגיים של למידה מרחבית במכרסמים. חשוב לציין, OFTM מאפשר לחוקרים לבחון את שני סוגים "המבוסס על תגובה" "מבוסס מקום" ולמידה. במהלך המקום-למידה בבעלי חיים מנווט במבוך באמצעות הרמזים מרחביים בסביבה (למשל, גמול מזון מוקם בסמוך למגדלור גבוה). במהלך החיה-learning תגובה גורמת תגובת תור ספציפית ללא קשר לעמדתה ביחס לרמזים מרחביים (למשל, לעשות פנייה שמאלה או ימינה כדי למצוא גמול מזון). זה כבר דווח בעבר כי למידה-תגובה ולמידה-המקום להסתמך על שתי מערכות שונות זיכרון 3, 4 ומיפוי המנגנונים העצביים שלהם כבר מרדף מתמשך מדעי 2, 5-7. העיצוב של OFTM הותאם מזה שתואר בעבר 8.

פתוחפרדיגמות שדה (רכיב של OFTM) משמשים בדרך כלל כדי לחקור חרדה במכרסמים 9. במהלך יש חולדות טיפוסיות פתוחות חרדת שדה הבדיקה שמבלות יותר זמן במרכז שדה פתוח רמות מתח והחרדה נמוכות יותר מחולדות שמבלות יותר זמן בסמוך למתחם. בOFTM, חולדה חייבת להיכנס למרכז המבוך כדי למצוא את גמול מזון. לכן, ניווט נכון בOFTM מציין כי חולדות אלה הדגישו שאינן. אחת סיבות לכך החולדות לא הדגישו במהלך האימון היא כי בניגוד בדיקות שטח פתוח סטנדרטית של חרדת אימון OFTM דורש שלב טרום-אימונים שבמהלכו החולדה נחשפה מראש למבוך על פני תקופה ארוכה של זמן. בנוסף, האימון מתרחש בסביבה אפלולית הפחתת היבט גרימת החרדה של שדה פתוח שהוא מואר בדרך כלל בהיר יותר

תכונה נוספת ייחודית של OFTM, בהשוואה לכמה מבוכים אחרים, היא כיצד למידה נמדדת. הנסיינים באמצעותמבוך המים מוריס או בארנס מבוך בדרך כלל למדוד למידה על ידי ניתוח אורך המהירות ו / או נתיב עכברוש נוסע להגיע מיקום היעד שלה. יכולים להיות מושפעים אמצעים תלויים אלה על ידי גורמי למידה שאינה, כגון שינויים בפעילות המוטורית הכללית של חולדה. עם זאת, צעדי OFTM למידה באמצעות אחוזים מהתשובה הנכונה הראשונה-בחירת עכברוש הופכים למצוא את גמול מזון. מדד תלוי זה אינו פגיע לשינויים בביצועי מנוע ולכן, באופן מדויק יותר מעריך לומד ממדידות של מהירות ומרחק. עם זאת, הניסוי ניתן גם למדוד את המהירות של חולדה והמרחק נסעו בOFTM באמצעות תוכנת מעקב וידאו.

מבוך-סוגים אחרים, כגון T-המבוך, מבוך המים של מוריס ובארנס המבוך יכולים לשמש כדי לחקור במקומה ולמידה-תגובה. עם זאת, OFTM הוא ייחודי בכמה דרכים ראויות לציון. ראשית, OFTM הוא assay התנהגות רגיש יותר מאשר T-המבוך כי יש OFTM סיכוי performancדואר של 25%, ואילו T-המבוך יש ביצועי סיכוי של 50%. שנית, חולדה יכולה להפוך רק באחת משתי דרכים בT-המבוך, אך בלתי מוגבלת אפשרויות מסלול בעת הניווט בOFTM. שלישית, בניגוד למשימות מבוך המים של מוריס ובארנס המבוך (שיש לי אפשרויות בלתי מוגבלת כמו מסלול OFTM), ניסויים באמצעות OFTM אינם דורשים חולדות כדי לנווט מצב מרתיע. החולדות הן motived כדי לנווט במבוך מוריס המים לברוח השחייה במים והם מוטיבציה כדי לנווט במבוך בארנס להימנע מלהיות בסביבה פתוחה, מוארת. הוכח כי חשיפה למבוך מוריס המים או בארנס מבוך גורם לשחרור של הורמון לחץ (כלומר, corticosterone) במכרסמים 10. עם זאת, חולדות לנווט בOFTM כי הם מונעים למצוא גמול מזון ואימונים מתבצעים עם תאורה מפוזרת עמומה. לפיכך, OFTM היא משימת תיאבון שאינו מרתיעה. תוצאות מניסויים המשתמשים מ 'מלחיץהפרדיגמה Aze לבחון את ההשפעות של מניפולציות כגון סמים, הורמון, פעילות גופנית, תזונה או על מנגנוני למידה וזיכרון יכול להיות קשה לפרש, כי "מתח", על ידי עצמו, עשוי להשפיע על תפקוד הקוגניטיבי 11.

Protocol

פרוטוקול זה אושר על ידי ועדת הטיפול ושימוש בבעלי חיים המוסדיים של אוניברסיטת ניופורט כריסטופר. 1. בנייה של מכשירי OFTM לבנות קיר הגבול (40 סנטימטר וקוטר 183 סנטימטרים) משלוש חתיכות של רבד הלבן. לבנ…

Representative Results

תוצאות הנציג המתוארות כאן כבר פורסמו בעבר בנוירוביולוגיה של למידה וזיכרון, Elsevier 2. בניסוי זה OFTM שימש כדי לבדוק את ההשפעות של טיפולי אסטרדיול כרוניים ורכיבה על אופניים ובבמקומה בSprague-Dawley חולדות נקבות למידה-תגובה (250-300 G; N = 48). היו שתי סיבות חשובות לכך OFTM שימש לנהל א…

Discussion

פרדיגמות רבות ניתן להשתמש כדי לחקור את למידה וזיכרון במכרסמים, וכל אחד יש צעדים חשובים שהנסיינים צריכים לעקוב. בOFTM, חשוב שתנאי מבוך (למשל, עמדתו של מבוך, התוך ורמזים נוסף מבוך, תאורה עמומה ורמת רעש רקע, הזמן יומי של אימונים) נשמרות קבועים לאורך כל תקופת הניסוי. זה ג…

Divulgations

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

The authors would like to thank Christopher Newport University for funding the preparation of this manuscript and The University of Vermont for funding the experiments described in the representative results section.

Materials

OFTM construction supplies
Safety Glasses, Clear, Uncoated Grainger 4EY97 Used for general eye protection during maze construction
Masking Tape, Beige, 18mm x 55m Grainger 15F739 General supply
Wiss All-purpose Scissor Home Depot  37103278647 General supply
Lancaster  6 foot Round Folding table – Heavy Duty white granite plastic – 29"  www.webstaurantstore.com 384YCZ72RND Used as base of the maze
Laminate Countertop sheet in White Matte Finish (48 x 96 x 0.039) Home Depot  1573603504896 Used as walls for the maze
Laminate Countertop sheet in Black Matte Finish (48 x 96 x 0.039) Home Depot  1595603504896 Used as floor of the maze
Adhesive, Spray, 24oz, 17.6oz Net. 3M Grainger 3MA16 Used to adhere the laminate floor to the table top and pieces of laminate to each other
16.6 oz #90 hi-strength S Lowe's 193252 Used to adhere the laminate floor to the table top
Superflex RTV, Silicone Adhesive Sealant, Loctile VWR 300040-068 Used to seal around the baze (between the floor and walls of the maze)
Industrial Sealant; 10.1oz Grainger 4UH06 Used to seal around the baze (between the floor and walls of the maze)
Painter's Masking Tape; Shurtape; 2in x 60yd Grainger 6FET7 Used to mark out visual patterns on maze walls
Mini/Trim paint tray ACE Hardware 1365105 Used to hold paint 
Foam mini roller 4" 6pk ACE Hardware 1494871 Used for painting patterns 
Val Sample Set Nbase paint ACE Hardware 1505031 Used as paint for pattern on the walls of the maze
HP Paint Black Walmart 72450405005 Used to paint pattern on the walls of the maze
Brush Walmart 81773801110 Used to paint pattern on the walls of the maze
Duct Tape, 2in X 60yd, 10.5mil. Black Grainger 15F767 Used to wrap the exterior of the maze
4X4 8ft PT pine Vinyl-CTD Post W/Cap Home Depot  40933070541 Used to build towers for the maze
20 gram Pro Super Glue Lowe's 125870 Used to glue tower tops, towers to the floor of the maze and food cups to the tower tops
Bead Containers 9 – 1/2 Michaels 652695766978 Used as food cups on top of towers
Spray Paint, Black, 12oz Grainger 6KP22 Used to paint food cups & covers
Room prepration
Conair SU1W Sound Machine; 10 Sounds Home Depot  204493600 Used for background noise
Lamp Walmart 5027698392 Used for dim lighting of maze room
ES 14W DayLight Spiral Bulb 4pk Home Depot  762148208433 Used for dim lighting of maze room
Shower Curtain Walmart 3429910901 Used for separation between the maze and the experimenter
Curtain Rod Bed Bath & Beyond 76598645104 Used for separation between the maze and the experimenter
Froot Loops Cereal Walmart 3800039122 Used as reward
Recording equipment
Media Recorder 3: 4 video Noldus NMR4-0200 Used to record training trials
Monochrome GigE Camera Noldus XCFW-BG62 Used to record training trials
Precision M4800 Laptop Dell N/A Used to run video software

References

  1. Luine, V., et al. Repeated stress causes reversible impairments of spatial memory performance. Brain Res. 639 (1), 167-170 (1994).
  2. Lipatova, O., et al. Effects of continuous vs. cycling estrogen replacement on the acquisition, retention and expression of place- and response-learning in the open-field tower maze. Neurobiol Learn Mem. 114, 81-89 (2014).
  3. Packard, M. G., McGaugh, J. L. Double dissociation of fornix and caudate nucleus lesions on acquisition of two water maze tasks: further evidence for multiple memory systems. Behav Neurosci. 106 (3), 439-446 (1992).
  4. Packard, M. G., McGaugh, J. L. Inactivation of hippocampus or caudate nucleus with lidocaine differentially affects expression of place and response learning. Neurobiol Learn Mem. 65 (1), 65-72 (1996).
  5. Poldrack, R. A., Packard, M. G. Competition among multiple memory systems: converging evidence from animal and human brain studies. Neuropsychologia. 41 (3), 245-251 (2003).
  6. Quinlan, M. G., Hussain, D., Brake, W. G. Use of cognitive strategies in rats: the role of estradiol and its interaction with dopamine. Horm Behav. 53 (1), 185-191 (2008).
  7. Korol, D. L. Role of estrogen in balancing contributions from multiple memory systems. Neurobiol Learn Mem. 82, 309-323 (2004).
  8. Cole, M. R., Clipperton, A., Walt, C. Place versus response learning in rats. Learn Behav. 35 (4), 214-224 (2007).
  9. Prut, L., Belzung, C. The open field as a paradigm to measure the effects of drugs on anxiety-like behaviors: a review. Eur J Pharmaco. 463 (1-3), 3-33 (2003).
  10. Harrison, F. E., Hosseini, A. H., McDonald, M. P. Endogenous anxiety and stress responses in water maze and Barnes maze spatial memory tasks. Behav Brain Res. 198 (1), 247-251 (2009).
  11. Bowman, R. E., Beck, K. D., Luine, V. N. Chronic stress effects on memory: sex differences in performance and monoaminergic activity. Horm Behav. 43 (1), 48-59 (2003).
  12. Lunga, P., Herbert, J. 17Beta-oestradiol modulates glucocorticoid, neural and behavioural adaptations to repeated restraint stress in female rats. J Neuroendocrinol. 16 (9), 776-7785 (2004).
  13. Newhouse, P. A., et al. Estrogen treatment impairs cognitive performance after psychosocial stress and monoamine depletion in postmenopausal women. Menopause. 17 (4), 860-873 (2010).
  14. Lipatova, O., Toufexis, D. J. Estrogen enhances the retention of spatial reference memory in the open field tower task, but disrupts the expression of spatial memory following a novel start position. Neurobiol Learn Mem. 99, 50-58 (2012).
  15. Lipatova, O., et al. Recency-to-primacy shift in cue competition. J Exp Psychol Anim Behav Process. 32 (4), 396-406 (2006).
  16. De La Casa, L. G., Timberlake, W. Effects of preexposure and retention interval placement on latent inhibition and perceptual learning in a choice-maze discrimination task. Learn Behav. 34 (2), 193-201 (2006).
  17. Liang, K. C., et al. Buspirone impaired acquisition and retention in avoidance tasks: involvement of the hippocampus. Chin J Physiol. 41 (1), 33-44 (1998).
  18. Gisquet-Verrier, P., Alexinsky, T. Does contextual change determine long-term forgetting. Animal Learning and Behavior. 14 (4), 349-358 (1986).
  19. Gisquet-Verrier, P., et al. Exposure to retrieval cues improves retention performance and induces changes in ACTH and corticosterone release. Psychoneuroendocrinology. 29 (4), 529-556 (2004).
  20. Packard, M. G., Hirsh, R., White, N. M. Differential effects of fornix and caudate nucleus lesions on two radial maze tasks: evidence for multiple memory systems. J Neurosci. 9 (5), 1465-1472 (1989).
  21. Devan, B. D., McDonald, R. J., White, N. M. Effects of medial and lateral caudate-putamen lesions on place- and cue-guided behaviors in the water maze: relation to thigmotaxis. Behav Brain Res. 100 (1-2), 5-14 (1999).

Play Video

Citer Cet Article
Lipatova, O., Campolattaro, M. M., Toufexis, D. J., Mabry, E. A. Place and Response Learning in the Open-field Tower Maze. J. Vis. Exp. (104), e53227, doi:10.3791/53227 (2015).

View Video