Summary

Posizionare e risposta apprendimento nel campo aperto Torre Maze

Published: October 28, 2015
doi:

Summary

L'Open-campo di Torre Maze (OFTM) è un labirinto creato per studiare i meccanismi comportamentali e neurali di apprendimento spaziale (ad esempio, o la risposta luogo–learning) nei ratti. Questo labirinto è particolarmente utile per sperimentatori che desiderano utilizzare un paradigma labirinto non stressante per studiare l'apprendimento spaziale nella loro ricerca.

Abstract

Questo protocollo descrive come il campo aperto Torre Maze (OFTM) paradigma è usato per studiare l'apprendimento spaziale nei roditori. Questo labirinto è particolarmente utile per esaminare come i ratti imparare ad usare un posto- o una risposta-learning per navigare con successo in un'arena in campo aperto. Inoltre, questo protocollo descrive come il OFTM si differenzia da altri paradigmi labirinto comportamentali che vengono comunemente utilizzati per studiare l'apprendimento spaziale nei roditori. Il OFTM descritto in questo articolo è stato adattato da quella precedentemente descritta da Cole, Clipperton, e Walt (2007). In particolare, il OFTM è stato creato per testare l'apprendimento spaziale nei roditori, senza lo sperimentatore dover considerare come "stress" potrebbe giocare un ruolo come una variabile di confondimento. Gli esperimenti hanno dimostrato che lo stress-alone in grado di influenzare in modo significativo la funzione cognitiva 1. La sezione risultati rappresentativi contiene i dati da un esperimento che ha utilizzato il OFTM per esaminare gli effetti del trattamento estradiolo sul posto- e risposta-learning nelle donne adulte Sprague Dawley 2. Studi futuri saranno progettati per esaminare il ruolo dell'ippocampo e striato in luogo- e risposta-apprendimento nel OFTM.

Introduction

La torre a campo aperto labirinto (OFTM) può essere utilizzato per esaminare i meccanismi comportamentali e neurobiologiche di apprendimento spaziale nei roditori. È importante sottolineare che il OFTM permette ai ricercatori di studiare i due tipi di apprendimento "a base di risposta-" "place-based" e. Durante il luogo-learning un animale naviga attraverso un labirinto utilizzando gli indizi spaziali nell'ambiente circostante (ad esempio, una ricompensa alimentare si trova accanto a un faro di altezza). Durante la risposta-learning l'animale fa una risposta specifica svolta indipendentemente dalla sua posizione relativa a indizi spaziali (ad esempio, girare a sinistra oa destra per trovare una ricompensa alimentare). E 'stato precedentemente riportato che la risposta-learning e posto-apprendimento si basano su due sistemi differenti di memoria 3, 4 e mappatura dei loro meccanismi neurali è stata una continua ricerca scientifica 2, 5-7. Il disegno del OFTM è stato adattato da quello precedentemente descritto 8.

Apertoparadigmi di campo (un componente del OFTM) sono comunemente utilizzati per l'accertamento di ansia nei roditori 9. Durante le tipiche ratti prova ansia campo aperto che trascorrono più tempo al centro di un campo aperto hanno livelli di stress e ansia inferiori rispetto a ratti che trascorrono più tempo vicino al perimetro. Nel OFTM, un topo deve entrare al centro del labirinto per trovare la ricompensa cibo. Pertanto, la corretta navigazione nel OFTM indica che questi ratti sono non stressati. Una ragione per cui i ratti sono non sottolineato durante la formazione è perché a differenza di test standard in campo aperto di formazione la OFTM ansia richiede fase di pre-allenamento, durante il quale il ratto è già esposto al labirinto per un lungo periodo di tempo. Inoltre, la formazione avviene in un ambiente poco illuminato riducendo ulteriormente l'aspetto ansiogeno di un campo aperto, che è acceso tipicamente brillantemente

Un'altra caratteristica unica del OFTM, rispetto ad alcuni altri labirinti, è come l'apprendimento viene misurato. Sperimentatori che utilizzano ilMorris water maze o Barnes Maze tipicamente misurare l'apprendimento attraverso l'analisi della lunghezza di velocità e / o il percorso di un topo si sposta per raggiungere la sua posizione di destinazione. Queste misure dipendenti possono essere influenzati da fattori non-learning, come i cambiamenti di attività motoria generale di un topo. Tuttavia, le misure OFTM apprendimento con la percentuale di prima scelta risposta corretta un topo fa per trovare la ricompensa cibo. Questa misura dipendente non è vulnerabile a cambiamenti nelle prestazioni del motore e, quindi, più esattamente valuta l'apprendimento di misurazioni di velocità e distanza. Tuttavia, lo sperimentatore può anche misurare la velocità e la distanza di un topo viaggiato nel OFTM utilizzando software di monitoraggio video.

Altri labirinto-tipi, come il T-labirinto, Morris water maze e Barnes labirinto possono essere utilizzati per studiare posto- e la risposta-learning. Tuttavia, il OFTM è unico in alcuni modi di rilievo. In primo luogo, la OFTM è un test comportamentale più sensibile del T-labirinto, perché il OFTM ha la possibilità performance del 25%, mentre il T-labirinto ha una prestazione possibilità del 50%. In secondo luogo, un topo può girare solo in uno dei due modi nella T-labirinto, senza restrizioni ma ha possibilità di percorso durante la navigazione nel OFTM. In terzo luogo, a differenza dei compiti Morris water maze e Barnes Maze (che hanno illimitato possibilità di percorso, come il OFTM), esperimenti usando il OFTM non richiedono ratti di navigare attraverso una situazione avversivo. I ratti sono motived per navigare nel Morris water maze a fuggire nuoto in acqua e sono motivati ​​a navigare nel labirinto Barnes per evitare di essere in un ambiente luminose aperto. È stato dimostrato che l'esposizione alla Morris Water Maze o Barnes Maze induce il rilascio di ormone dello stress (cioè, corticosterone) nei roditori 10. Tuttavia, i ratti navigare nel OFTM perché sono motivati ​​a trovare una ricompensa alimentare e la formazione sono condotti con illuminazione ambientale fioca. Così, il OFTM è un compito appetitiva non aversive. I risultati di esperimenti che utilizzano un m stressanteAze paradigma di esaminare gli effetti delle manipolazioni, come droga, l'ormone, l'esercizio fisico, dieta o sui meccanismi di apprendimento e memoria può essere difficile da interpretare perché "stress", di per sé, può influenzare la funzione cognitiva 11.

Protocol

Questo protocollo è approvato dalla cura e l'uso degli animali Comitato Istituzionale di Christopher Newport University. 1. Costruzione dell'Apparato OFTM Costruire il muro di cinta (alta 40 cm e 183 cm di diametro) da tre pezzi di laminato bianco. Costruire il piano labirinto circolare (183 cm di diametro) da laminato nero e la colla di un tavolo di plastica. Fissare il muro di cinta al bordo del tavolo con viti e colla. Decorare la superficie interna del muro di cinta: Lasciare un…

Representative Results

I risultati rappresentativi qui descritti sono stati precedentemente pubblicati nel Neurobiologia dell'apprendimento e della memoria, Elsevier 2. In questo esperimento il OFTM è stato utilizzato per testare gli effetti dei trattamenti estradiolo cronici e in bicicletta sul posto- e la risposta-learning in femmine ratti Sprague-Dawley (250-300 g; N = 48). C'erano due importanti motivi per cui la OFTM è stato utilizzato per condurre questo esperimento. In primo luogo, estradiolo ha dimostrato di indur…

Discussion

Numerosi paradigmi possono essere utilizzati per studiare l'apprendimento e la memoria nei roditori, e ognuno ha misure importanti che sperimentatori dovrebbero seguire. Nel OFTM, è importante che le condizioni labirinto (ad esempio, la posizione di labirinto, intra ed extra-spunti labirinto, scarsa illuminazione e lo sfondo rumorosità, orario giornaliero di formazione) sono mantenute costanti per tutta la durata dell'esperimento. È inoltre necessario ridurre al minimo lo stress in soggetti ratto per…

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).

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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).

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