Analizar el aprendizaje espacial y el comportamiento Prosocial en los ratones con el laberinto de Barnes y paradigmas de la damisela en peligro
Summary
Este protocolo mide aprendizaje espacial y memoria con el laberinto de Barnes. Un nuevo paradigma de Damsel en señal de socorro se utiliza para evaluar la actividad locomotriz y conducta prosocial en ratones.
Abstract
El laberinto de Barnes es una medida confiable del aprendizaje espacial y la memoria que no requieren restricción de alimentos o la exposición a estímulos extremadamente estresantes. El laberinto de Barnes también puede evaluar otros comportamientos de ratón, como motivación general para escapar de la plataforma de laberinto y conducta exploratoria. El laberinto de Barnes puede medir Si una mutación genética o variable ambiental puede impactar la adquisición y retención de recuerdos espaciales, así como proporcionar información sobre la estrategia de búsqueda empleada por los ratones. Aquí utilizamos el laberinto de Barnes para detectar un déficit de memoria en ratones adultos después de un evento de exposición de etanol del desarrollo individual. El paradigma de damisela en peligro nuevamente descrito expone un ratón macho a un hembra ratón atrapado en una cámara en el campo abierto del centro de la arena. Proporciona una oportunidad para que el ratón para responder a la mujer atrapada socialmente y muestran un comportamiento prosocial. El paradigma del Damsel en señal de socorro puede utilizarse también para examinar el comportamiento del ratón en una novedosa actividad locomotor arena y medida. El laberinto de Barnes y los protocolos de Damsel en señal de socorro requieren mínima inversión financiera y aspectos más de las pruebas pueden construirse de fuentes comunes del laboratorio. Estas herramientas flexibles y accesibles pueden utilizarse también para detectar cambios de comportamiento a lo largo del desarrollo.
Introduction
El propósito de este protocolo es medir el aprendizaje espacial y memoria en ratones con el laberinto de Barnes como respuesta social y locomoción utilizando el paradigma de la damisela en peligro. Utilizan pruebas de aprendizaje y memoria espaciales para roedores incluyen el laberinto de brazo radial, que mide la capacidad de un ratón para encontrar comida oculta en uno de los brazos de un aparato multi-spoked, y el laberinto de agua de Morris, que coloca un ratón en una gran tina o piscina de agua y evalúa el tiempo que tarda para encontrar una plataforma oculta bajo el agua. Por lo general, entrenamiento para estos paradigmas abarca múltiples ensayos y permite la medición de ambas tasas de adquisición y retención a corto plazo y a largo plazo memoria ensayos de aprendizaje.
Aunque el laberinto de brazos radiales y laberinto acuático de Morris son maneras confiables para probar la memoria en roedores, presentan complicaciones para algunos investigadores. Ambos laberintos usan privación o fuertes estímulos aversivos como refuerzo1. El laberinto de brazos radiales utiliza la carencia de alimentos para asegurar que los roedores son adecuadamente motivados para encontrar una recompensa de comida. En el laberinto acuático de Morris, los efectos del estrés inducido por un baño forzado pueden alterar los resultados en los ratones2.
El laberinto de Barnes es una tarea de conciencia espacial alternativa que requiere de roedores aprender la posición de un agujero para escapar de la superficie brillante, abierto laberinto3. Débil estimulación aversiva (luz o sonido) se aplica para aumentar la probabilidad de que los ratones se escaparán de la plataforma. El laberinto de Barnes no requiere privación de alimentos, por lo que la cantidad de preparación animal es menos que en el laberinto radial del brazo. Puede ser utilizado sin conflicto por los investigadores que investigan conductas o moléculas asociadas con comer, regulación hormonal o vías hipotalámicas.
El laberinto de Barnes también tiene ventajas sobre el laberinto acuático de Morris. Es menos estresante que el laberinto de agua de Morris, causando niveles menos elevados de corticosterona en ratones4. Además, es mucho más simple de montar y requiere menos espacio durante el procedimiento de prueba y el almacenamiento.
El ensayo de Damsel en señal de socorro es un simple experimento de dos partes que puede evaluar actividad locomotor seguida de comportamiento prosocial. El ensayo de Damsel en señal de socorro está diseñado para evaluar comportamientos exploratorios y la sensibilidad social de un roedor macho en respuesta a un roedor hembra atrapado. Un método comúnmente utilizado para evaluar la sociabilidad (como preferencia por la novedad social) es el uso de test de sociabilidad de tres cámaras de Crawley, que valora la libre elección de un ratón para pasar cerca o lejos de otros ratones5.
Similar al test de sociabilidad de tres cámaras de Crawley, el ensayo de Damsel en señal de socorro también mide libre elección acerca de cómo pasar tiempo en la presencia de otro ratón, pero también proporciona mediciones de aspectos más profundos del funcionamiento social: 1) en el Ensayo de damisela en peligro, el ratón hembra atrapado se lleva a cabo en el centro de un campo abierto, así que aversión potencial del macho a campo abierto se enfrentó contra su unidad social explorar o investigar una angustiada mujer conespecíficos. 2) el modelo Damsel en señal de socorro también proporciona una manera de evaluar el comportamiento prosocial y empatía en respuesta al ratón atrapado, que no se ha explorado con frecuencia en los ratones.
Empatía animal es definitivamente observables y medibles, aunque no muchos paradigmas existen para este propósito. Por ejemplo, en ratas, un compañero de jaula atrapada puede inducir un estado de motivación prosocial, donde las ratas trabajará para liberar los animales atrapados. De hecho, las ratas decide ayudar al animal capturado incluso antes de abrir un recipiente similar que contenga un bocado de chocolate, luego accederás el chocolate y compartir con los recién liberados rata6.
Medidas de empatía en los ratones generalmente involucran infligir dolor; de hecho, ratones que observan a otros ratones en el dolor son más sensibles a sí mismos del dolor7,8. Sistema de seguridad para el estrés es un fenómeno caracterizado en roedores y ha sido acompañado de choque para examinar respuestas de estrés, como una medida de la empatía en ratones9,10.
Hay consideraciones éticas asociadas con dolor inducido o choque, por lo que se necesitan alternativas inductores de estrés. Hemos desarrollado el paradigma de la damisela en peligro como medida de comportamiento empático en la ausencia de dolor o tratamiento de shock. Los ratones atrapados en nuestro protocolo de Damsel en señal de socorro muestran signos manifiestos de angustia después de varios minutos como no son capaces de dar vuelta alrededor en el recipiente pequeño, sin embargo son ilesos mientras que proporciona una oportunidad para que otros ratones responder a su angustia.
Para comenzar la evaluación de la damisela en peligro, un ratón macho se coloca en una gran arena novela que contiene un pequeño cilindro central vacío. Se registran comportamientos exploratorios durante varios minutos, incluyendo cómo muchas secciones de la arena se cruzan y cuánto tiempo se gasta en el área abierta central. Este método proporciona una manera rápida y fácil para descartar déficit locomotor como un confounder potencial en una situación de aprendizaje que requiere movimiento coordinado para completar con éxito. También proporciona una medida básica de cuánto aversión a campo abierto del centro está presente. Ambas medidas podrían influir en rendimiento de laberinto de Barnes.
Tras la exploración inicial, el macho se retira de la arena y un ratón hembra se coloca en un cilindro transparente central cerrado, pequeño (similar al utilizado para recolección de sangre de los ratones). Luego, el ratón macho original es reintroducido en la arena, y conducta exploratoria se anotó otra vez. El paradigma de la damisela en peligro evalúa si un ratón está interesado en una interacción social basada en los cambios en los patrones de comportamiento cuando una mujer atrapada (marcados por el tiempo pasado en la Plaza del centro y el número de episodios de excavación) y si el ratón exhibe comportamiento prosocial hacia la mujer atrapada (marcada por la cantidad de cilindros investigaciones y eventos de contacto con la mujer atrapada). El ensayo de Damsel en señal de socorro puede ser usado para medir una propensión para la novedad social (similar al test de sociabilidad de tres cámaras de Crawley) dependiendo de si los investigadores atrapan un ratón familiar o novedoso.
Juntos, el laberinto de Barnes y los experimentos de Damsel en señal de socorro permiten la evaluación precisa del ratón las capacidades de aprendizaje y capacidad de respuesta social en ausencia de estímulos extremadamente estresantes. Como con todos los ensayos conductuales, estos experimentos deben realizarse con una gran sensibilidad hacia la experiencia animal, reduciendo al mínimo el malestar experimentado por el animal.
Como la mayoría de los laberintos, diferencias en la actividad locomotriz pueden influir desempeño en el laberinto de Barnes, por lo que los investigadores también deberían evaluar actividad locomotriz, especialmente cuando se usa el laberinto de Barnes para evaluar el aprendizaje en ratones con mutaciones que pueden afectar el movimiento (tales como ésos encontrados en modelos de ratón de la enfermedad de Huntington, o los expuestos a las toxinas que pueden producir hiperactividad o retardar el movimiento, como el etanol). Además, las superficies de laberinto y la cámara deben ser limpiadas y ropa de cama cambiado entre cada animal para evitar la señal de olor confunde.
Lo importante, todos los materiales pueden ser fabricados en sitio con mínima inversión financiera y la pequeña huella física de estos ensayos significa que estos experimentos pueden reproducirse en casi cualquier entorno, permitiendo una gran flexibilidad. Este tipo de accesibilidad permite buena ciencia a realizarse en las instituciones más pequeñas con recursos limitados o en situaciones donde piloto datos deben recogerse rápidamente en ausencia de una ayuda sustancial.
Protocol
Representative Results
Discussion
El laberinto de Barnes y los experimentos de Damsel en señal de socorro son maneras baratos, rápidos y relativamente fáciles de evaluar el aprendizaje espacial, actividad locomotriz y conducta prosocial en ratones. Otras ventajas incluyen la ausencia de factores estresantes manifiestos, el dolor o la restricción de alimento para el animal. Como la mayoría paradigmas de aprendizaje/memoria, una desventaja del laberinto de Barnes es el número de ensayos necesarios para que los animales aprender donde se encuentra el …
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Universidad de Hampden-Sydney damos reconocimiento y aprecio a Sean Walden, Zach Leitner, Hunter Lee y Anton Kheirani por su participación en las pruebas de los protocolos para el laberinto de Barnes y experimentos de la damisela en peligro. También nos gustaría agradecer a James Foster en el Randolph-Macon College por la construcción del laberinto de Barnes y del Departamento de Biología de Randolph-Macon College para proporcionar espacio de pruebas.
Materials
| Damsel-in-Distress | |||
| 50 mL conical tube | Fisher Scientific | 14-432-22 | Any brand of 50 mL conical tube will work |
| Rubber bands | Sprano Brand | n/a | Size 62, used to keep caps held to plywood |
| hammer | Grainger | 6R252 | Any standard hammer will work |
| nail (size 8D) | Grainger | 4NFE3 | Similarly-sized nails should work just as well |
| opaque, topless plastic box | AcmePlastics | CUT-TO-SIZE-ACRYLIC-CAST-BLACK-SHEET-2025 | Opaque plastic, cut to size (30 cm L x 19 cm W x 3-6 cm H). Step may be added to ensure no more than a 3.5 cm entrance depth for the mouse. |
| video camera (smartphone) | N/A | N/A | Any camera-equipped smartphone will work |
| bite-resistant gloves | Kent Scientific | GLVDYN02 | Any brand offering appropriate protection |
| transparency sheet | Staples | 954145 | Any brand of clear plastic sheet will work, used for scoring |
| Barnes Maze | |||
| Petri Dishes | Corning | 353025 | Spray painted and used as covers for Barnes maze holes |
| Plywood (3/4 in.) | LP Building Products | 22487 | To contruct Barnes maze |
| Spray Paint | Krylon | 1274937 | Used to paint petri dish caps black, white paint used to paint plywood |
| Cup Hooks (5/8 in.) | Ace Hardware | 5360615 | 2 used on either side of ventral hole surfaces; rubberband wraps around hooks to hold cap flat |
| Poster Board | Creatology | n/a | Used at edges of maze as extra cues |
| Light Bulbs | Phillips | n/a | 100W light bulb, used to during the trials |
| Rubber bands | Sprano Brand | n/a | Size 62, used to keep caps held to plywood |
| Ultrasonic noisemaker | Victor mini PestChaser | M753SN | Used as aversive stimuli |
References
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