Summary

ניתוח מרחבי למידה והתנהגות פרוסוציאלית בעכברים באמצעות בארנס מבוך פרדיגמות עלמה במצוקה

Published: November 17, 2018
doi:

Summary

פרוטוקול זה מודד מרחבי למידה וזיכרון באמצעות המבוך בארנס. פרדיגמה עלמה במצוקה הרומן משמשת להערכת פעילות גינקולוגיות והתנהגות פרוסוציאלית בעכברים.

Abstract

המבוך בארנס הוא מדד אמין של מרחבי למידה וזיכרון שאינה דורשת הגבלת מזון או חשיפה לגירויים מלחיצים ביותר. המבוך בארנס יכול גם להעריך התנהגויות העכבר אחרות, כגון מוטיבציה כדי להימלט מן המבוך פלטפורמה לניתוח התנהגות. המבוך בארנס יכול למדוד אם מוטציה גנטית או משתנה סביבתי יכול להשפיע על רכישה ומכירה השמירה של זיכרונות המרחבי, כמו גם לספק מידע אודות האסטרטגיה חיפוש מועסק על ידי העכברים. כאן אנו משתמשים המבוך בארנס כדי לזהות גרעון הזיכרון בעכברים מבוגרים בעקבות אירוע חשיפה אתנול התפתחותית יחיד. הפרדיגמה עלמה במצוקה שתואר לאחרונה חושף עכבר זכר נקבה לעכבר לכוד בתוך חדר בשטח הפתוח ‘ מרכז ‘ ארנה. הוא מספק הזדמנות עבור העכבר חברתית להגיב הנקבה לכוד, שהפגינו התנהגות פרוסוציאלית. הפרדיגמה עלמה במצוקה יכול לשמש גם כדי לבחון התנהגות העכבר בפעילות הרומן ארנה ולמדוד גינקולוגיות. המבוך בארנס והן את הפרוטוקולים עלמה במצוקה לדרוש השקעה פיננסית מינימלית, רוב ההיבטים של הבדיקות ניתן לבנות מהאספקה מעבדה נפוץ. כלים אלה גמישים ונגישים יכולים לשמש גם כדי לזהות שינויים התנהגותיים במהלך הפיתוח.

Introduction

המטרה של פרוטוקול זה נועד למדוד המרחבי בלמידה ובזיכרון בעכברים באמצעות מבוך בארנס, כמו גם התגובה החברתית ומכניקה באמצעות הפרדיגמה עלמה במצוקה. נפוץ מרחבי למידה וזיכרון בדיקות עבור מכרסמים כוללים את המבוך זרוע רדיאלית, אשר מודד את היכולת של עכבר למצוא סמויות למזון ביד אחת של מנגנון מולטי-spoked, מבוך מים מוריס, שממקם עכבר גדול או בריכת מים, מעריך כמה זמן לוקח למצוא פלטפורמה מוסתר מתחת למים. בדרך כלל, אימונים אלו פרדיגמות משתרע על פני מספר ניסויים ומאפשרת מדידת שניהם למידה רכישה המחירים ושמירה דרך לטווח קצר וניסויים זיכרון לטווח ארוך.

למרות רדיאלי מסעדים מבוך של מבוך המים מוריס דרכים אמין לבדוק זיכרון מכרסמים, הם מציגים סיבוכים יש חוקרים. שני מבוכי להשתמש קיפוח או גירויים aversive חזק כמו חיזוק1. מבוך זרוע רדיאלית משתמש מניעת מזון כדי להבטיח כי מכרסמים מוטיבציה למצוא גמול מזון. במבוך המים מוריס, ההשפעות של הלחץ הנגרם על ידי שחייה בכפייה עשוי לשנות תוצאות עכברים2.

המבוך בארנס הוא משימה אלטרנטיבית סדנאות והרצאות הדורשת מכרסמים ללמוד את המיקום של חור כדי לברוח מבוך בהיר, פתוח משטח3. גירוי aversive חלש (אור או קול) מוחל אז כדי להגדיל את הסבירות עכברים ימלט מן הרציף. המבוך בארנס לא דורשת מניעת מזון, אז הסכום של הכנת בעלי חיים הוא פחות מבוך זרוע רדיאלית. זה יכול לשמש ללא התנגשות על-ידי החוקרים לחקור התנהגויות או מולקולות הקשורים אכילה, ויסות הורמונלי או מסלולים ההיפותלמוס.

המבוך בארנס יש גם יתרונות על פני מבוך המים מוריס. . זה פחות מלחיצה המבוך המים מוריס, גורם רמות גבוהות פחות של corticosterone עכברים4. בנוסף, זה הרבה יותר פשוט להרכיב ודורש שטח ייעודי פחות במהלך הליך בדיקה, אחסון.

עלמה במצוקה וזמינותו היא בניסוי שני חלקים פשוט זה יכול להעריך פעילות גינקולוגיות ואחריו התנהגות פרוסוציאלית. עלמה במצוקה וזמינותו נועד להעריך התנהגויות גישוש ואת ההיענות החברתית של מכרסם זכר בתגובה מכרסם הנשי כלואה. שיטה הנפוצה להערכת גדושה (כמו גם העדפה לחדשנות חברתית) הוא השימוש של הבדיקה 3-הקאמרית גדושה של קראולי, הבודק את הבחירה החופשית של עכבר לבלות קרוב או רחוק אחרים עכברים5.

בדומה הבדיקה 3-הקאמרית גדושה של קראולי, וזמינותו עלמה במצוקה גם מודד הבחירה החופשית לגבי איך לבלות בנוכחות אחר העכבר, אבל הוא מספק גם מידות עבור היבטים עמוקים יותר של תפקוד חברתי: 1), עלמה במצוקה assay, העכבר הנשי לכוד מתקיים במרכז שדה פתוח, אז סלידה פוטנציאלי של הזכר שדה פתוח הוא מגולענים נגד את הכונן שלו מבחינה חברתית לחקור או לחקור אישה במצוקה conspecific. 2) דגם עלמה במצוקה מספק גם דרך להערכת התנהגות פרוסוציאלית אמפתי בתגובה העכבר לכוד, אשר לא היה לעתים קרובות חקר בעכברים.

אמפתיה בבעלי חיים הוא בהחלט הנצפה וניתנת למדידה, אבל לא הרבה פרדיגמות קיימות למטרה זו. לדוגמה, אצל חולדות, זוג הלכודים בכלוב יכול לגרום למצב של מוטיבציה פרוסוציאלית, איפה חולדות יפעלו כדי לשחרר את החיה לכודה. למעשה, חולדות בוחר לעזור החיה לכודה אפילו לפני פתיחת מיכל דומה המכיל חטיף שוקולד, ואז לגשת השוקולד ולשתף אותו עם עכברוש עתה פריד6.

מדדים של אמפתיה בעכברים כרוך בדרך כלל על גרימת כאב; אכן, עכברים, לצפות אחרים עכברים מכאבים רגישים יותר לכאב עצמם7,8. מתח איפוק הוא תופעה מאופיין מכרסמים, יש כבר בשילוב עם הלם כדי לבחון תגובות הלחץ, כאמצעי אחד האמפתיה עכברים9,10.

ישנם שיקולים אתיים המשויכות כאב מושרה או הלם, כך חלופות בתדר מתח נדרשים. פיתחנו את הפרדיגמה עלמה במצוקה כאמצעי של התנהגות אמפתי בהיעדרו של כאבים או טיפול בהלם. העכברים לכוד בתוך פרוטוקול עלמה במצוקה שלנו מראים סימנים עבירה של מצוקה לאחר מספר רגעים בלבד כפי שהם לא מסוגלים להסתובב בתוך המיכל קטנה, ובכל זאת הם לא נפגע תוך מתן הזדמנות עבור עכברים אחרים להגיב על המצוקה שלהם.

כדי להתחיל את ההערכה עלמה במצוקה, עכבר זכר מונחת בזירה רומן גדול המכיל גליל מרכזי ריק קטן. התנהגויות גישוש נרשמים למשך מספר דקות, כולל כמה חלקים בזירה נרשמו כמה זמן שהית ברחבה המרכזית. שיטה זו מספקת דרך מהירה וקלה כדי לשלול גירעונות גינקולוגיות בתור confounder פוטנציאלי במצב למידה הדורש תנועה מתואמת על סיומו המוצלח. הוא גם מספק מידה בסיסיות של כמה סלידה מרכז המגרש קיים. בשני אמצעים יכול להשפיע על ביצועי מבוך בארנס.

בעקבות חקר הראשונית, הזכר מוסר מן הזירה, עכבר הנשי נמצא במחלקה סגור, קטן ברור המרכזית גליל (דומה לזה המשמש לאיסוף דם של עכברים). לאחר מכן, מופיעה שוב את העכבר הזכר המקורי אל תוך הזירה, התנהגות גישוש הוא הבקיע שוב. הפרדיגמה עלמה במצוקה מעריך אם עכבר הוא מעוניין אינטראקציה חברתית המבוססת על שינויים בדפוסי התנהגות כאשר אישה לכודה קיים (שבוים על ידי time ב מרכז הריבוע ומספר פרקים לחפור), ולבדוק אם העכבר תערוכות התנהגות פרוסוציאלית כלפי הנקבה לכודה (שבוים על ידי כמות גליל חקירות ואירועים קשר עם הנקבה לכוד). עלמה במצוקה וזמינותו ניתן למדוד נטייה לחדשנות חברתית (בדומה למבחן חברותיות שלוש-הקאמרית של קראולי) בהתאם אם חוקרים מלכודת עכבר מוכר או רומן.

יחד, מבוך בארנס וניסויים עלמה במצוקה לאפשר הערכה מדויקת של העכבר תגובתיות חברתיות ויכולות למידה בהעדר גירויים מלחיץ מאוד. כמו עם כל מבחני התנהגות, ניסויים אלה צריכה להתבצע ברגישות רבה לקראת החוויה בעלי חיים, למזער את אי הנוחות מנוסים על ידי החיה.

כמו רוב מבוכים, הבדלים בפעילות גינקולוגיות עשויים להשפיע את הביצועים על המבוך בארנס, אז החוקרים צריכים גם להעריך את פעילות גינקולוגיות, במיוחד בעת שימוש המבוך בארנס להערכת למידה אצל עכברים עם מוטציות עשוי לפגום תנועה (כגון אלה שנמצאו במודלים של העכבר מחלת הנטינגטון, או אלו שנחשפו רעלנים עלולה לגרום היפראקטיביות או מפגר התנועה, כגון אתנול). בנוסף, מבוך משטחים קאמרית שצריך לנקות ביסודיות, מצעים שונה בין כל בעל חיים כדי להימנע cue הריח מבלבל.

חשוב, יכול להיות מפוברק כל החומרים באתר עם השקעה פיננסית מינימלית, טביעת רגל פיזי קטן של מבחני אלה אומר כי ניסויים אלה ניתן לשכפל כמעט בכל סביבה, המאפשרות גמישות רבה. סוג זה של נגישות מאפשרת מדע טוב שיש לבצע במוסדות קטנים יותר עם משאבים מוגבלים או במצבים איפה הטייס הנתונים צריך להיות שנאספו במהירות בהיעדר תמיכה ניכרת.

Protocol

כל השיטות המתוארות כאן אושרו על ידי טיפול בעלי חיים מוסדיים ועל שימוש הוועדה (IACUC) של המכללה האמפדן סידני או מכללת רנדולף-מייקון (איפה עבודה בעבר בוצעה). 1. יסוד לדיור של עכברים בית העכברים בכלובים פלסטיק עם ישבנים מוצקים של הצדדים, שכבה של מצעים רכים וקינון חומר כגון לגר?…

Representative Results

המבוך בארנס כדי להדגים כיצד ניתן להשתמש המבוך בארנס, חקרנו אם החשיפה אתנול מוקדם יחיד גרם לשינוי בלמידה במהלך פיתוח העכבר. C57Bl6/J עכברים הוזרק גם פתרון אתנול 2.5 g/kg (n = 8) או עם תמיסת מלח (n = 6) אחד מהשני, כמחנכת ביום 6 פעמיים, שעתיים….

Discussion

המבוך בארנס המחפשים לשלב בין טיפול אלטרנטיבי ונוחות יחסית קלה, מהירה וזולה דרכים להערכת למידה מרחבית, פעילות גינקולוגיות, והתנהגות פרוסוציאלית בעכברים הניסויים עלמה במצוקה. יתרונות נוספים כוללים העדר לחצים עבירה, כאב או הגבלת מזון לבעל החיים. כמו רוב פרדיגמות למידה/זיכרון, חיסרון של המבו…

Divulgazioni

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

אנו במכללת. סידני האמפדן נותנים אישור והערכה שון וולדן, זאק לייטנר, צייד לי של אנטון Kheirani על מעורבותם בבדיקות הפרוטוקולים עבור בארנס מבוך וניסויים עלמה במצוקה. כן נרצה להודות ג’יימס פוסטר-מכללת רנדולף-מייקון לבנייה של המבוך בארנס, רנדולף-מייקון במכללה המחלקה של הביולוגיה למתן בדיקות שטח.

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

Riferimenti

  1. Sunyer, B., Patil, S., Höger, H., Lubec, G. Barnes maze, a useful task to assess spatial reference memory in the mice. Protocol Exchange. 2007, (2016).
  2. Vorhees, V., Williams, M. T. Assessing Spatial Learning and Memory in Rodents. ILAR Journal. 55 (2), 310-332 (2014).
  3. Barnes, C. A. Memory deficits associated with senescence: A neurophysiological and behavioral study in the rat. Journal of Comparative and Physiological Psychology. 93 (1), 74-104 (1979).
  4. Harrison, F. E., Hosseini, A. H., McDonald, M. P. Endogenous anxiety and stress responses in water maze and Barnes maze spatial memory tasks. Behavioural Brain Research. 198 (1), 247-251 (2009).
  5. Silverman, J. L., Yang, M., Lord, C., Crawley, J. N. Behavioural phenotyping assays for mouse models of autism. Nature Reviews Neuroscience. 11 (7), 490 (2010).
  6. Bartal, I. B. A., Decety, J., Mason, P. Empathy and pro-social behavior in rats. Science. 334 (6061), 1427-1430 (2011).
  7. Langford, D. L., et al. Social modulation of pain as evidence for empathy in mice. Science. 312 (5782), 1967-1970 (2006).
  8. Smith, M. L., Hostetler, C. M., Heinricher, M. M., Ryabinin, A. E. Social transfer of pain in mice. Science Advances. 2 (10), e1600855 (2016).
  9. Melia, K. R., Ryabinin, A. E., Schroeder, R., Bloom, F. E., Wilson, M. C. Induction and habituation of immediate early gene expression in rat brain by acute and repeated restraint stress. Journal of Neuroscience. 14 (10), 5929-5938 (1994).
  10. Watanabe, S. Empathy and reversed empathy of stress in mice. Public Library of Science (PloS) One. 6 (8), e23357 (2011).
  11. Portfors, C. V. Types and functions of ultrasonic vocalizations in laboratory rats and mice. Journal of the American Association for Laboratory Animal Science. 46 (1), 28-34 (2007).
  12. Houlé, K., Abdi, M., Clabough, E. B. D. Acute ethanol exposure during late mouse neurodevelopment results in long term deficits in memory retrieval, but not in social responsiveness. Brain and Behavior. , (2017).
  13. Sales, G. D., Wilson, K. J., Spencer, K. E., Milligan, S. R. Environmental ultrasound in laboratories and animal houses: A possible cause for concern in the welfare and use of laboratory animals. Laboratory Animals. 22, 369-375 (1988).
  14. Crabbe, J. C., Walhsten, D., Dudek, B. C. Genetics of mouse behavior: Interactions with laboratory environment. Science. 248, 1670-1672 (1999).
  15. Attar, A., Liu, T., Chan, W. T. C., Hayes, J., Nejad, M., Lei, K., Bitan, G. A shortened Barnes maze protocol reveals memory deficits at 4-months of age in the triple-transgenic mouse model of Alzheimer’s disease. PloS One. 8 (11), (2013).
  16. Inman-Wood, S. L., Williams, M. T., Morford, L. L., Vorhees, C. V. Effects of prenatal cocaine on Morris and Barnes maze tests of spatial learning and memory in the offspring of C57BL/6J mice. Neurotoxicology and Teratology. 22 (4), 547-557 (2000).
  17. Harrison, F. E., Reiserer, R. S., Tomarken, A. J., McDonald, M. P. Spatial and nonspatial escape strategies in the Barnes maze. Learning and Memory. 13 (6), 809-819 (2006).
  18. O’Leary, T. P., Savoie, V., Brown, R. E. Learning, memory and search strategies of inbred mouse strains with different visual abilities in the Barnes maze. Behavioural Brain Research. 216 (2), 531-542 (2011).
  19. Kaidanovich-Beilin, O., Lipina, T., Vukobradovic, I., Roder, J., Woodgett, J. R. Assessment of social interaction behaviors. Journal of Visualized Experiments. 48, (2011).
check_url/it/58008?article_type=t

Play Video

Citazione di questo articolo
Ingersoll, J., Moody, M., Holland, R., Kuegler, W., Murrah Jr., C., Winslow, J., Reynolds, N., Lloyd, N., Dugan, B., Hammock, M., Houlé, K., Clabough, E. Analyzing Spatial Learning and Prosocial Behavior in Mice Using the Barnes Maze and Damsel-in-Distress Paradigms. J. Vis. Exp. (141), e58008, doi:10.3791/58008 (2018).

View Video