A lungo termine conflitto sensoriale a comportarsi liberamente topi
Summary
Il protocollo presentato produce un persistente conflitto sensoriale per esperimenti volti a studiare l’apprendimento a lungo termine. Da indossare permanentemente un dispositivo fisso sulle loro teste, topi sono continuamente esposti a una mancata corrispondenza sensoriale tra gli input visivi e vestibolari mentre si muove liberamente in casa gabbie.
Abstract
Protocolli di conflitto sensoriale a lungo termine sono un valido mezzo di studiare apprendimento motorio. Il protocollo presentato produce un persistente conflitto sensoriale per esperimenti volti a studiare l’apprendimento a lungo termine in topi. Permanentemente indossando un dispositivo fissato sulle loro teste, topi sono continuamente esposti a una mancata corrispondenza sensoriale tra gli input visivi e vestibolari mentre si muove liberamente in casa gabbie. Pertanto, questo protocollo consente prontamente lo studio del sistema visivo e multisensoriale interazioni su un esteso arco di tempo che non sarebbero altrimenti accessibile. Oltre ad abbassare i costi sperimentali di apprendimento a lungo termine sensoriale a comportarsi naturalmente topi, questo approccio può ospitare la combinazione di esperimenti in vivo e in vitro . Nell’esempio riportato, video-oculography viene eseguita per quantificare il riflesso vestibulo-oculare (VOR) e riflesso optocinetico (OKR) prima e dopo l’apprendimento. Topi esposti a questo conflitto sensoriale a lungo termine tra gli input visivi e vestibolari, ha presentato una forte diminuzione di guadagno VOR ma hanno esibito alcuni cambiamenti OKR. Procedura di montaggio del dispositivo, cura degli animali, dettagliata e misurazioni riflessi dichiara sono segnalati.
Introduction
Conflitti sensoriali, come quelle visive, sono presenti nella vita quotidiana, per esempio, quando uno indossa gli occhiali o durante un intero ciclo di vita (crescita inerente allo sviluppo, cambiamenti acutezza sensoriale, ecc.). A causa di uno sguardo di anatomia, facilmente controllabile input sensoriali, uscite motore quantificabili e precisa quantificazione metodi1, circuito ben descritto riflessi di stabilizzazione sono stati utilizzati come modelli di apprendimento in molte specie motorio. Negli esseri umani e scimmie, l’adattamento (VOR) riflesso vestibulo-oculare è studiato attraverso l’uso di prismi che il soggetto indossa per diversi giorni2,3,4,5. Poiché il modello di roditore consente la combinazione di esperimenti comportamentali e cellulari, abbiamo sviluppato un nuovo metodo per creare conflitto sensoriale a lungo termine in topi di agire liberamente con un casco-come il dispositivo. Ispirato dalla metodologia utilizzata negli esseri umani e scimmie, il protocollo genera una mancata corrispondenza tra gli input vestibolare e visivo (cioè, disadattamento visuo-vestibolare, VVM) che conduce ad una diminuzione in guadagno VOR.
Costituito dai protocolli classici innescando un adattamento di guadagno a VOR nei roditori l’animale testa-fisso su una piattaforma girevole di rotazione durante la rotazione del campo visivo in fase. Questo paradigma crea un conflitto visuo-vestibolare, che rende il VOR controproducente. Protocolli di adattamento a lungo termine consistono di un’iterazione di questa procedura nel corso di diversi giorni consecutivi6,7,8. Di conseguenza, quando un grande gruppo di animali deve essere testato, metodologia classica richiede una grande quantità di tempo. Inoltre, poiché l’animale è fisso in testa, l’apprendimento è per lo più limitato a una frequenza/velocità discreta e consistono di corsi di formazione discontinue interrotti da intertrial intervalli di durata variabile6. Infine, classici protocolli utilizzano apprendimento passivo, come la stimolazione vestibolare non viene attivamente generata da movimenti volontari dell’animale, una situazione che forme notevolmente l’elaborazione vestibolare9,10.
I suddetti vincoli sperimentali sono superati dalla metodologia innovativa presentata. L’approccio chirurgico richiesto è semplice, e i materiali utilizzati sono facilmente reperibili in commercio. L’unico pezzo che si basa su materiale più costoso è la quantificazione del comportamento; Ciò nonostante, i fondamenti del protocollo possono essere utilizzati per qualsiasi esperimento, dalle indagini in vitro a altri studi comportamentali dell’apprendimento. Nel complesso, generando una temporanea diminuzione visiva e un conflitto visuo-vestibolare sopra parecchi giorni, questa metodologia può facilmente essere trasposta a tutto lo studio delle perturbazioni sensoriali o di apprendimento motorio.
Protocol
Representative Results
Discussion
La perturbazione sensoriale a lungo termine qui descritta è costituito da una mancata corrispondenza visuo-vestibolari prodotta nei topi di comportarsi liberamente. Per impiantare il dispositivo che topi indossano per 14 giorni, viene eseguito un semplice e breve intervento chirurgico utilizzando un kit chirurgico disponibile in commercio. Topi di recuperare in meno di 1 h da questa procedura di impianto piastra e non mostrano associati segni di afflizione da esso. Successivamente, nel dato esempio di applicazione del presente protocollo, VOR e OKR sono misurati utilizzando la tecnica di video-oculography. Comunque, questo protocollo di apprendimento a lungo termine indotta da dispositivo potrebbe essere usato in una varietà di esperimenti come in vitro elettrofisiologia1, imaging neuronale e vari saggi comportamentali. La spiegazione razionale dietro lo sviluppo di questa tecnica è stata ispirata dalla metodologia basata su Prisma usata in esseri umani e scimmie. Questa tecnica, tuttavia, differisce perché altera piuttosto che modifica la visione. Così, essa costituisce (nella sua forma attuale) un caso estremo di mancata corrispondenza visuo-vestibolare. Gli autori ritengono che le informazioni tecniche fornite possono essere utili per progettare una Prisma-come versione del dispositivo o sviluppare ulteriormente specifica caratteristica-limitare dispositivi16.
Fatto di un poli (acido lattico) di luce (0,9 g) in plastica, il dispositivo di testa è stato progettato per posizionare la testa di un topo adulto giovane, permettendo una protezione del muso e lasciando abbastanza spazio lateralmente per consentire lo sposo animale. La parte anteriore di questo dispositivo sono esposti alla fine del muso per consentire l’alimentazione e governare i comportamenti. Il dispositivo è leggermente opaco, in modo che l’animale è privo di una visione precisa dell’ambiente circostante, ma ancora riceve una stimolazione di luminanza. Gli attecchimenti a strisce e iniezioni sham sono testati per garantire che gli effetti misurati sono dovuti principalmente per la mancata corrispondenza visuo-vestibolare causata dal segnale ad alto contrasto visivo durante i movimenti di auto-generati del dispositivo a strisce e non da propriocettiva modifica (cioè, il peso del dispositivo applicato in mouse´s testa e del collo).
Sperimentalmente, topi che indossavano il dispositivo a strisce ha mostrato un VOR significativo guadagno diminuzione del 50% dopo il periodo di apprendimento; ancora, ci può essere una variabilità inter-individuale per i valori assoluti di guadagno. Sham topi hanno mostrato nessun significativo VOR guadagno alterazioni, dimostrando così che la riduzione di VOR è causata dal conflitto sensoriale e non di danno del motore. Inoltre, topi giovani (< P26) hanno mostrato valori inferiori più vecchi animali17di guadagno VOR e OKR. Per questo motivo, età dell’animale deve essere presi in considerazione durante la pianificazione dell’esperimento. Infine, i criteri di esclusione di cui sopra topi (vedere paragrafo 4.5) sono un passo fondamentale che dovrebbe essere seguito per garantire benessere, nonché stabilire risultati affidabili.
Uno dei vantaggi di questo protocollo è il tempo che si risparmia sperimentatori durante il periodo di apprendimento, rispetto ad altri tipi di protocolli di adattamento VOR/OKR. Finora, adattamento di VOR in topi è stata studiata da testa di fissaggio e formazione l’animale un rotante giradischi6,8,18,19, che richiede tempo, soprattutto quando un sacco di animali deve essere addestrato. Il protocollo presentato consente la formazione di diversi animali in una sola volta e consente di risparmiare tempo. Inoltre, in questi esperimenti classici gli allenamenti sono in genere limitati a 1h al giorno, lasciando lunghi periodi di disimparare putativo che causano adattamento di essere iterato alternanza di apprendimento/disimparare con diverse dinamiche20. Qui, la testa-fissazione del dispositivo permette un apprendimento ininterrotto. Un altro vantaggio è che, poiché il periodo di apprendimento viene generato in una situazione senza testa liberamente si comporta, topi sono in grado di imparare attraverso una gamma di movimenti naturali della testa attivamente generati. Nei protocolli classici, l’animale è fisso in testa mentre passivamente venga ruotata sul giradischi in modo che l’apprendimento si verifica in un determinato stimolo (una frequenza, una velocità)21 che non riflette la naturale gamma di movimenti della testa. È importante notare che il sistema vestibolare codifica i movimenti in modo diverso quando vengono generati attivamente dal soggetto o quando esternamente applicato10; così, i meccanismi cellulari attivati in entrambe le situazioni possono anche differire.
Nel complesso, la metodologia descritta è adatta per lo studio combinato/in vivo/in vitro a lungo termine adattamenti sensitivi che si verificano dopo un conflitto visivo e/o la mancata corrispondenza visuo-vestibolare a comportarsi liberamente topi. I conflitti sensoriali sono una causa riconosciuta di cinetosi, che è un campo che ha recentemente attirato l’uso di topi22,23. È stato recentemente dimostrato che l’adeguamento di guadagno causato dall’uso di questo dispositivo offre una protezione contro la cinetosi quando i topi sono esposti a un provocatorio stimolo15. Quindi, questo protocollo potrebbe essere usato per identificare i meccanismi cellulari alla base di adattamento a un conflitto sensoriale così come per sviluppare trattamenti anti-cinetosi.
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Ringraziamo Patrice Jegouzo per dispositivi testa e piastra sviluppo e nella produzione. Ringraziamo anche per il loro aiuto nello sviluppo delle versioni precedenti del dispositivo e del protocollo VVM P. Calvo, r. Mialot ed E. Idoux.
Questo lavoro è stato finanziato il Centre National des Etudes Spatiales, il CNRS e l’Université Paris Descartes. J. C. e M. B. ricevere supporto dal francese ANR-13-CESA-0005-02. F. F. B. e M. B. ricevere supporto da ANR-15-CE32-0007 francese.
Materials
| 3D printer | Ulimaker, USA | S5 | |
| Blunt scissors | FST | 14079-10 | |
| Catalyst V | Sun Medical, Japan | LX22 | Parkell bio-materials, Kit n°S380 |
| Dentalon Plus | Heraeus | 37041 | |
| Eyetracking system and software | Iscan | ETN200 | |
| Green activator | Sun Medical, Japan | VE-1 | Parkell bio-materials, Kit n°S380 |
| Monomer | Sun Medical, Japan | MF-1 | Parkell bio-materials, Kit n°S380 |
| Ocrygel | TvmLab | 10779 | Ophtalmic vet ointment |
| Polymer L-type clear (cement) | Sun Medical, Japan | TT12F | Parkell bio-materials, Kit n°S380 |
| Sketchup | Trimble | 3D modeling software used for the device's ready-to-print design file | |
| Turntable | Not commercially available |
Riferimenti
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