ومزدوجة-H المتاهة: اختبار السلوكي قوية للتعلم والذاكرة في القوارض
概要
The goal of this protocol is to investigate spatial cognition in rodents. The double-H water maze is a novel test, which is particularly useful to elucidate the different components of learning, consolidation and memory, as well as the interplay of memory systems.
Abstract
بحث الإدراك المكاني في القوارض توظف عادة استخدام المهام المتاهة، والتي تختلف من متاهة إلى أخرى الصفات. هذه المهام تختلف من المرونة السلوكية والمطلوبة مدة الذاكرة، وعدد من الأهداف والممرات، وكذلك تعقيد مهمة بشكل عام. وهناك ميزة الخلط في كثير من هذه المهام هي عدم وجود رقابة على الاستراتيجية المستخدمة من قبل القوارض للوصول إلى الهدف، على سبيل المثال، غيري التركيز (الإجرائية) استراتيجيات (التقريرية مثل) أو أناني القائمة. المزدوج H المتاهة هي المياه الهروب مهمة ذاكرة الرواية التي تتناول هذه القضية، من خلال السماح للالمجرب لتوجيه النوع من الاستراتيجية المستفادة خلال فترة التدريب. المزدوج H متاهة هو جهاز شفاف، والذي يتألف من حواري المركزي مع جاحظ ثلاثة الأسلحة على كلا الجانبين، جنبا إلى جنب مع منصة الهروب المغمورة في أقصى من واحدة من هذه الأسلحة.
يمكن تدريب الفئران باستخدام استراتيجية غيري التركيز بالتناوب الواحدموقف الفن في متاهات بطريقة لا يمكن التنبؤ بها (انظر البروتوكول 1؛ §4.7)، مما يتطلب منهم لمعرفة مكان وجود منصة على أساس العظة allothetic المتاحة. بدلا من ذلك، استراتيجية التعلم أناني (بروتوكول 2؛ §4.8) يمكن استخدامها عن طريق الإفراج عن الفئران من نفس الموقف خلال كل محاكمة، حتى تعلم نمط الإجرائية اللازمة للوصول إلى الهدف. وقد ثبت هذه المهمة للسماح لتشكيل آثار الذاكرة مستقرة.
يمكن سبر الذاكرة بعد فترة التدريب في محاكمة التحقيق المضللة، التي الموقف المبدئي لالمناوبين الفئران. بعد نموذج التعلم أناني، يلجأ الفئران عادة إلى استراتيجية تستند إلى غيري التركيز، ولكن فقط عندما عرض أولي على العظة خارج المتاهة يختلف بشكل ملحوظ من مركزها الأصلي. ومناسبة بشكل مثالي لاستكشاف هذه المهمة آثار المخدرات / اضطرابات على غيري التركيز / أداء الذاكرة أناني، وكذلك التفاعلات بين عشرجنوب شرقي أنظمة الذاكرة اثنين.
Introduction
في الحيوانات، وتوسط التعلم بشكل أساسي من قبل أنظمة الذاكرة hippocampal- والقائم على العقدة المخططة 1،2، التي تلعب الأدوار المركزية بشأن مكان-والإجرائية الذاكرة، على التوالي. العلاقة بين هذين النظامين معقدة، وأنها تعرف أن تتفاعل مع بعضها البعض بطرق تعاونية أو تنافسية 1،3. وبالإضافة إلى ذلك، فقد أظهرت الدراسات أن تأثير أي من هذه الأنظمة الذاكرة على سلوك الحيوان يمكن أن تزيد بعد غياب أو الضرر من نظام آخر 4-7. وترتبط كل من هذه الأنظمة إلى قشرة الفص الجبهي عبر المهاد.
اضطرابات عصبية عديدة وأمراض الاعصاب يمكن أن تؤثر على الإدراك المكاني في البشر، والتي تعتمد على التفاعل بين أنظمة الذاكرة الإجرائية والتقريرية. ومن الأمثلة على ذلك مرض باركنسون (PD)، مرض هنتنغتون (HD) 10/08، ومرض الزهايمر (AD) 14/11، وكذلكالتصلب الضموري الجانبي (ALS) 15. النماذج الحيوانية، والتي هي ذات الصلة لهذه الاضطرابات يمكن أن يتسبب من خلال مختلف العلاجات التي تمنع مستقبلات معينة 16، وكذلك من خلال الآفات المستهدفة. عندما تستخدم هذه الحيوانات مع مهام الذاكرة المكانية، وهي معلومات قيمة يمكن الحصول عليها في الآليات الكامنة المتعلقة بهذه الاضطرابات، فضلا عن خيارات العلاج المختلفة.
هناك العديد من أنواع مختلفة من المهام المتعلقة بالذاكرة المكانية في القوارض، والتي تم تصميمها بشكل جماعي لتقييم جوانب محددة من التعلم والذاكرة، فضلا عن آثار العلاجات المحتملة للاضطرابات المختلفة 17،18. هذه المهام يمكن تمييزها من قبل عدد من الأهداف والممرات، ودرجة من المرونة السلوكية في حل هذه المهمة، ومدة الذاكرة أو تأخير، وكذلك اختيار الاستراتيجية المستخدمة في حل هذه المهمة. ويمكن الحصول على أداء جيد على أساس العظة الخارجية أو المعالم التي تستخدم لتوجيهالحيوان لتحقيق هدف (استراتيجية غيري التركيز أو مكان). بدلا من ذلك، القوارض قد وضع استراتيجية والتي تقوم على الاتجاه جسدي والعظة فيما يتعلق الاتجاه للتحرك في (استراتيجية أناني أو الإجرائية)، على سبيل المثال، إذا كان الجرذ يعرف أن الهدف هو واحد يسارا تليها يمينا واحدة ، ثم ليست هناك حاجة كبيرة لاستراتيجية غيري التركيز أو مكان. المهام متاهة غالبا ما تختلف بناء على درجة من المرونة المقدمة للالقوارض في حلها. على سبيل المثال، في المياه متاهة موريس، وهو نسخة الجاف من الأخير (على سبيل المثال، 19) أو المتاهة بارنز (على سبيل المثال، 20)، وهناك طرق لا حصر لها يمكن أن تكون الفئران يمكن أن تتخذ للوصول الى الهدف. في المياه متاهة موريس، على سبيل المثال، موقع الهدف يمكن استخلاصها بناء على المعالم الخارجية أو العظة (استراتيجية غيري التركيز) أو ببساطة عن طريق السباحة في دوائر نحو المركز حتى يتم العثور على منصة (استراتيجية أناني) 21. مهام معينة لها أهداف متعددةوعلى درجة عالية من المرونة، مثل المهام الميدانية مخروط 22 أو شعاعي أولتون في المتاهة 23. في الطرف الآخر من المقياس هي المهام التي توفر مرونة محدودة في الوصول إلى الهدف، على سبيل المثال، المتاهة حجر، أو النسخة بالتناوب من T-المتاهة. توفر هذه المهام واحد فقط الطريقة الصحيحة للوصول إلى الهدف، وتسهل ظهور الروتينية المعرفية التي تخضع بشكل أساسي من قبل نظام الذاكرة الإجرائية على أساس العقدة المخططة.
المزدوج H المتاهة هي المكاني جهاز اختبار الذاكرة الرواية، والذي تم تصميمه للسماح للمجرب لتوجيه نوع من الاستراتيجية التي يتم استخلاصه من قبل القوارض في حل هذه المهمة 24. تتكون من ثلاثة المدى الأسلحة موازية يقطعها زقاق المركزي عمودي، المزدوج H متاهة مهمة المياه الهروب التي القوارض تعلم للوصول إلى منصة الهروب التي هي مغمورة في أحد المواقع المتاهة. خلال التدريب، ووضع استراتيجية إجرائية يمكن تطويرها من خلال الحفاظ على رانه يبدأ نفسها ومواقع هدف طوال الوقت. بدلا من ذلك، يمكن وضع استراتيجية غيري التركيز بالتناوب موقع البدء في ترتيب عشوائي، مما يتطلب الفئران لمعرفة مكان وجود منصة خفية بناء على الأدلة البيئية كما يجب عليها أن تفعله في متاهة مائية. هذا يتغلب على عقبة موجودة في العديد من المهام متاهات المختلفة، والتي المجرب لديه إلا القليل من السيطرة على نوع من الاستراتيجية التي القوارض الاستفادة منها. وهذا أمر مهم عند النظر أن آثار بعض المرشحين المخدرات تعزيز الإدراك تعتمد على النظام مكان الذاكرة القائمة على قرن آمون، وبالتالي فإن ظهور الروتينية أو الإجراءات المعرفية قد تربك تفسير الملاحظات السلوكية عند الحيوانات، على سبيل المثال التحول من غيري التركيز إلى الذاكرة الإجرائية أثناء التدريب. وبالمثل، قد يكون مطلوبا لتقييم آثار الأدوية والعلاجات في الذاكرة الإجرائية، من دون تأثير الذاكرة على أساس مكان غيري التركيز. وأخيرا، وهذا الجهازيمكن استخدامها لدراسة التفاعلات التعاونية أو المنافسة بين هذه النظم الذاكرة، والظروف التي القوارض قد التحول من نظام إلى آخر.
Protocol
Representative Results
Discussion
تعليقات على تصميم وتحليل دراسة
منذ بدايته، وقد استخدمت المزدوج H المتاهة في عدد من التجارب السلوكية في الفئران، التي تم تصميمها بشكل جماعي لدراسة الردود أناني و / أو غيري التركيز في الفئران تحت العادي 24،25 وغيرت 26-29 الدو?…
開示
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
وأيد هذا العمل من قبل جامعة ستراسبورغ وNeurex-علم الأعصاب شبكة الراين العليا (بعد الدكتوراه الزمالة إلى RP) وBrainLinks-BrainTools الكتلة التميز الممول من المؤسسة الألمانية للبحوث (DFG، منح عدد EXC 1086). نشكر ناديا مارتيني للحصول على المساعدة الفنية للخبراء.
Materials
| Rats or Mice | Charles River | ||
| Towels for drying | University Hospital | 1 / animal | |
| Water | ~200 L / day | ||
| Skim milk powder | Grocery store | 250 g / 200 L water | |
| Garden Hose | Hardware store | ||
| Drying rack for towels | Hardware store | ||
| Kinect camera | Kinect | ||
| PC computer | any | ||
| [header] | |||
| Double H Maze, (plexiglass) (Custom-Built) | |||
| External lateral walls, 1600 × 350 × 6 mm | 2 | ||
| Internal lateral walls, 706 × 350 × 6 mm | 8 | ||
| Central corridor panels, 500 × 350 × 6 mm | 4 | ||
| Arm extremities, 188 × 350 × 6 mm | 6 | ||
| Guillotine doors, 187 × 350 × 6 mm | 3 | ||
| Extremity covers, 200 × 250 mm | 6 | ||
| Crossbars, 200 × 40 mm | 6 | ||
| [header] | |||
| Double-H Maze Platform (to be ballasted) | Double-H Maze Platform (to be ballasted) (Custom-Built) | ||
| Metal platform, 100 mm diameter × 150 mm | 2 | ||
| Platform cover, 100 mm diameter × 6mm | 2 |
参考文献
- Izquierdo, I., et al. The connection between the hippocampal and the striatal memory systems of the brain: a review of recent findings. Neurotoxicity Research. 10 (2), 113-121 (2006).
- Albouy, G., et al. Both the hippocampus and striatum are involved in consolidation of motor sequence memory. Neuron. 58 (2), 261-272 (2008).
- Albouy, G., et al. Interaction between Hippocampal and Striatal Systems Predicts Subsequent Consolidation of Motor Sequence Memory. Plos One. 8 (3), (2013).
- Chang, Q., Gold, P. E. Intra-hippocampal lidocaine injections impair acquisition of a place task and facilitate acquisition of a response task in rats. Behav Brain Res. 144 (1-2), 19-24 (2003).
- McDonald, R. J., Hong, N. S., Devan, B. D. The challenges of understanding mammalian cognition and memory-based behaviours: an interactive learning and memory systems approach. Neurosci Biobehav Rev. 28 (7), 719-745 (2004).
- Packard, M. G. Anxiety cognition, and habit: a multiple memory systems perspective. Brain Res. 1293, 121-128 (2009).
- 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).
- Lawrence, A. D., et al. Executive and mnemonic functions in early Huntington’s disease. Brain. 119 (Pt 5), 1633-1645 (1996).
- Lawrence, A. D., Watkins, L. H., Sahakian, B. J., Hodges, J. R., Robbins, T. W. Visual object and visuospatial cognition in Huntington’s disease: implications for information processing in corticostriatal circuits. Brain. 123 (Pt 7), 1349-1364 (2000).
- Walker, F. O. Huntington’s disease. Lancet. 369 (9557), 218-228 (2007).
- Cushman, L. A., Stein, K., Duffy, C. J. Detecting navigational deficits in cognitive aging and Alzheimer disease using virtual reality). Neurology. 71 (12), 888-895 (2008).
- Liu, L., Gauthier, L., Gauthier, S. Spatial disorientation in persons with early senile dementia of the Alzheimer type. A`m J Occup Ther. 45 (1), 67-74 (1991).
- Mapstone, M., Steffenella, T. M., Duffy, C. J. A visuospatial variant of mild cognitive impairment: getting lost between aging and AD. Neurology. 60 (5), 802-808 (2003).
- Vliet, E. C., et al. The neuropsychological profiles of mild Alzheimer’s disease and questionable dementia as compared to age-related cognitive decline. J Int Neuropsychol Soc. 9 (5), 720-732 (2003).
- Hanagasi, H. A., et al. Cognitive impairment in amyotrophic lateral sclerosis: evidence from neuropsychological investigation and event-related potentials. Brain Res Cogn Brain Res. 14 (2), 234-244 (2002).
- Robbins, T. W., Murphy, E. R. Behavioural pharmacology: 40+ years of progress, with a focus on glutamate receptors and cognition. Trends Pharmacol Sci. 27 (3), 141-148 (2006).
- Paul, C. M., Magda, G., Abel, S. Spatial memory: Theoretical basis and comparative review on experimental methods in rodents. Behav Brain Res. 203 (2), 151-164 (2009).
- Hodges, H. Maze procedures: the radial-arm and water maze compared. Brain Res Cogn Brain Res. 3 (3-4), 167-181 (1996).
- Kesner, R. P., Farnsworth, G., Kametani, H. Role of parietal cortex and hippocampus in representing spatial information. Cereb Cortex. 1 (5), 367-373 (1991).
- Barnes, C. A. Memory deficits associated with senescence: a neurophysiological and behavioral study in the rat. J Comp Physiol Psychol. 93 (1), 74-104 (1979).
- Whishaw, I. Q., Cassel, J. C., Jarrad, L. E. Rats with fimbria-fornix lesions display a place response in a swimming pool: a dissociation between getting there and knowing where. J Neurosci. 15 (8), 5779-5788 (1995).
- Staay, F. J., Raaijmakers, W. G., Lammers, A. J., Tonnaer, J. A. Selective fimbria lesions impair acquisition of working and reference memory of rats in a complex spatial discrimination task. Behav Brain Res. 32 (2), 151-161 (1989).
- Olton, R. S., Samuelson, R. J. Remembrance of places past: Spatial memory in rats. J Exp Psych. 2 (2), 97-116 (1976).
- Pol-Bodetto, S., et al. The double-H maze test, a novel, simple, water-escape memory task: acquisition, recall of recent and remote memory, and effects of systemic muscarinic or NMDA receptor blockade during training. Behav Brain Res. 218 (1), 138-151 (2011).
- Cassel, R., Kelche, C., Lecourtier, L., Cassel, J. -. C. The match/mismatch of visuo-spatial cues between acquisition and retrieval contexts influences the expression of response vs. place memory in rats. Behavioural Brain Research. 230 (2), 333-342 (2012).
- Schumacher, A., de Vasconcelos, A. P., Lecourtier, L., Moser, A., Cassel, J. C. Electrical high frequency stimulation in the dorsal striatum: Effects on response learning and on GABA levels in rats. Behavioural Brain Research. 222 (2), 368-374 (2011).
- Lecourtier, L., et al. Intact neurobehavioral development and dramatic impairments of procedural-like memory following neonatal ventral hippocampal lesion in rats. 神経科学. 207, 110-123 (2012).
- Kirch, R. D., et al. Early deficits in declarative and procedural memory dependent behavioral function in a transgenic rat model of Huntington’s disease. Behav Brain Res. 239, 15-26 (2013).
- Cholvin, T., et al. The ventral midline thalamus contributes to strategy shifting in a memory task requiring both prefrontal cortical and hippocampal functions. J Neurosci. 33 (20), 8772-8783 (2013).
- Hooge, R., De Deyn, P. P. Applications of the Morris water maze in the study of learning and memory. Brain Res Brain Res Rev. 36 (1), 60-90 (2001).
