O protocolo apresentado produz um persistente conflito sensorial para experimentos vista estudar aprendizagem a longo prazo. Permanentemente usando um dispositivo fixo em suas cabeças, ratos são continuamente expostos à incompatibilidade sensorial entre visuais e vestibulares entradas ao mover-se livremente em jaulas em casa.
Protocolos de conflito sensorial a longo prazo são um valioso meio de aprendizagem motora a estudar. O protocolo apresentado produz um persistente conflito sensorial para experimentos vista estudar aprendizagem a longo prazo em ratos. Permanentemente usando um dispositivo fixado em suas cabeças, ratos são continuamente expostos à incompatibilidade sensorial entre visuais e vestibulares entradas ao mover-se livremente em jaulas em casa. Portanto, este protocolo permite facilmente o estudo do sistema visual e interações multisensorial ao longo de um período prolongado que caso contrário, não seria acessível. Além de abaixar os custos experimentais de aprendizagem sensorial a longo prazo em naturalmente, comportando-se ratos, esta abordagem acomoda a combinação de experimentos in vivo e in vitro . O exemplo relatado, vídeo-eculografia é realizada para quantificar o reflexo vestíbulo-ocular (VOR) e o reflexo optocinético (OKR) antes e depois da aprendizagem. Ratos expostos a este conflito sensorial a longo prazo entre visuais e vestibulares entradas apresentada uma forte diminuição de ganho VOR, mas exibiram poucas mudanças OKR. Passos de montagem do dispositivo, cuidado animal, detalhados e reflexas medições são relatadas por este meio.
Conflitos sensoriais, tais como os visuais, estão presentes no cotidiano, por exemplo, quando um usa óculos ou durante uma vida inteira (crescimento do desenvolvimento, alterações na acuidade sensorial, etc.). Devido a um olhar de anatomia, facilmente controladas entradas sensoriais, saídas motor quantificáveis e de métodos de quantificação precisa1, circuito bem-descrito reflexos de estabilização têm sido usados como modelos de motor de aprendizagem em muitas espécies. Nos seres humanos e macacos, a adaptação de (VOR) reflexa vestíbulo-ocular é estudada através do uso de prismas que o assunto usa-se por vários dias,2,3,4,5. Desde que o modelo de roedor permite a combinação de experimentos comportamentais e celulares, desenvolvemos um novo método para criar conflito sensorial a longo prazo em livremente, comportando-se ratos com um capacete como um dispositivo. Inspirado pela metodologia utilizada em seres humanos e macacos, o protocolo gera uma incompatibilidade entre as vestibulares e visuais entradas (ou seja, de visão-vestibular incompatibilidade, VVM) que leva a uma diminuição no ganho de VOR.
Protocolos clássicos, desencadeando uma adaptação de baixo ganho VOR em roedores consistem em girar o animal cabeça-fixo em uma plataforma giratória enquanto roda o campo visual na fase. Este paradigma cria um conflito visão-vestibular, o que torna o VOR contraproducente. Protocolos de adaptação a longo prazo consistem em uma iteração deste procedimento ao longo de vários dias consecutivos6,7,8. Como resultado, quando um grande grupo de animais precisa ser testado, metodologia clássica requer uma grande quantidade de tempo. Além disso, porque o animal é cabeça-fixo, a aprendizagem principalmente é limitada a uma frequência/velocidade discreta e consistem em treinamentos descontínuos interrompidos por intertrial intervalos de duração variável de6. Finalmente, protocolos clássicos usam aprendizagem passiva, como a estimulação vestibular não é ativamente gerada por movimentos de voluntariado do animal, uma situação que molda muito processamento vestibular9,10.
As restrições acima mencionadas experimentais são superadas pela metodologia inovadora apresentada. A abordagem cirúrgica necessária é simples, e os materiais utilizados estão prontamente disponíveis comercialmente. A única parte que se baseia em material mais caro é a quantificação do comportamento; no entanto, os fundamentos do protocolo podem ser utilizados para qualquer experiência, de investigações em vitro para outros estudos comportamentais da aprendizagem. Em geral, gerando uma deficiência visual temporária e um conflito de visão-vestibular durante vários dias, esta metodologia pode facilmente ser transposta para qualquer estudo em causa com perturbação sensorial ou aprendizagem motora.
A perturbação sensorial a longo prazo descrita aqui é composto por uma incompatibilidade de visão-vestibular produzida em camundongos livremente-comportar-se. Para implantar o dispositivo que ratos usam durante 14 dias, é realizada uma cirurgia simples e curta, usando um kit cirúrgico disponível comercialmente. Camundongos recuperar em menos de 1 h, a partir deste procedimento de implantação de headpost e não apresentem associados sinais de aflição dele. Posteriormente, no exemplo dado da aplicação do presente protocolo, VOR e OKR são medidos usando a técnica de vídeo-eculografia. No entanto, este protocolo de aprendizagem a longo prazo induzidas pelo dispositivo pode ser usado em uma variedade de experiências como in vitro de eletrofisiologia1, imagem neuronal e vários ensaios comportamentais. A lógica por trás do desenvolvimento desta técnica foi inspirada a metodologia baseada em prisma usada em humanos e macacos. Esta técnica, no entanto, é diferente porque isso prejudica ao invés de modifica a visão. Assim, um caso extremo de incompatibilidade de visão-vestibular constitui (em sua forma atual). Os autores acreditam que as informações técnicas fornecidas podem ser úteis para projetar uma versão prisma do dispositivo ou desenvolver dispositivos de restrição da característica específica16.
Feito de um poli de luz (0,9 g) (ácido lático) plástico, o dispositivo de cabeça foi projetado para caber a cabeça de um rato adulto jovem, permitindo que a proteção do focinho e deixando espaço suficiente lateralmente para permitir que o noivo animal. A parte dianteira deste dispositivo expõe o fim do focinho para permitir a alimentação e grooming comportamentos. O dispositivo é ligeiramente opaco, para que o animal é privado de uma visão precisa do entorno, mas ainda recebe estimulação de luminância. As listrado e sham implantações são testadas para garantir que os efeitos medidos são devidos principalmente para a visão-vestibular incompatibilidade causada pelo sinal visual durante os movimentos auto-gerada do dispositivo listrado alto contraste e não pela proprioceptiva modificação (ou seja,, o peso do dispositivo aplicado em mouse´s de cabeça e pescoço).
Experimentalmente, os ratos que usava o dispositivo listrado mostrou um significativo VOR ganham redução de 50% após o período de aprendizagem; Ainda assim, pode haver uma variabilidade inter-individual para valores de ganho absoluto. Ratos de Souza mostraram nenhum significativo VOR ganhar alterações, demonstrando assim que a redução de VOR é causada pelo conflito sensorial e não por deficiência motora. Além disso, os ratos jovens (< P26) mostrou para VOR e OKR ganham valores inferiores de animais mais velhos17. Por esse motivo, idade do animal tem que ser tidos em conta ao planejar o experimento. Finalmente, os critérios de exclusão de ratos acima mencionadas (seção 4.5) são uma etapa crucial que deve ser seguida para garantir o bem-estar, bem como estabelecer resultados fiáveis.
Uma das vantagens deste protocolo é o tempo que poupa experimentadores durante o período de aprendizagem, em comparação com outros tipos de protocolos de adaptação de VOR/OKR. Até agora, adaptação de VOR em ratos tem sido estudada por cabeça-fixação e treinamento do animal em uma rotação gira-discos6,8,18,19, que é demorada, especialmente quando um monte de animais deve ser treinados. O protocolo apresentado permite o treinamento de vários animais de uma só vez e economiza tempo. Além disso, nesses experimentos clássicos os treinamentos são normalmente limitados a 1 h por dia, deixando a longos períodos de desaprender putativo que causam adaptação ser uma alternância iterada de aprendizagem/desaprender com diferentes dinâmicas20. Aqui, a cabeça-fixação do dispositivo permite a aprendizagem ininterrupta. Outra vantagem é que, desde o período de aprendizagem é gerado em uma situação de cabeça-livre comportamento livremente, ratos são capazes de aprender através de uma gama de movimentos da cabeça naturais ativamente gerados. Nos protocolos clássicos, o animal é cabeça-corrigido enquanto passivamente sendo girado no gira-discos, para que a aprendizagem ocorre em um determinado estímulo (uma frequência, uma velocidade)21 que não reflete a variedade natural de movimentos da cabeça. É importante notar que o sistema vestibular codifica os movimentos de forma diferente quando eles são ativamente gerados pelo sujeito ou quando externamente aplicado10; assim, os mecanismos celulares desencadeados em ambas as situações também podem ser diferentes.
Em geral, a metodologia descrita é adequada para estudos in vivo/in vitro/combinada sobre adaptações sensoriais a longo prazo, ocorrendo após um conflito visual e/ou incompatibilidade de visão-vestibular em livremente se comportando ratos. Conflitos sensoriais são uma causa reconhecida de doença de movimento, que é um campo que tem atraído recentemente o uso de ratos22,23. Recentemente foi demonstrado que a adaptação de ganho, causada pelo uso deste dispositivo oferece proteção contra a doença de movimento, quando os ratos estão expostos a um estímulo provocador de15. Portanto, este protocolo pode ser usado para identificar os mecanismos celulares subjacentes a adaptação a um conflito sensorial também desenvolver tratamentos antienjôo.
The authors have nothing to disclose.
Agradecemos a Patrice Jegouzo de dispositivos de cabeça e headpost de desenvolvimento e produção. Agradecemos também P. Calvo, r. Mialot e E. Idoux por sua ajuda no desenvolvimento de versões anteriores do dispositivo e protocolo VVM.
Este trabalho foi financiado pelo Centre nacional des Etudes Spatiales, o CNRS e a Université Paris Descartes. J. C. e M. B. recebem apoio do francês ANR-13-CESA-0005-02. F. F. B. e M. B. recebem apoio do francês ANR-15-CE32-0007.
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 |