The Double-H labirinto: una prova comportamentale robusto per l'apprendimento e la memoria nei roditori
Summary
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
Ricerca cognizione spaziale nei roditori impiega tipicamente l'uso di compiti labirinto, le cui caratteristiche variano da un labirinto all'altro. Questi compiti variano in base al loro flessibilità comportamentale e durata memoria richiesta, il numero di obiettivi e percorsi, e anche la complessità generale compito. Una caratteristica confusione in molte di queste attività è la mancanza di controllo sulla strategia adottata dai roditori per raggiungere l'obiettivo, ad esempio, allocentrica (procedurali) strategie basate (dichiarative-like) o egocentrici. Il doppio-H labirinto è un compito di memoria di acqua-escape romanzo che risolve questo problema, consentendo lo sperimentatore per dirigere il tipo di strategia appreso durante il periodo di formazione. Il doppio-H labirinto è un dispositivo trasparente, che consiste in un vicolo centrale con tre bracci sporgenti da entrambi i lati, con una piattaforma di fuga sommersa all'estremità di uno di questi bracci.
I ratti possono essere addestrati con una strategia allocentrica alternando la stposizione dell'arte nel labirinto in modo imprevedibile (vedi protocollo 1; §4.7), richiedendo così loro di conoscere la posizione della piattaforma basata sui riferimenti allothetic disponibili. In alternativa, una strategia di apprendimento egocentrica (protocollo 2; §4.8) può essere impiegato rilasciando i ratti dalla stessa posizione durante ogni prova, finché non imparano il modello procedurale necessario per raggiungere l'obiettivo. Questo compito è stato dimostrato per consentire la formazione di tracce di memoria stabili.
La memoria può essere sondato dopo il periodo di formazione in un processo sonda fuorviante, in cui la posizione di partenza per i topi alterna. A seguito di un paradigma dell'apprendimento egocentrica, ratti generalmente ricorrono ad una strategia basata allocentrica-, ma solo quando la loro vista iniziale sui riferimenti extra-labirinto si differenzia nettamente dalla loro posizione originale. Questo compito è ideale per esplorare gli effetti di farmaci / perturbazioni sulle prestazioni della memoria allocentrica / egocentrico, così come le interazioni tra °ese due sistemi di memoria.
Introduction
Negli animali, l'apprendimento è principalmente mediata dai sistemi hippocampal- e basati striatali di memoria 1,2, che svolgono un ruolo centrale per quanto riguarda posto- e procedurale memoria, rispettivamente. Il rapporto tra questi due sistemi è complessa, e sono noti per interagire tra loro in modi cooperative o competitive 1,3. Inoltre, studi hanno dimostrato che l'influenza di uno di questi sistemi di memoria sul comportamento animale può aumentare a seguito dell'assenza o danni dell'altro sistema 4-7. Entrambi questi sistemi sono collegati alla corteccia prefrontale via talamo.
Numerosi disturbi neurologici e le malattie neurodegenerative possono influenzare cognizione spaziale negli esseri umani, che si basano sull'interazione tra sistemi di memoria procedurale e dichiarativa. Gli esempi includono il morbo di Parkinson (PD), la malattia di Huntington (HD) 8-10, il morbo di Alzheimer (AD) 11-14, nonchéLa sclerosi laterale amiotrofica (SLA) 15. I modelli animali, che sono rilevanti per questi disturbi possono essere indotte attraverso vari trattamenti farmacologici che bloccano alcuni recettori 16, così come attraverso le lesioni mirate. Quando tali animali vengono utilizzati con compiti di memoria spaziale, una preziosa può essere acquisita nei meccanismi sottostanti relative a questi disturbi, nonché alle varie opzioni di trattamento.
Ci sono molti diversi tipi di compiti di memoria spaziale nei roditori, che collettivamente sono progettati per valutare gli aspetti specifici di apprendimento e memoria, nonché gli effetti di potenziali trattamenti per vari disturbi 17,18. Questi compiti possono essere distinti dal numero di obiettivi e percorsi, il grado di flessibilità comportamentale nel risolvere il compito, la durata di memoria o ritardo, così come la scelta della strategia utilizzata per risolvere il compito. Una buona prestazione possono essere acquistate in base a stimoli esterni o punti di riferimento che sono usati per orientarel'animale verso l'obiettivo (una strategia allocentrica o luogo). In alternativa, un roditore può sviluppare una strategia che si basa sulla direzione del corpo e spunti per quanto riguarda la direzione per spostarsi in (una strategia egocentrica o procedurale), ad esempio, se un topo sa che l'obiettivo è un giro sinistra seguita da una svolta a destra , allora c'è poco bisogno di una strategia allocentrico o luogo. Compiti Maze spesso variano a seconda del grado di flessibilità offerto al roditore di risolverli. Ad esempio, nel Morris water maze, una versione a secco di quest'ultimo (per esempio, 19) o il labirinto Barnes (ad esempio, 20), ci sono potenzialmente rotte infinite ratto può adottare per raggiungere l'obiettivo. Nel Morris Water Maze, ad esempio, la posizione della porta può essere appreso basato su punti di riferimento o segnali (strategia allocentrico) esterni, o semplicemente nuotare in cerchio verso il centro fino a quando la piattaforma si trova (strategia egocentrica) 21. Alcuni compiti hanno obiettivi multiplie un alto grado di flessibilità, per esempio il task cono campo 22 o radiale di Olton labirinto 23. All'altra estremità della scala sono compiti che offrono flessibilità limitata per raggiungere l'obiettivo, ad esempio, il labirinto di pietra, o la versione alternato del T-labirinto. Queste attività forniscono solo un modo corretto di raggiungere l'obiettivo e facilitano l'emergere di routine cognitive che sono principalmente disciplinate dal sistema di memoria procedurale basato striato-.
Il doppio-H labirinto è un dispositivo di test della memoria spaziale romanzo, che è stato progettato per consentire lo sperimentatore di dirigere il tipo di strategia che si impara dai roditori per risolvere il compito 24. Composto da tre bracci paralleli run intersecate da un vicolo centrale perpendicolare, la doppia H labirinto è un compito d'acqua di fuga in cui i roditori imparano a raggiungere una piattaforma di fuga che è immerso in una delle posizioni labirinto. Durante l'allenamento, una strategia processuale può essere sviluppata mantenendo tlui stesso inizio e sedi in tutto obiettivo. In alternativa, una strategia allocentrica può essere sviluppato alternando la posizione iniziale in un ordine casuale, richiedendo così il ratto di apprendere la posizione della piattaforma nascosta basato su segnali ambientali come deve fare in un labirinto acquatico. Questo risolve un ostacolo presente in molte attività labirinto differenti, in cui lo sperimentatore altrimenti ha poco controllo sul tipo di strategia che utilizzano roditori. Questo è importante se si considera che gli effetti di alcuni farmaci candidati-cognizione migliorare basano sul sistema place-memoria basata ippocampale-, così l'emergere di routine o procedure cognitive può confondere l'interpretazione delle osservazioni comportamentali quando gli animali, ad esempio passare da allocentrica alla memoria procedurale durante il corso di formazione. Allo stesso modo, può essere desiderabile per valutare gli effetti dei farmaci e trattamenti su memoria procedurale, senza l'influenza della memoria posto a base allocentrica. Infine, questo dispositivopuò essere utilizzata per studiare le interazioni cooperative o competitive tra questi sistemi di memoria, e le condizioni in cui i roditori possono passare da un sistema all'altro.
Protocol
Representative Results
Discussion
Commenti su Studio Progettazione e analisi
Fin dalla sua creazione, la doppia H labirinto è stato utilizzato in una serie di esperimenti comportamentali nei ratti, che insieme sono stati progettati per studiare le risposte egocentriche e / o allocentrica nei ratti in condizioni normali 24,25 e alterato 26-29 stati cerebrali. Gli ultimi studi includono striato stimolazione cerebrale profonda (DBS) 26, modelli animali di disturbi neurologici 27,28, cos…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Questo lavoro è stato sostenuto dall'Università di Strasburgo e Neurex-Neuroscienze Alto Reno rete (post-doc fellowship per RP) e BrainLinks-BrainTools Cluster di eccellenza finanziate dalla Fondazione di ricerca tedesco (DFG, concedere numero EXC 1086). Ringraziamo Nadja Martini per l'assistenza tecnica di esperti.
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 |
Referências
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