Plaats en Response Leren in de Open-veld Toren Maze
Summary
De Open-veld Tower Maze (OFTM) is een doolhof gemaakt om de gedrags-en neurale mechanismen van ruimtelijke leren (bv, plaats- of de reactie-learning) bij ratten te bestuderen. Dit labyrint is vooral nuttig voor onderzoekers die willen een niet-stressvolle doolhof paradigma om ruimtelijke leren onderzoeken hun onderzoek.
Abstract
Dit protocol beschrijft hoe de Open-veld Tower Maze (OFTM) paradigma wordt gebruikt om de ruimtelijke leren studeren in knaagdieren. Dit doolhof is vooral handig voor het onderzoeken hoe ratten leren om een plaats- of de reactie-learning te gebruiken om succesvol te navigeren in een open veld arena. Bovendien, dit protocol beschrijft hoe de OFTM verschilt van andere gedragsproblemen doolhof paradigma's die vaak worden gebruikt om de ruimtelijke leren studeren in knaagdieren. De in dit artikel beschreven OFTM werd aangepast van de ene eerder beschreven door Cole, Clipperton en Walt (2007). Met name de OFTM werd opgericht om de ruimtelijke leren in knaagdieren te testen zonder de experimentator te hoeven nadenken over hoe 'stress' kan een rol spelen als een verstorende variabele. Experimenten hebben aangetoond dat stress staande kunnen beïnvloeden cognitieve functie 1. De representatieve resultaten sectie bevat gegevens van een experiment dat OFTM gebruikt om de effecten van estradiol behandeling op plaats- en respons onderzocht-learning in volwassen vrouwelijke Sprague Dawley ratten 2. Toekomstig onderzoek zal worden ontworpen om de rol van de hippocampus en striatum in plaats- en reactie-leren in de OFTM onderzoeken.
Introduction
De open veld tower maze (OFTM) kan worden gebruikt om de gedrags- en neurobiologische mechanismen van ruimtelijk leren bij knaagdieren onderzoeken. Belangrijk is dat de OFTM stelt onderzoekers zowel "plaatsgebonden" en "response based" leertypes bestuderen. Tijdens plaats-leren een dier navigeert door een doolhof met behulp van de ruimtelijke signalen in de omgeving (bijvoorbeeld een voedsel beloning ligt naast een lange baken). Tijdens de reactie-learning het dier maakt een bepaalde bocht respons ongeacht zijn positie ten opzichte van ruimtelijke signalen (bijvoorbeeld, maak een links of rechts aan een levensmiddel beloning te vinden). Er werd eerder gemeld dat response-learning en plaats-leren vertrouwen op twee verschillende geheugensystemen 3, 4 en het in kaart brengen van hun neurale mechanismen heeft een doorlopend wetenschappelijk streven naar 2, 5-7 geweest. Het ontwerp van de OFTM werd aangepast van de eerder beschreven 8.
Openveld paradigma (een component van de OFTM) worden gewoonlijk gebruikt om angst bij knaagdieren 9 onderzoeken. Tijdens de typische open veld angst-test ratten die meer tijd doorbrengen in het centrum van een open veld hebben minder stress en angst niveaus dan ratten die meer tijd doorbrengen in de buurt van de omtrek. In de OFTM moet een rat het midden van het labyrint invoeren om de voedselbeloning vinden. Daarom juiste navigatie in het OFTM geeft aan dat deze ratten zijn niet gestresst. Een reden waarom de ratten spanningsvrije tijdens de training is omdat in tegenstelling tot standaard open-veldtesten van angst trainen van de OFTM vereist pre-trainingsfase waarin de rat wordt vooraf blootgesteld aan het doolhof gedurende een lange periode. Bovendien, de training plaatsvindt in een slecht verlichte omgeving verder te verminderen een onzekere aspect van een open gebied dat typisch helder verlicht
Een ander uniek kenmerk van de OFTM, in vergelijking met enkele andere labyrinten, hoe leren gemeten. Onderzoekers met deMorris Water Maze of Barnes Maze meten kenmerkend leren door analyse van de snelheid en / of padlengte een rat zich naar de doellocatie bereiken. Deze afhankelijke maatregelen kunnen worden beïnvloed door niet-learning factoren, zoals veranderingen in de algemene motorische activiteit van een rat. Echter, de OFTM maatregelen leren met behulp van het percentage van de eerste keus juiste reactie van een rat maakt om het voedsel beloning te vinden. Dit afhankelijk maatregel is niet kwetsbaar voor veranderingen in de motorische prestaties en dus nauwkeuriger beoordeelt leren dan metingen van snelheid en afstand. Toch kan de onderzoeker ook meten de snelheid en de afstand van een rat reisde in de OFTM het gebruik van video tracking software.
Andere labyrint-types, zoals de T-doolhof, kan Morris Water Maze en Barnes Maze worden gebruikt plaats- en reactie-learning studie. De OFTM uniek in een paar opmerkelijke manieren. Ten eerste, de OFTM een gevoeliger assay gedrags dan de T-doolhof omdat OFTM een kans performance van 25%, terwijl de T-doolhof heeft een kans van 50% optreden. Ten tweede, kan een rat slechts draaien op twee manieren in het T-doolhof, maar heeft onbeperkte mogelijkheden route bij de navigatie naar het OFTM. Ten derde, in tegenstelling tot de Morris Water Maze en Barnes Maze taken (die onbeperkt route mogelijkheden zoals de OFTM hebben), experimenten met behulp van de OFTM niet ratten nodig om te navigeren door een aversieve situatie. Ratten zijn motived om te navigeren in de Morris Water Maze te zwemmen in water ontsnappen en ze gemotiveerd zijn om te navigeren in de Barnes Maze om te voorkomen dat in een open, helder verlichte omgeving. Het is aangetoond dat blootstelling aan de Morris Water Maze of Barnes Maze induceert de afgifte van stresshormoon (dwz corticosteron) bij knaagdieren 10. Echter, ratten navigeren in de OFTM omdat ze gemotiveerd zijn om een levensmiddel beloning te vinden en training wordt uitgevoerd met dim sfeerverlichting. Dus de OFTM een niet-aversieve appetitive taak. Resultaten van experimenten die een stressvolle m gebruikenAze paradigma de effecten van manipulaties zoals geneesmiddelen, hormonen, lichaamsbeweging of dieet op leren en geheugen mechanismen onderzocht kunnen moeilijk te interpreteren zijn vanwege "spanning", op zichzelf, kan de cognitieve functie 11 beïnvloeden.
Protocol
Representative Results
Discussion
Tal van paradigma's kunnen worden gebruikt voor leren en geheugen bij knaagdieren onderzoeken, en elk heeft belangrijke stappen die onderzoekers moeten volgen. In de OFTM, is het belangrijk dat doolhof voorwaarden (bv, de positie van de doolhof, intra- en extra-doolhof signalen, weinig licht en de achtergrond geluidsniveau, dagelijkse tijd opleiding) zijn constant gedurende de looptijd van het experiment gehouden. Ook moet om stress bij personen rat minimaliseren continue prestaties in de OFTM waarborgen. S…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
The authors would like to thank Christopher Newport University for funding the preparation of this manuscript and The University of Vermont for funding the experiments described in the representative results section.
Materials
| OFTM construction supplies | |||
| Safety Glasses, Clear, Uncoated | Grainger | 4EY97 | Used for general eye protection during maze construction |
| Masking Tape, Beige, 18mm x 55m | Grainger | 15F739 | General supply |
| Wiss All-purpose Scissor | Home Depot | 37103278647 | General supply |
| Lancaster 6 foot Round Folding table – Heavy Duty white granite plastic – 29" | www.webstaurantstore.com | 384YCZ72RND | Used as base of the maze |
| Laminate Countertop sheet in White Matte Finish (48 x 96 x 0.039) | Home Depot | 1573603504896 | Used as walls for the maze |
| Laminate Countertop sheet in Black Matte Finish (48 x 96 x 0.039) | Home Depot | 1595603504896 | Used as floor of the maze |
| Adhesive, Spray, 24oz, 17.6oz Net. 3M | Grainger | 3MA16 | Used to adhere the laminate floor to the table top and pieces of laminate to each other |
| 16.6 oz #90 hi-strength S | Lowe's | 193252 | Used to adhere the laminate floor to the table top |
| Superflex RTV, Silicone Adhesive Sealant, Loctile | VWR | 300040-068 | Used to seal around the baze (between the floor and walls of the maze) |
| Industrial Sealant; 10.1oz | Grainger | 4UH06 | Used to seal around the baze (between the floor and walls of the maze) |
| Painter's Masking Tape; Shurtape; 2in x 60yd | Grainger | 6FET7 | Used to mark out visual patterns on maze walls |
| Mini/Trim paint tray | ACE Hardware | 1365105 | Used to hold paint |
| Foam mini roller 4" 6pk | ACE Hardware | 1494871 | Used for painting patterns |
| Val Sample Set Nbase paint | ACE Hardware | 1505031 | Used as paint for pattern on the walls of the maze |
| HP Paint Black | Walmart | 72450405005 | Used to paint pattern on the walls of the maze |
| Brush | Walmart | 81773801110 | Used to paint pattern on the walls of the maze |
| Duct Tape, 2in X 60yd, 10.5mil. Black | Grainger | 15F767 | Used to wrap the exterior of the maze |
| 4X4 8ft PT pine Vinyl-CTD Post W/Cap | Home Depot | 40933070541 | Used to build towers for the maze |
| 20 gram Pro Super Glue | Lowe's | 125870 | Used to glue tower tops, towers to the floor of the maze and food cups to the tower tops |
| Bead Containers 9 – 1/2 | Michaels | 652695766978 | Used as food cups on top of towers |
| Spray Paint, Black, 12oz | Grainger | 6KP22 | Used to paint food cups & covers |
| Room prepration | |||
| Conair SU1W Sound Machine; 10 Sounds | Home Depot | 204493600 | Used for background noise |
| Lamp | Walmart | 5027698392 | Used for dim lighting of maze room |
| ES 14W DayLight Spiral Bulb 4pk | Home Depot | 762148208433 | Used for dim lighting of maze room |
| Shower Curtain | Walmart | 3429910901 | Used for separation between the maze and the experimenter |
| Curtain Rod | Bed Bath & Beyond | 76598645104 | Used for separation between the maze and the experimenter |
| Froot Loops Cereal | Walmart | 3800039122 | Used as reward |
| Recording equipment | |||
| Media Recorder 3: 4 video | Noldus | NMR4-0200 | Used to record training trials |
| Monochrome GigE Camera | Noldus | XCFW-BG62 | Used to record training trials |
| Precision M4800 Laptop | Dell | N/A | Used to run video software |
Referências
- Luine, V., et al. Repeated stress causes reversible impairments of spatial memory performance. Brain Res. 639 (1), 167-170 (1994).
- Lipatova, O., et al. Effects of continuous vs. cycling estrogen replacement on the acquisition, retention and expression of place- and response-learning in the open-field tower maze. Neurobiol Learn Mem. 114, 81-89 (2014).
- Packard, M. G., McGaugh, J. L. Double dissociation of fornix and caudate nucleus lesions on acquisition of two water maze tasks: further evidence for multiple memory systems. Behav Neurosci. 106 (3), 439-446 (1992).
- 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).
- Poldrack, R. A., Packard, M. G. Competition among multiple memory systems: converging evidence from animal and human brain studies. Neuropsychologia. 41 (3), 245-251 (2003).
- Quinlan, M. G., Hussain, D., Brake, W. G. Use of cognitive strategies in rats: the role of estradiol and its interaction with dopamine. Horm Behav. 53 (1), 185-191 (2008).
- Korol, D. L. Role of estrogen in balancing contributions from multiple memory systems. Neurobiol Learn Mem. 82, 309-323 (2004).
- Cole, M. R., Clipperton, A., Walt, C. Place versus response learning in rats. Learn Behav. 35 (4), 214-224 (2007).
- Prut, L., Belzung, C. The open field as a paradigm to measure the effects of drugs on anxiety-like behaviors: a review. Eur J Pharmaco. 463 (1-3), 3-33 (2003).
- Harrison, F. E., Hosseini, A. H., McDonald, M. P. Endogenous anxiety and stress responses in water maze and Barnes maze spatial memory tasks. Behav Brain Res. 198 (1), 247-251 (2009).
- Bowman, R. E., Beck, K. D., Luine, V. N. Chronic stress effects on memory: sex differences in performance and monoaminergic activity. Horm Behav. 43 (1), 48-59 (2003).
- Lunga, P., Herbert, J. 17Beta-oestradiol modulates glucocorticoid, neural and behavioural adaptations to repeated restraint stress in female rats. J Neuroendocrinol. 16 (9), 776-7785 (2004).
- Newhouse, P. A., et al. Estrogen treatment impairs cognitive performance after psychosocial stress and monoamine depletion in postmenopausal women. Menopause. 17 (4), 860-873 (2010).
- Lipatova, O., Toufexis, D. J. Estrogen enhances the retention of spatial reference memory in the open field tower task, but disrupts the expression of spatial memory following a novel start position. Neurobiol Learn Mem. 99, 50-58 (2012).
- Lipatova, O., et al. Recency-to-primacy shift in cue competition. J Exp Psychol Anim Behav Process. 32 (4), 396-406 (2006).
- De La Casa, L. G., Timberlake, W. Effects of preexposure and retention interval placement on latent inhibition and perceptual learning in a choice-maze discrimination task. Learn Behav. 34 (2), 193-201 (2006).
- Liang, K. C., et al. Buspirone impaired acquisition and retention in avoidance tasks: involvement of the hippocampus. Chin J Physiol. 41 (1), 33-44 (1998).
- Gisquet-Verrier, P., Alexinsky, T. Does contextual change determine long-term forgetting. Animal Learning and Behavior. 14 (4), 349-358 (1986).
- Gisquet-Verrier, P., et al. Exposure to retrieval cues improves retention performance and induces changes in ACTH and corticosterone release. Psychoneuroendocrinology. 29 (4), 529-556 (2004).
- Packard, M. G., Hirsh, R., White, N. M. Differential effects of fornix and caudate nucleus lesions on two radial maze tasks: evidence for multiple memory systems. J Neurosci. 9 (5), 1465-1472 (1989).
- Devan, B. D., McDonald, R. J., White, N. M. Effects of medial and lateral caudate-putamen lesions on place- and cue-guided behaviors in the water maze: relation to thigmotaxis. Behav Brain Res. 100 (1-2), 5-14 (1999).
