Использование модифицированных t-лабиринту для оценки результатов функциональных памяти после остановки сердца
Summary
Этот протокол описывает использование модифицированных t-лабиринту для оценки функциональных обучения и памяти в асфиксии сердца индуцированной ишемии головного мозга.
Abstract
Фон: Оценки легкой до умеренных когнитивных нарушений в модели глобальной церебральной ишемии (т.е. инфаркт миокарда) может быть затруднено из-за плохого передвижения после операции. Например крыс, которые проходят хирургических процедур и подвергаются лабиринт Морриса воды может не быть в состоянии плавать, таким образом мочеиспускания эксперимент.
Новый метод: Мы создали изменение поведенческих спонтанное чередование t-лабиринту испытания. Основным преимуществом измененного Протокола t-лабиринту является его относительно простой дизайн, что является достаточно мощным, чтобы оценить функциональное обучение и память после ишемии. Кроме того анализ данных прост и понятен. Мы использовали t-лабиринту для определения дефицита обучения и памяти крыс как в присутствии или отсутствии легкой до умеренной (6 мин), asphyxial инфаркт миокарда (ACA). Крысы имеют естественную склонность для разведки и будет изучать альтернативные оружия в t-лабиринту, тогда как гиппокампа пораженного крыс, как правило, принимают сторону предпочтение, в результате чего снижение спонтанной чередование соотношениях, раскрывая гиппокампа связаны функциональные обучения и памяти в наличие или отсутствие ACA.
Результаты: Академика группы имеют более высокие коэффициенты стороне предпочтения и Нижняя изменения по сравнению с контролем.
Сравнение с существующими метод(ы): Моррис воды и Барнс лабиринт более заметным для оценки функции обучения и памяти. Однако лабиринт Морриса воды более стрессовым, чем другие лабиринтов. Барнс лабиринт широко используется для измерения памяти ссылку (долгосрочные), в то время как ACA-индуцированной нейрокогнитивный дефицит более тесно связаны с рабочей памяти (краткосрочные).
Выводы: Мы разработали простую, но эффективную стратегию разграничить рабочие (краткосрочные) памятью через t-лабиринту в нашей модели глобальной церебральной ишемии (ACA).
Introduction
По данным Американской ассоциации сердца (2017), сердца (CA)-индуцированного смертности происходит каждые четыре минуты и влияет на более чем 400 000 человек в год в Соединенных Штатах1. Это хорошо документированы, что CA может вызвать повреждения нейронов мозга вследствие недостаточно крови перфузии2,3,4. CA-индуцированной мозговой травмы происходит в регионе ишемии чувствительных СА1 гиппокампа5,6,7, затрагивающих нейронов, которые имеют решающее значение для обучения и памяти8,9, 10,,1112. Кроме того Потеря плотности дендритных позвоночника, при ишемическом условиях в гиппокампе (т.е. CA1 нейронов), играет важную роль в пространственной памяти обесценения13,14,15. Из-за этих патологических изменений после CA, поведенческие расстройства, такие как: тревога, депрессия, посттравматического стрессового расстройства и потеря памяти более распространены. Несмотря на достижения в области медицинских технологий (т.е. эффективный амбулаторного обслуживания), которые коррелируют с улучшение выживаемости CA, большая часть нейропротекторной лечения (за исключением гипотермия) не в состоянии улучшить функциональных результатов после CA16 ,17. CA выживших обычно имеют плохое качество жизни и обременены дополнительных медицинских расходов16.
Когнитивной оценки для церебральной ишемии через поведенческие тесты важно определить эффективность обоих наркотиков и в конечном итоге разработать успешные клинические испытания. В 1940 году Эдвард Толман разработан первый судебный процесс поведение для изучения на основе гиппокампа пространственной памяти18. Впоследствии различных лабиринтов (т.е. Моррис воды лабиринт, радиальные лабиринте, T или Y-лабиринт и Барнс лабиринт) были разработаны для оценки гиппокампа пространственного обучения и памяти в крыс19,20,21,22 ,23. Одним из более широко используемых поведенческих теста является Моррис воды лабиринт, который исследует пространственные обучения и памяти в крыса модели24. Однако лабиринт Морриса воды требует крыса плавать и приложить полный двигательной функции и управления. Для экспериментов ишемии как модель asphyxial инфаркт миокарда (ACA, крысы модель CA) для получения жизненно кровяного давления, газов крови и внедрение различных наркотиков необходимы катетеризации бедренной артерии/вен. Так как катетеризации бедренной артерии/вен может ингибировать ноги мобильности рендеринга крыс способность правильно плавать, лабиринт Морриса воды не может быть наиболее подходящим для тестирования когнитивные расстройства под ACA.
Лабиринт Барнс является широко используемым поведенческих тест для изучения пространственного обучения и памяти в грызунов моделей. Барнс лабиринт не требует напряжения полной двигательные функции и контроля и таким образом менее напряженный, чем лабиринт Моррис воды. В прошлом мы проводили эксперименты с использованием Барнс лабиринт для определения, если различия функционального обучения и памяти происходят между управления или обманом против ACA-индуцированной крыс. Данные получены для Барнс лабиринт не имеют резолюции для тестирования когнитивные расстройства, после легкой до умеренной ACA, с тем, что Барнс лабиринт широко используется для измерения ссылку (долгосрочные) памяти25,26, в то время как ACA-индуцированной нейрокогнитивный дефицит более тесно связана с работы (краткосрочные) памяти27,28,,2930 о том, что Барнс лабиринт менее жизнеспособным для оценки функции памяти в нашем ACA модели.
Таким образом, мы разработали изменение t-лабиринту с помощью спонтанное чередование теста для оценки работы (краткосрочные) памяти после ACA. Изменение t-лабиринту спонтанное чередование тест основным преимуществом является его простоте и минимальным стрессом на крысах по сравнению с другими поведенческие тесты с тем, что изменение t-лабиринту не требует предварительного обучения животных, как хорошо как тяжелых вычислительных анализ или суб подпрограмм (то есть, видео изображений крысы), требуемые Моррис воды лабиринт и Барнс лабиринт. Здесь мы покажем, что измененное испытание спонтанное чередование t-лабиринту является простой и еще высокоэффективных поведенческих пробную парадигмы, которая может предложить достаточно резолюции точно определять и оценивать гиппокампа функция заболеваний, которые вызывают краткосрочные потери памяти (т.е. ACA).
Protocol
Representative Results
Discussion
В настоящем исследовании по сравнению с диаконом и Роулинз протокол31были внесены изменения. 3D-принтер использовался для построения t-лабиринту. 3D-печать обеспечивает доступным и экономически эффективные альтернативы коммерциализированной t-лабиринту. Чтобы уменьшить бе?…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Эта работа была поддержана на национальных институтов из здравоохранения/Национальный институт от неврологических расстройств и инсульта Грант 1R01NS096225-01A1, Американская ассоциация сердца предоставляет AHA-13SDG1395001413, Ана 17GRNT33660336, Ана 17POST33660174, Луизиана Государственный университет Грант в помощи исследовательский совет, Малкольм Feist сердечно-сосудистых исследований братство и Институт мозга Макнайта Эвелин ф.
Materials
| 3D Printer | MakerBot | Replicator | Fifth generation |
| 3D Printer Filament | Hatchbox | PLA, 1.75 mm filament diameter | |
| 200 Proof Pure Ethanol | Koptec | V1005SG | |
| Sani-Chips | PJ Murphy-Forest Products | Size: 8 to 20 mesh; 2.2 cubic foot/package; autoclavable bags | |
| Rat | Charles River Laboratories | Sprague-Dawley | |
| Vecuronium bromide | Sun Pharmaceutical | 47335-931-40 | 10 mg |
| Epinephrine | Par Pharmaceutical | 42023-103-01 | Adrenalin Chloride Solution 1 mg/mL, 1:1000 |
| Buprenorphine Hydrochloride Injection | Pfizer | 00409-2012-32 | 0.3mg/mL |
| SketchUp | Trimble Inc. | 3D modeling software | |
| VentElite Small Animal Ventilator | Harvard Apparatus | 55-7040 | Animals raging in size from mouse to guinea pig (10g to 1kg) |
| PowerLab 8/35 | Adinstruments | PL3508 | 8 analog input channels – 4 of which can be used in differential mode. |
| Bio Amps | Adinstruments | FE132 | The Bio Amp is a galvanically isolated, high-performance differential bio amplifier optimized for the measurement of a wide variety of biological signals such as ECG, EMG and EEG recordings. |
| Quad Bridge Amp | Adinstruments | FE224 | A four-channel, non-isolated bridge amplifier designed to allow the PowerLab to connect to most DC bridge transducers. |
| LabChart 8 | Adinstruments | ||
| ABL80 FLEX CO-OX blood gas analyzer | Radiometer | pH / p CO2 / p O2 | |
| SURFLO Teflon I.V. Catheter | Terumo | sc-361556 | Only use the flexible thin wall catheter (49-mm long) |
| Pipet/Infusion Needle | Hamilton | 7748-03 | 17-gauge; 93-mm long; 10-degree angle |
| Classic T3 Vaporizer | SurgiVet | VCT302 | Classic T3 Isoflurane Funnel Fill |
| ENVIRO-PURE Charcoal Canister | SurgiVet | 32373B10 | Designed to absorb waste anesthetic gas |
| O2 single flowmeter | SurgiVet | 32375B1 | 0-1000 mL |
| N2O Flowmeter | VetEquip | 401721 | 0-4LPM |
| Clay Adams Intramedic Luer-Stub Adapter (Sterile) | Becton Dickinson | 427565 | 23 gauge |
| Micro Forceps | Black and Black surgical | B3FRC-18 RM-8 | 7 1/4" (18 cm), 8mm RH, counterweight w/ guide pin 2mm, platform 6 x .3 mm, curved. |
| Halstead Mosquito Forceps | Roboz | RS-7111 | Curved; 5" Length, 1.3 mm tip diameter, 2.1 mm jaw width |
| Mixter Forceps | Roboz | RS-7291 | 5.25" Curved Extra Delicate, 1.1 mm tips |
| Castroviejo Micro Dissecting Spring Scissors | Roboz | RS-5650 | Straight, Sharp Points; 9 mm Cutting Edge; 0.15 mm Tip Width; 3 1/2" Overall Length |
| Mayo-Stille Scissors | Roboz | RS-6891 | 5.5" Round Curved |
| Dumont #5 Forceps | Roboz | RS-5058 | 45 Deg Dumoxel Tip Size .10 x .06 mm |
| Olsen-Hegar Combination Scissor And Needle Holder | Roboz | RS-7884 | Cross Serration Tip; 5.5" Length |
| Moloney Forceps | Roboz | RS-8254 | Serrated; Slight Curve; 4.5" Length |
Referências
- Writing Group, M., et al. Heart Disease and Stroke Statistics-2016 Update: A Report From the American Heart Association. Circulation. 133, e38-e360 (2016).
- Beuret, P., et al. Cardiac arrest: prognostic factors and outcome at one year. Resuscitation. 25, 171-179 (1993).
- Kim, Y. J., et al. Long-term neurological outcomes in patients after out-of-hospital cardiac arrest. Resuscitation. 101, 1-5 (2016).
- Earnest, M. P., Yarnell, P. R., Merrill, S. L., Knapp, G. L. Long-term survival and neurologic status after resuscitation from out-of-hospital cardiac arrest. Neurology. 30, 1298-1302 (1980).
- Cerchiari, E. L., Safar, P., Klein, E., Cantadore, R., Pinsky, M. Cardiovascular function and neurologic outcome after cardiac arrest in dogs. The cardiovascular post-resuscitation syndrome. Resuscitation. 25, 9-33 (1993).
- Petito, C. K., Feldmann, E., Pulsinelli, W. A., Plum, F. Delayed hippocampal damage in humans following cardiorespiratory arrest. Neurology. 37, 1281-1286 (1987).
- Schmidt-Kastner, R., Freund, T. F. Selective vulnerability of the hippocampus in brain ischemia. Neurociência. 40, 599-636 (1991).
- Corkin, S. What’s new with the amnesic patient H.M.?. Nat Rev Neurosci. 3, 153-160 (2002).
- Scoville, W. B., Milner, B. Loss of recent memory after bilateral hippocampal lesions. 1957. J Neuropsychiatry Clin Neurosci. 12, 103-113 (2000).
- Smith, T. D., Calhoun, M. E., Rapp, P. R. Circuit and morphological specificity of synaptic change in the aged hippocampal formation. Neurobiol Aging. 20, 357-358 (1999).
- Gage, F. H., Dunnett, S. B., Bjorklund, A. Spatial learning and motor deficits in aged rats. Neurobiol Aging. 5, 43-48 (1984).
- Tulving, E., Markowitsch, H. J. Episodic and declarative memory: role of the hippocampus. Hippocampus. 8, 198-204 (1998).
- Neigh, G. N., et al. Cardiac arrest with cardiopulmonary resuscitation reduces dendritic spine density in CA1 pyramidal cells and selectively alters acquisition of spatial memory. Eur J Neurosci. 20, 1865-1872 (2004).
- Volpe, B. T., Davis, H. P., Towle, A., Dunlap, W. P. Loss of hippocampal CA1 pyramidal neurons correlates with memory impairment in rats with ischemic or neurotoxin lesions. Behav Neurosci. 106, 457-464 (1992).
- Astur, R. S., Taylor, L. B., Mamelak, A. N., Philpott, L., Sutherland, R. J. Humans with hippocampus damage display severe spatial memory impairments in a virtual Morris water task. Behav Brain Res. 132, 77-84 (2002).
- Lee, R. H., et al. Fatty acid methyl esters as a potential therapy against cerebral ischemia. OCL. 23, D108 (2016).
- Lee, R. H., Porto, L. F., et al. Chapter 1. Palmitic acid: occurrence, biochemistry and health effects. , 1-15 (2014).
- Tolman, E. C., Gleitman, H. Studies in spatial learning; place and response learning under different degrees of motivation. J Exp Psychol. 39, 653-659 (1949).
- Koopmans, G., Blokland, A., van Nieuwenhuijzen, P., Prickaerts, J. Assessment of spatial learning abilities of mice in a new circular maze. Physiol Behav. 79, 683-693 (2003).
- Barnes, C. A. Memory deficits associated with senescence: a neurophysiological and behavioral study in the rat. J Comp Psychol. 93, 74-104 (1979).
- Paul, C. M., Magda, G., Abel, S. Spatial memory: Theoretical basis and comparative review on experimental methods in rodents. Behav Brain Res. 203, 151-164 (2009).
- Vorhees, C. V., Williams, M. T. Assessing spatial learning and memory in rodents. ILAR J. 55, 310-332 (2014).
- Sharma, S., Rakoczy, S., Brown-Borg, H. Assessment of spatial memory in mice. Life Sci. 87, 521-536 (2010).
- Poon, T. P., et al. Spinal cord toxoplasma lesion in AIDS: MR findings. J Comput Assist Tomogr. 16, 817-819 (1992).
- Sunyer, B., Patil, S., Höger, H., Lubec, G. Barnes maze, a useful task to assess spatial reference memory in the mice. Nat Protoc. 390, (2007).
- Shoji, H., Hagihara, H., Takao, K., Hattori, S., Miyakawa, T. T-maze forced alternation and left-right discrimination tasks for assessing working and reference memory in mice. J Vis Exp. , (2012).
- Seeger, T., et al. M2 muscarinic acetylcholine receptor knock-out mice show deficits in behavioral flexibility, working memory, and hippocampal plasticity. J Neurosci. 24, 10117-10127 (2004).
- Olton, D. S., Feustle, W. A. Hippocampal function required for nonspatial working memory. Exp Brain Res. 41, 380-389 (1981).
- Hayashida, K., et al. Hydrogen inhalation during normoxic resuscitation improves neurological outcome in a rat model of cardiac arrest independently of targeted temperature management. Circulation. 130, 2173-2180 (2014).
- Dember, W. N., Richman, C. L. . Spontaneous alternation behavior. , (1989).
- Deacon, R. M., Rawlins, J. N. T-maze alternation in the rodent. Nature protocols. 1, 7-12 (2006).
- Wong, K. V., Hernandez, A. A review of additive manufacturing. ISRN Mechanical Engineering. 2012, (2012).
- Lin, H. W., et al. Derangements of post-ischemic cerebral blood flow by protein kinase C delta. Neurociência. 171, 566-576 (2010).
- Lin, H. W., et al. Fatty acid methyl esters and Solutol HS 15 confer neuroprotection after focal and global cerebral ischemia. Transl Stroke Res. 5, 109-117 (2014).
- Lee, R. H., et al. Interruption of perivascular sympathetic nerves of cerebral arteries offers neuroprotection against ischemia. Am J Physiol Heart Circ Physiol. 312, H182-H188 (2017).
- Bali, Z. K., et al. Differential effects of alpha7 nicotinic receptor agonist PHA-543613 on spatial memory performance of rats in two distinct pharmacological dementia models. Behav Brain Res. 278, 404-410 (2015).
- McDonald, J. H. . Handbook of biological statistics. 2, (2009).
- Castellano, M. A., Diaz-Palarea, M. D., Rodriguez, M., Barroso, J. Lateralization in male rats and dopaminergic system: evidence of right-side population bias. Physiol Behav. 40, 607-612 (1987).
- Andrade, C., Alwarshetty, M., Sudha, S., Suresh Chandra, J. Effect of innate direction bias on T-maze learning in rats: implications for research. J Neurosci Methods. 110, 31-35 (2001).
