Ce protocole décrit une analyse comportementale, basée sur le test du labyrinthe Barnes, pour étudier comment instinctive défensive actions sont modifiées par la connaissance de l’environnement spatial.
Évolution a sélectionné un répertoire de comportements défensifs qui sont essentiels pour la survie dans l’ensemble de toutes les espèces animales. Ces comportements sont souvent stéréotypés des actions a suscité en réponse à des stimuli sensoriels naturellement agressif, mais leur succès nécessite suffisamment de flexibilité pour s’adapter à différents environnements spatiaux, qui peuvent changer rapidement. Nous décrivons ici une analyse comportementale pour évaluer l’influence du savant connaissances spatiales sur les comportements de défensifs chez les souris. Nous avons adapté le test de mémoire spatiale de labyrinthe Barnes largement utilisé afin d’étudier comment les souris naviguer jusqu’à un abri lors de réponses d’évasion à des stimuli sensoriels aversifs naturellement dans un environnement nouveau, et comment ils s’adaptent aux changements aigus dans l’environnement. Cette nouvelle méthode de dosage est un paradigme éthologique qui ne nécessite pas de formation et exploite les modèles d’exploration naturelle et les stratégies de navigation chez la souris. Nous proposons que l’ensemble des protocoles décrits ici sont un puissant moyen d’étudier les comportements dirigés par objectif et déclenchés par stimulation de la navigation, qui devrait être d’intérêt pour les domaines des comportements instinctifs et mémoire spatiale.
Les comportements défensifs instinctives sont largement considérés comme câblé stimuli-réponses, comme le mouvement C-départ dans les poissons et les amphibiens, qui déplace l’animal loin d’une source de menace1. Cependant, les comportements défensifs peuvent être plus adaptatives si avec souplesse, ils prennent en considération les informations apprises sur l’environnement actuel. Un exemple de cette souplesse est le passage de l’échappement à congélation illustré par les rongeurs face à la menace, selon la connaissance préalable de la présence ou l’absence d’un abri dans le milieu2,3. D’autres exemples de souplesse dans les comportements innés incluent adapter le seuil de déclenchement de vol ou échappent de vitesse selon la distance entre une proie et son abri4, distance de menace5,6et le précédent 11 , 12, aussi bien en sélectionnant différentes stratégies défensives en fonction des propriétés sensorielles des stimulus aversif7ou même de réprimer un comportement défensif face à des motivations concurrents tels que la faim8, 9,,10. La dépendance de la sélection d’action sur les connaissances acquises sur les caractéristiques spatiales de l’environnement rend les comportements défensifs instinctives chez les souris un modèle puissant pour étudier la sélection objectif, de la mémoire spatiale et de navigation. Ici, nous décrivons l’adaptation d’une tâche de comportementale couramment utilisée, la mémoire spatiale du labyrinthe (BM) Barnes dosage13, afin de déterminer l’influence de l’environnement spatial sur la sélection d’une action défensive chez les souris et leurs stratégies de navigation lorsque s’échapper vers un refuge.
Le labyrinthe de Barnes standard utilisé pour étudier la mémoire d’apprentissage et spatiale chez les souris se compose d’une plate-forme circulaire ~ 90 cm de diamètre avec 20 trous équidistants, dont 19 sont fermées, et on conduit à un abri souterrain qui souris cherchent afin d’éviter le champ ouvert environnement de la plate-forme. Souvent, faibles stimulus aversif (avertisseur sonore, lumière vive, ventilateur) sont utilisés en permanence tout au long de l’essai à rendre l’environnement agressif et favoriser ainsi l’entrée de l’ abri14. Dans le test couramment utilisé15,16, l’animal a un essai d’accoutumance où elle est guidée vers l’abri manuellement par l’expérimentateur immédiatement après être positionnée sur la plate-forme. Ceci est suivie d’une période d’acquisition de 4 jours, où chaque jour que la souris n’est autorisée à naviguer librement dans le labyrinthe pendant 3 min, après quoi il est encore une fois guidé manuellement à l’abri si elle n’atteint pas elle au cours de la période d’exploration. La dernière étape de l’analyse est une sonde du procès le 5e jour (bien qu’une mémoire à long terme de sept jours du procès est aussi couramment effectuée) quand l’animal explore le labyrinthe avec tous les trous fermés. Mémoire d’apprentissage et à long terme sont quantifiés par le temps nécessaire pour trouver des logements et des pokes dans les mauvais trous au cours de la période d’acquisition et par le temps passé près du trou de l’abri fermé dans le procès de la sonde. Résultats typiques montrent une diminution du nombre d’erreurs et la latence pour atteindre l’abri lors de l’acquisition, et une proportion d’au-dessus-chance du temps passé dans le quadrant contenant le trou cible fermée dans le procès de sonde15.
Alors que plusieurs variantes de l’analyse de la BM ont été décrites précédemment17,18,19, le paradigme que nous décrivons ici possède trois changements fondamentaux de l’analyse standard. Tout d’abord, l’animal qui reste à explorer le labyrinthe et trouver l’abri sur son propre, et les analyses sont effectuées dans la même session, peu après que le refuge a été trouvé, pendant les périodes où l’animal est engagé dans le comportement exploratoire. Bien que ce paramètre ne teste pas la mémoire à long terme de l’emplacement de l’abri, il est conçu pour être un scénario naturaliste qui imite l’exploration du territoire roman, sous la menace de prédation. En outre, il permet de tester comment les animaux s’adaptent aux changements aigus dans l’environnement, comme des changements soudains dans le paysage. Deuxièmement, un aspect clé de notre analyse est que l’expérimentateur forces jamais l’animal dans ou hors de l’abri, ce qui peut désorienter l’animal et exclure le chemin d’intégration20 comme une stratégie de navigation viable21. Intégration de chemin d’accès est une stratégie de navigation qui utilise des repères de mouvement autonome, comme des signaux proprioceptifs et vestibulaires, découlant de l’intégration des sorties moteur, mettre à jour la position actuelle de l’animal et de naviguer vers un but, ce qui n’est pas possible si la animal est déplacé passivement par l’expérimentateur. Troisièmement, nous utilisons naturellement aversifs visuel22 et des stimuli auditifs23 pour provoquer l’évasion à l’abri, qui se distingue facilement des comportement alimentaire en cours et permet l’évaluation et la quantification des stratégies de navigation spécifiques utilisées au cours de défense contre les menaces imminentes. Nous proposons que ce test sera utile pour disséquer le rôle de la mémoire spatiale dans le choix et la mise en œuvre de comportements défensifs, et plus généralement à la plus vaste étudient de navigation ciblé et mémoire spatiale à court terme. Les protocoles décrits ici ont été introduits par Vale et al. en 2017, auquel nous renvoyons les lecteurs pour en savoir plus dans la discussion de la profondeur de la justification des expériences et des résultats.
Les essais que nous décrivons ici sont techniquement simples à effectuer, et à l’exception de la plate-forme des expériences de rotation, peut être facilement implémenté dans un labyrinthe de Barnes standard. Néanmoins, quelques complications peuvent survenir : d’une part, la souris peut sembler peur d’entrer dans l’abri, qui peut être due à l’abri n’étant pas suffisamment nettoyés ou séchées. En revanche, la souris peut rester à l’intérieur de l’abri pendant de très longues périodes. Il est essentiel pour ces expériences qu’animaux n’est jamais supprimées de l’abri manuellement, car cela peut perturber le chemin intégration ainsi que détresse des animaux et de modifier leur réponse à la menace. Nous suggérons de mettre fin à l’expérience après 90 min et un nouvel essai après 48 h si nécessaire. Une autre considération pratique pertinente, c’est que lorsque la souris enquête sur le bord de la plate-forme, il peut ne pas détecter des stimuli visuels si sa tête est positionnée sur le bord, et donc nous vous recommandons de retenir les stimuli dans de telles situations. En outre, souris risque de sauter sur la plate-forme en de rares occasions. Nous vous suggérons de mettre fin à l’expérience et un nouvel essai après 48 h. souris qui activement quittent la plate-forme une fois sont susceptibles de le faire plus tard et peuvent devoir être exclus de l’étude. Enfin, d’après notre expérience, la plupart des souris répondra au stimulus visuel (34/36 souris). Toutefois, si les souris ne présentent pas de n’importe quel type de réponse à la stimulation visuelle (un sursaut, un vol ou une réponse de congélation), ils devraient être exclus de l’étude.
Un point important à considérer est que le contrôle des signaux sensoriels est généralement un problème dans des tests de mémoire spatiale, car il est souvent difficile d’éliminer toutes les sources possibles de contamination des repères. Notre montage expérimental réduit les repères visuels externes en entourant le labyrinthe avec un mur, et il est placé dans une armoire de son amortissement pour isolation phonique. Pour minimiser les signaux olfactifs, nous recommandons de nettoyer soigneusement la mise en place avec l’éthanol à 70 % ou d’acide acétique entre les expériences.
Notre analyse comportementale ajoute aux précédentes méthodes pour étudier la navigation spatiale26 en utilisant les comportements défensifs instinctives pour sonder la mémoire spatiale et en se concentrant sur des scénarios éthologiques. Une différence essentielle entre les procédures décrites ici et le dosage standard de BM est le manque de formations. Dans nos tests, la période d’accoutumance s’assure que la souris visites l’abri au moins une fois et souvent plusieurs fois plus, dont nous avons déjà montré suffisantes mémoriser l’abri emplacement2. Nous croyons qu’une raison importante pour le taux de réussite élevé et la précision pour trouver l’abri malgré l’absence de formation n’est jamais passivement déplaçant l’animal pendant l’expérience, ce qui rend l’intégration chemin une stratégie viable de navigation. Nous notons toutefois que notre essai traite de mémoire formés et évalués au cours d’une session unique, et que nous n’avons pas testé la mémoire à long terme de l’emplacement de l’abri, qui est généralement l’objectif du standard BM expériences. Enfin, en utilisant des stimuli aversifs naturellement discrètes plutôt que le ventilateur couramment utilisé ou buzz pour la durée de la session, notre essai fournit un contrôle expérimental très bon sur deux comportements qui pourraient utiliser les stratégies de navigation différents : recherche de nourriture et axés sur l’abri évasion. Nous croyons que l’utilisation de ces tests en combinaison avec les neurosciences modernes techniques d’enregistrement et de manipulation d’activité neurale peut fournir des renseignements importants sur les circuits neuronaux comment calculer le comportement.
The authors have nothing to disclose.
Ce travail a été financé par une bourse de Dale de Henry Wellcome Trust/Royal Society (098400/Z/12/Z), un Conseil de recherches médicales (CRM) accorder MC-UP-1201/1, Wellcome Trust et Gatsby Charitable Foundation CFC Fellowship (à T.B.), bourse de doctorat de MRC (à D.E. et R.V) et une bourse de doctorat de Fonds Boehringer Ingelheim (pour R.V). Nous remercions Kostas Betsios pour programmer le logiciel d’acquisition de données, le LMB mécaniques et électriques des ateliers pour la construction de la scène expérimentale.
Infrared iluminators TV6700 | Abus | – | |
DLP projector Infocus IN3126 | Infocus | 0001740992-00000001 | |
Ultrasound speaker Pettersson L60 | Pettersson Elektronik | – | |
Amplifier QTX PRO240 | QTX | – | |
Soundcard Xonar D2 | Asus | 90-YAA021-1UAN00Z | |
HP Z840 desktop | HP | F5G73AV | |
100 micron drafting film | Xerox | 3R98145 | |
Near infrared camera: Basler acA1300-60gmNIR | Basler | 106202 | |
National Instruments BNC-2110 | National instruments | 777643-01 | |
LabVIEW 2015 64-bit | National instruments | – | |
Custom made Barnes maze | MRC Laboratory of Molecular Biology mechanical workshop | – |