Этот протокол описывает поведенческие анализа, основанный на лабиринт тест Барнс, учиться как инстинктивное оборонительные действия изменяются путем знания пространственной среды.
Эволюция выбрала репертуар оборонительного поведения, которые необходимы для выживания во всех видов животных. Эти поведения часто стереотипные действия в ответ на врожденной отрицательной сензорных стимулах, но их успех требует достаточно гибкости для адаптации в различных пространственных сред, которые могут быстро меняться. Здесь мы описываем поведенческих пробирного оценить влияние пространственного знаний оборонительного поведения у мышей. Мы адаптировали широко используемых Барнс лабиринт пространственной памяти пробирного расследовать как мыши перемещаться в приют во время побега ответы на врожденной отрицательной сензорных стимулах в новой среде, и как они приспосабливаются к острой изменения в окружающей среде. Этот новый assay является этологическая парадигмы, которая не требует подготовки и эксплуатирует природные исследования моделей и навигации стратегии в мышей. Мы предлагаем набор протоколов, описанные здесь являются мощным средством изучения целенаправленное поведение и стимул срабатывает навигации, которая должна представлять интерес для обоих полях инстинктивного поведения и пространственной памяти.
Инстинктивное оборонительного поведения во многом считаются жестко стимул ответы, такие как C-начало движения у рыб и земноводных, который перемещает животное от источника угрозы1. Однако оборонительного поведения может быть более адаптивной, если они гибко учитывать информацию узнал о текущей среде. Одним из примеров такой гибкости является переход от побега для замораживания показано грызунами, когда сталкиваются с угрозой, в зависимости от предварительного знания о наличии или отсутствии приют в среду2,3. Другие примеры гибкости в врожденное поведение включают адаптации порог начала рейса или бежать скорость в зависимости от расстояния между жертвой и его укрытие4, расстояние до угрозы5,6и предыдущий опыт 11 , 12, а также выбор различных оборонительных стратегий в зависимости от сенсорных свойств отрицательной стимул7, или даже подавление оборонительное поведение перед лицом конкурирующих мотивы таких голода8, 9,10. Зависимость выбора действий на приобретенные знания о пространственной характеристики окружающей среды делает инстинктивное оборонительного поведения в мышах мощную модель для изучения выбора цели, пространственной памяти и навигации. Здесь мы описываем адаптации часто используемые задачи поведенческих, Барнс лабиринт (БМ) пространственной памяти пробирного13, чтобы определить влияние пространственной среды на выбор оборонительные действия в мышей и их навигационной стратегии при Побег к приют.
Стандартный лабиринт Барнс, используется для изучения обучения и пространственной памяти у мышей состоит из платформы диаметр круговой ~ 90 см с 20 равноудаленных отверстия, из которых 19 являются закрытыми, и один приводит к подземном убежище, который мышь искать для того чтобы избежать открытых поле Окружающая среда платформы. Часто слабой отрицательной раздражителей (зуммер, яркий свет, Вентилятор) постоянно используются на протяжении assay отрицательной окружающей среды и таким образом содействовать вступлению в приют14. В наиболее часто используемых пробирного15,16животное имеет один судебный процесс привыкания, где она руководствуется в приют вручную экспериментатор сразу же после позиционируется на платформе. Это сопровождается приобретение 4-дневный период, где каждый день, когда мышь разрешается свободно ориентироваться в лабиринте на 3 мин, после чего она снова вручную руководствуется в приют не достичь его в период разведки. Последний этап анализа является один зонд судебного разбирательства на 5-й день (хотя долгосрочной памяти 7 дневного судебного разбирательства также часто выполняется) когда животное исследует лабиринт с все отверстия закрыты. Обучение и долгосрочной памяти количественно времени найти укрытие и тычет в неправильно отверстия в период приобретения и время, проведенное рядом закрытый приют отверстие в суде зонд. Типичные результаты показывают уменьшение количество ошибок и задержку, чтобы достичь во время приобретения жилья и доля времени, затраченного в квадранте, содержащий закрытые целевой дыра в зонд суда15выше шанс.
В то время как несколько вариантов BM assay были ранее описанных17,18,19, парадигмы, которые мы опишем здесь имеет три фундаментальных изменений от стандартного анализа. Во-первых животное осталось Исследуйте лабиринт и найти убежище на свой собственный, и тестирование проводится в том же сеансе, вскоре после того, как нашли приют, в периоды, когда животное занимается произвольное поведение. Хотя этот параметр не тест долговременной памяти расположения жилья, он предназначен для быть натуралистический сценарий, который имитирует разведки Роман территории, под угрозой хищничество. Кроме того она позволяет как животные приспосабливаются к острой изменения в окружающей среде, такие как внезапные изменения в ландшафте. Во-вторых ключевым аспектом нашего анализа является, что экспериментатор никогда не заставляет животное в или из укрытия, который может дезориентировать животного и исключить путь интеграции20 как жизнеспособной навигации стратегия21. Пути интеграции является стратегия навигации, которая использует самодвижение подсказки, например проприоцептивной и вестибулярные подсказки, вытекающих из интеграции мотор отток, чтобы обновить текущую позицию животного и перейдите к цели, которая не является возможным если Животное перевозится пассивно экспериментатора. В-третьих мы используем врожденной отрицательной визуальные22 и слуховой23 раздражители вызывают побег приют, который легко отличить от текущих пищевое поведение и позволяет оценки и количественного определения навигации конкретных стратегий, используемых во время обороны от неминуемой угрозы. Мы предлагаем что этот assay будет полезным для рассечения роль пространственной памяти в выборе и осуществлении оборонительного поведения, и более вообще более широкого изучения целенаправленной навигации и краткосрочных пространственной памяти. Протоколы, описанные здесь были введены Вале и др. в 2017 году, на который мы ссылаемся читателей для более углубленного обсуждения обоснование экспериментов и результаты.
Анализы, которые мы опишем здесь технически просты для выполнения, и за исключением платформы вращения экспериментов, могут быть легко реализованы в стандартной Барнс лабиринт. Тем не менее, могут возникнуть несколько осложнений: с одной стороны, мышь может показаться боится ввода жилья, которое может из-за укрытия не будучи достаточно очищенной или сушеная. С другой стороны мышь может остаться внутри укрытия для очень длительного времени. Это важно для этих экспериментов, что животных никогда не удаляются из укрытия вручную, поскольку это может нарушить пути интеграции, а также бедствия животных и изменить их реакции на угрозу. Мы предлагаем прекращения эксперимент после 90 мин и переаттестации после 48 ч при необходимости. Другим соответствующим практическим соображением является, что когда мышь исследует края платформы, он не может обнаружить визуальные раздражители если его голова угловой через край, и поэтому мы рекомендуем, удержание раздражителей в таких ситуациях. Кроме того мышь может спрыгнуть вниз платформы в редких случаях. Мы предлагаем, закончившийся эксперимент и переаттестации после 48 ч. мышей, которые активно оставляют платформы раз, вероятно, сделать это снова в будущем и может быть исключены из сферы исследования. Наконец из нашего опыта, большинство мышей будут реагировать визуальный раздражитель (34/36 мышей). Однако если мышь не показывают какой-либо ответ на визуальный раздражитель (старт-рефлекс, рейса или замораживания ответ), они должны исключаться из этого исследования.
Важный момент, чтобы рассмотреть является контроль сенсорные сигналы обычно является проблемой в пространственной памяти анализов, как часто трудно устранить все возможные источники загрязнения сигналы. Наши экспериментальные установки снижает внешние визуальные подсказки, вокруг лабиринта с стеной, и она размещается внутри шкаф звук увлажнения для звуковой изоляции. Чтобы свести к минимуму обонятельные сигналы, мы рекомендуем, тщательной очистки установки с 70% этанол или уксусной кислоты между экспериментов.
Наши поведенческие пробирного добавляет предыдущие методы для изучения26 пространственной навигации с помощью инстинктивное оборонительного поведения для зонда пространственной памяти и упором на этологическая сценариев. Критическое различие между процедурами, описанные здесь и стандартного анализа BM является отсутствие учебных занятий. В нашем анализов в период привыкания гарантирует, что мыши посещений жилья по крайней мере один раз и часто много больше раз, которые мы ранее показали, чтобы быть достаточно, чтобы запомнить расположение жилья2. Мы считаем, что важной причиной для высокий уровень успеха и точность в поиске жилья, несмотря на отсутствие профессиональной подготовки вытесняя никогда не пассивно животного во время эксперимента, таким образом делая путь интеграции стратегии жизнеспособной навигации. Однако мы отмечаем, что наши пробирного сделок с памятью формируется и оценке в течение одной сессии, и что мы не испытали для долговременной памяти нахождения жилья, которое обычно является целью стандартных экспериментов BM. Наконец, с помощью дискретных врожденной отрицательной стимулы, а не часто используемые вентилятора или шум для продолжительности сессии, наши пробирного обеспечивает очень хорошо экспериментальный контроль на двух поведения, которые могут использовать различные навигационные стратегии: нагула и жилье направленных побег. Мы считаем, что использование этих анализов в сочетании с современной неврологии методов для записи и манипулирования нервная деятельность может обеспечить важную информацию как нейронных цепей вычислить поведение.
The authors have nothing to disclose.
Эта работа финансировалась Уэллком траст Королевского общества Генри Дейл стипендий (098400/Z/12/Z), Совет медицинских исследований (СМИ) предоставить MC-вверх-1201/1 Уэллком траст и Гэтсби благотворительного фонда SWC стипендии (т.б.), MRC PhD стипендии (д.е. и Р.В) и Boehringer Ingelheim Fonds PhD стипендии (до Р.В). Мы благодарим Kostas Betsios для программирования данных приобретения программного обеспечения, ЛКМ, механические и электрические семинары для создания экспериментальной Арена.
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 | – |