利用巴恩斯迷宫和困境中的破坏范式分析小鼠的空间学习和社会行为
Summary
该协议使用巴恩斯迷宫测量空间学习和记忆。一种新的遇险损伤范式被用来评估小鼠的运动活动和亲社会行为。
Abstract
巴恩斯迷宫是一个可靠的测量空间学习和记忆, 不需要食物限制或暴露在极度紧张的刺激。巴恩斯迷宫还可以评估其他鼠标行为, 如逃离迷宫平台的一般动机和探索性行为。巴恩斯迷宫可以测量基因突变或环境变量是否会影响空间记忆的获取和保留, 并提供有关小鼠所采用的搜索策略的信息。在这里, 我们使用巴恩斯迷宫来检测一个单一的发育乙醇暴露事件后, 成年小鼠的记忆缺陷。新描述的遇险破坏范式将一只雄性老鼠暴露在被困在竞技场开放中心场的一个房间里的雌性老鼠面前。它为老鼠提供了一个机会, 以社会反应被困的女性和表现亲社会的行为。遇险损伤范式也可以用来考察鼠标在新领域的行为, 并测量运动活动。巴恩斯迷宫和破坏困境协议都需要最低限度的财政投资, 测试的大部分方面都可以用普通的实验室用品构建。这些灵活且可访问的工具也可用于检测开发过程中的行为变化。
Introduction
该协议的目的是测量使用巴恩斯迷宫的小鼠的空间学习和记忆, 以及使用遇险破坏模式的社会响应和运动。常用的啮齿类动物空间学习和记忆测试包括径向臂迷宫, 它测量老鼠在多勺子装置的一个手臂中找到隐藏食物的能力, 以及莫里斯水迷宫, 它将老鼠放在一个大的浴缸或水池里,评估找到一个隐藏的水下平台所需的时间。通常情况下, 这些范例的培训跨越多个试验, 并允许通过短期和长期记忆试验测量学习获取率和保留率。
尽管无线电臂迷宫和莫里斯水迷宫是测试啮齿类动物记忆的可靠方法, 但它们给一些研究人员带来了并发症。两个迷宫使用剥夺或强烈的厌恶刺激作为增强 1。放射状手臂迷宫使用食物剥夺, 以确保老鼠有适当的动力找到食物奖励。在莫里斯水迷宫中, 强制游泳引起的压力效应可能会改变小鼠2号的结果。
巴恩斯迷宫是一个替代的空间意识任务, 需要啮齿类动物学习一个洞的位置, 以逃避明亮, 开放迷宫表面3。然后, 弱厌恶刺激 (光或声音) 被用来增加小鼠逃离平台的可能性。巴恩斯迷宫不需要食物剥夺, 所以动物的准备量比放射状手臂迷宫少。它可以使用没有冲突的研究人员谁正在调查的行为或分子与饮食, 激素调节, 或下丘脑途径。
巴恩斯迷宫也有优势比莫里斯水迷宫。它的压力比莫里斯水迷宫小, 导致小鼠4的皮质酮水平较低。此外, 它的组装要简单得多, 在测试过程和存储过程中需要的专用空间也较少。
遇险损伤试验是一个简单的两部分实验, 可以评估运动活动, 然后亲社会行为。遇险损伤法的目的是评估雄性啮齿类动物对被困雌性啮齿类动物的探索行为和社会反应能力。评估社交能力 (以及偏好社会新颖性) 的常用方法是使用 crawley 的三室社交测试, 该测试评估老鼠在靠近或远离其他老鼠5时的自由选择。
类似于克劳利的三室社交测试, 遇险测试也衡量如何在另一只老鼠面前花费时间的自由选择, 但它也为社会功能的更深层次提供了测量: 1) 在遇险损伤试验中, 被困的雌性小鼠被控制在一个开放的领域的中心, 所以男性对一个开放的领域的潜在厌恶与他的运动, 以社会探索或调查一个痛苦的女性锥形。2) 遇险破坏模型还提供了一种方法来评估亲社会和同情行为, 以回应被困的老鼠, 这在小鼠中并不经常探索。
动物移情肯定是可观察和测量的, 虽然没有多少的范式存在于这一目的。例如, 在老鼠身上, 被困的笼子伴侣可以诱发一种亲社会的动力状态, 在这种状态下, 老鼠将努力释放被困的动物。事实上, 老鼠甚至会选择在打开一个装有巧克力零食的类似容器之前帮助被困的动物, 然后进入巧克力并与新释放的老鼠分享.
小鼠的移情措施通常涉及疼痛的产生;事实上, 观察其他老鼠疼痛的老鼠自己对疼痛更敏感.约束应激是啮齿类动物特有的现象, 并与休克相结合, 以检查应激反应, 作为衡量小鼠9,10 的移情的一种尺度。
有一些伦理方面的考虑与诱发疼痛或休克, 因此需要压力诱导的替代品。我们开发了危难破坏范式, 作为在没有疼痛或休克治疗的情况下衡量同情行为的一种尺度。在我们的遇险筑鼠协议中被困的老鼠在仅仅几分钟后就显示出明显的痛苦迹象, 因为它们无法在小容器内掉头, 但它们没有受到伤害, 同时也为其他老鼠提供了应对痛苦的机会。
为了开始遇险的评估, 一只雄性老鼠被放置在一个大型的小说竞技场, 里面有一个空的小中央圆筒。探索行为记录了几分钟, 包括竞技场有多少部分被划过, 在中央空地上花费了多少时间。这种方法提供了一种快速而简单的方法来排除运动缺陷, 因为它是学习情况下的一个潜在的混合体, 需要协调运动才能成功完成。它还提供了一个基本的衡量, 以衡量对开放中心场的厌恶程度。这两种措施都可能影响巴恩斯迷宫的性能。
在最初的探索之后, 雄性被移出竞技场, 一只雌性老鼠被放置在一个封闭的、透明的中央小圆筒中 (类似于用来收集老鼠血液的圆筒)。然后, 将原来的雄性老鼠重新引入竞技场, 再次对探索行为进行评分。遇险破坏模式评估老鼠是否对基于行为模式变化的社会交往感兴趣, 当被困女性在场时 (根据在中心广场花费的时间和挖掘次数来评分), 以及鼠标对被困女性表现出亲社会行为 (根据圆筒调查的数量和与被困女性的接触事件得分)。遇险损伤试验可用于测量社会新奇的倾向 (类似于克劳利的三室社交性测试), 这取决于研究人员是否捕获了熟悉的或新颖的老鼠。
巴恩斯迷宫和遇险破坏实验结合在一起, 可以在没有极大压力的刺激下准确评估老鼠的学习能力和社会反应能力。与所有行为检测一样, 这些实验应该对动物体验非常敏感, 最大限度地减少动物所经历的不适。
与大多数迷宫一样, 运动活动的差异可能会影响巴恩斯迷宫的性能, 因此研究人员也应该评估运动活动, 特别是当使用巴恩斯迷宫评估小鼠学习的突变可能会损害运动 (如在亨廷顿病小鼠模型中发现的, 或者那些接触毒素的人, 可能会诱发多动症或延缓运动, 如乙醇)。此外, 迷宫和室内表面应彻底清洁, 并在每种动物之间更换床上用品, 以避免气味提示糖果。
重要的是, 所有材料都可以在现场制造, 只需最低限度的财务投资, 这些检测的物理足迹很小, 这意味着这些实验几乎可以在任何环境中复制, 从而具有极大的灵活性。这种无障碍环境使良好的科学能够在资源有限的较小机构或在缺乏大量支持的情况下需要迅速收集试点数据的情况下进行。
Protocol
Representative Results
Discussion
巴恩斯迷宫和遇险破坏实验是一种廉价、快速、相对简单的方法来评估小鼠的空间学习、运动活动和亲社会行为。其他优势包括动物没有明显的压力源、疼痛或食物限制。与大多数学习记忆范式一样, 巴恩斯迷宫的一个缺点是, 动物需要多少试验才能知道目标孔的位置并进入。
数据采集：
在观察鼠标在这两种范例中的活动和行为时, 应一致地收集数据。对…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
我们在汉普顿-悉尼学院感谢肖恩·沃尔登、扎克·莱特纳、亨特·李和安东·凯里亚尼参与测试巴恩斯迷宫和遇险破坏实验的协议。我们还要感谢兰道夫-麦孔学院的詹姆斯·福斯特建造了巴恩斯迷宫, 并感谢兰道夫-麦孔学院生物系提供了测试空间。
Materials
| Damsel-in-Distress | |||
| 50 mL conical tube | Fisher Scientific | 14-432-22 | Any brand of 50 mL conical tube will work |
| Rubber bands | Sprano Brand | n/a | Size 62, used to keep caps held to plywood |
| hammer | Grainger | 6R252 | Any standard hammer will work |
| nail (size 8D) | Grainger | 4NFE3 | Similarly-sized nails should work just as well |
| opaque, topless plastic box | AcmePlastics | CUT-TO-SIZE-ACRYLIC-CAST-BLACK-SHEET-2025 | Opaque plastic, cut to size (30 cm L x 19 cm W x 3-6 cm H). Step may be added to ensure no more than a 3.5 cm entrance depth for the mouse. |
| video camera (smartphone) | N/A | N/A | Any camera-equipped smartphone will work |
| bite-resistant gloves | Kent Scientific | GLVDYN02 | Any brand offering appropriate protection |
| transparency sheet | Staples | 954145 | Any brand of clear plastic sheet will work, used for scoring |
| Barnes Maze | |||
| Petri Dishes | Corning | 353025 | Spray painted and used as covers for Barnes maze holes |
| Plywood (3/4 in.) | LP Building Products | 22487 | To contruct Barnes maze |
| Spray Paint | Krylon | 1274937 | Used to paint petri dish caps black, white paint used to paint plywood |
| Cup Hooks (5/8 in.) | Ace Hardware | 5360615 | 2 used on either side of ventral hole surfaces; rubberband wraps around hooks to hold cap flat |
| Poster Board | Creatology | n/a | Used at edges of maze as extra cues |
| Light Bulbs | Phillips | n/a | 100W light bulb, used to during the trials |
| Rubber bands | Sprano Brand | n/a | Size 62, used to keep caps held to plywood |
| Ultrasonic noisemaker | Victor mini PestChaser | M753SN | Used as aversive stimuli |
Referências
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