Analisando a aprendizagem espacial e comportamento pró-social nos ratos usando o labirinto de Barnes e paradigmas de donzela em apuros
Summary
Este protocolo mede aprendizagem espacial e memória usando o labirinto de Barnes. Um novo paradigma de donzela em apuros é usado para avaliar a atividade locomotora e comportamento pró-social em camundongos.
Abstract
O labirinto de Barnes é uma medida confiável de aprendizado espacial e memória que não necessita de restrição alimentar ou a exposição a estímulos extremamente estressantes. O labirinto de Barnes também pode avaliar outros comportamentos do mouse, como motivação geral para escapar da plataforma do labirinto e comportamento exploratório. O labirinto de Barnes pode medir se uma mutação genética ou ambiental variável pode impactar a aquisição e retenção de memória espacial, bem como fornecer informações sobre a estratégia de pesquisa utilizada pelos ratos. Aqui usamos o labirinto Barnes para detectar um défice de memória em ratos adultos após um evento de exposição de etanol no desenvolvimento único. O paradigma de donzela em apuros recém descrito expõe um rato masculino para um rato fêmea preso em uma câmara no campo aberto do centro da arena. Ele fornece uma oportunidade para o rato socialmente responder a fêmea presa e exibem comportamento pró-social. O paradigma de donzela em apuros também pode ser usado para examinar o comportamento do mouse em uma atividade de locomoção novela arena e medida. Tanto o labirinto de Barnes e os protocolos de donzela em perigo exigem investimento financeiro mínimo e quase todos os aspectos dos testes podem ser construídos a partir de fontes comuns de laboratório. Essas ferramentas flexíveis e acessíveis também podem ser usadas para detectar mudanças de comportamento ao longo do desenvolvimento.
Introduction
O propósito do presente protocolo é medir a aprendizagem espacial e memória em camundongos usando o labirinto de Barnes, bem como capacidade de resposta social e locomoção utilizando o paradigma de donzela em perigo. Comumente usado testes de aprendizagem e memória espaciais para roedores incluem o labirinto radial do braço, que mede a capacidade de um mouse para encontrar comida escondida em um braço de um aparelho multi-raiadas, e o labirinto de água Morris, que coloca um rato em uma banheira grande ou poça de água e avalia o tempo que demora para encontrar uma plataforma escondida debaixo d’água. Normalmente, a formação para esses paradigmas abrange vários ensaios e permite a medição de ambos aprendizagem taxas de aquisição e retenção através de curto prazo e testes de memória a longo prazo.
Embora o labirinto radial-braço e o labirinto de água de Morris são formas confiáveis para testar a memória em roedores, apresentam complicações para alguns pesquisadores. Ambos os labirintos usam privação ou fortes estímulos aversive como reforço1. O labirinto de braço radial usa privação de comida para garantir que os roedores são devidamente motivados para encontrar uma recompensa de comida. No labirinto de água de Morris, os efeitos do estresse induzido por um mergulho forçado podem alterar resultados no2ratos.
O labirinto de Barnes é uma tarefa de consciência espacial alternativa que requer roedores aprender a posição de um buraco para escapar a superfície brilhante, aberto labirinto3. Estimulação aversive fraca (luz ou som) é então aplicada para aumentar a probabilidade de que os ratos vão escapar da plataforma. O labirinto de Barnes não requer privação de comida, então a quantidade de animal preparação é menor do que no labirinto de braço radial. Pode ser usada sem conflito por pesquisadores que estão investigando comportamentos ou moléculas associadas com comer, regulação hormonal ou vias hipotalâmicas.
O labirinto de Barnes também tem vantagens sobre o labirinto de água de Morris. É menos estressante do que o labirinto de água Morris, causando menos elevados níveis de corticosterona em ratos4. Além disso, é muito mais simples de montar e requer menos dedicado espaço durante o procedimento de teste e armazenamento.
O ensaio de donzela em apuros é um experimento simples de duas partes que pode avaliar a atividade locomotora, seguida por comportamento pró-social. O ensaio de donzela em apuros é projetado para avaliar comportamentos exploratórios e responsividade social de um roedor masculino em resposta a um roedor feminino aprisionado. Um método comumente usado para avaliar a sociabilidade (bem como preferência por novidade social) é o uso do teste de sociabilidade da três-câmara de Crawley, que avalia a livre escolha de um mouse para passar o tempo perto ou longe de outros ratos5.
Semelhante ao teste de sociabilidade da três-câmara de Crawley, o ensaio de donzela em apuros também medidas de livre escolha sobre como gastar tempo na presença de outro rato, mas ele também fornece medições para aspectos mais profundos de funcionamento social: 1) na Ensaio de donzela em perigo, o rato encurralado feminino é realizado no centro de um campo aberto, portanto aversão ao potencial do macho, para um campo aberto é confrontado com sua unidade socialmente explorar ou investigar uma fêmea angustiada coespecífica. 2) o modelo de donzela em apuros também fornece uma forma de avaliar o comportamento pró-social e empático, em resposta ao rato encurralado, que não tem sido explorado com frequência em camundongos.
Empatia animal é definitivamente observáveis e mensuráveis, embora não muitos paradigmas existem para esta finalidade. Por exemplo, em ratos, um companheiro de gaiola preso pode induzir um estado de motivação pró-social, onde ratos funcionará para libertar o animal. Na verdade, ratos irão escolher para ajudar o animal, mesmo antes de abrir um recipiente similar contendo um lanche chocolate, então acessar o chocolate e compartilhá-lo com o rato recém libertos6.
Medidas de empatia em camundongos normalmente envolvem a inflição de dor; com efeito, ratos que assistem outros ratos na dor são mais sensíveis à dor se7,8. Stress de contenção é um fenômeno caracterizado em roedores e tem sido associada a choque para examinar as respostas de estresse, como uma medida de empatia em camundongos9,10.
Existem considerações éticas associadas com dor induzida ou choque, assim alternativas indutoras de stress são necessários. Nós desenvolvemos o paradigma de donzela em perigo, como uma medida do comportamento empático na ausência de dor ou tratamento de choque. Os ratos presos em nosso protocolo de donzela em apuros mostram sinais aparentes de angústia após apenas alguns momentos, eles são incapazes de virar dentro do pequeno recipiente, mas eles estão ilesos, proporcionando uma oportunidade para os outros ratos responder a sua aflição.
Para começar a avaliação de donzela em apuros, um rato masculino é colocado em uma grande arena de romance que contém um pequeno cilindro central vazio. Comportamentos exploratórios são registrados por vários minutos, incluindo quantas seções da arena são ultrapassadas e quanto tempo é gasto na área central aberta. Este método fornece uma maneira rápida e fácil para descartar déficits locomotoras como uma potencial confundente em uma situação de aprendizagem que requer movimento coordenado para a conclusão bem sucedida. Ele também fornece uma medida básica de quanto aversão ao campo aberto do centro está presente. Ambas as medidas poderiam influenciar o desempenho de labirinto de Barnes.
Após a exploração inicial, o macho é retirado da arena e um mouse feminino é colocado em um cilindro claro central fechado, pequeno (similar ao usado para coletar sangue de ratos). Então, o rato masculino original é reintroduzido na arena, e comportamento exploratório é marcou novamente. O paradigma de donzela em apuros avalia se um mouse está interessado em uma interação social com base nas alterações em padrões de comportamento, quando uma mulher presa está presente (marcados pelo tempo gasto na praça central e o número de episódios de escavação) e se o rato apresenta comportamento pró-social em direção a fêmea presa (marcado pela quantidade de investigações de cilindro e eventos contatos com a fêmea presa). O ensaio de donzela em perigo pode ser usado para medir uma propensão para a novidade social (semelhante ao teste de sociabilidade da três-câmara do Crawley) dependendo se pesquisadores capturar um rato familiar ou romance.
Juntos, o labirinto de Barnes e experimentos de donzela em apuros permitem a avaliação exata do mouse capacidades de aprendizagem e capacidade de resposta social na ausência de estímulos extremamente estressantes. Como com todos os ensaios comportamentais, estas experiências devem ser executadas com grande sensibilidade em relação a experiência animal, minimizando o desconforto experimentado pelo animal.
Como a maioria dos labirintos, diferenças na atividade locomotora podem influenciar o desempenho no labirinto Barnes, então pesquisadores também devem avaliar a atividade locomotora, especialmente quando se utiliza o labirinto Barnes para avaliar aprendizagem em camundongos com mutações que podem afectar o movimento (tais como aqueles encontrados em modelos do rato a doença de Huntington, ou aqueles expostos a substâncias tóxicas que podem provocar hiperatividade ou retardar o movimento, como o etanol). Além disso, labirinto e câmara de superfícies devem ser cuidadosamente limpos e cama mudada entre cada animal para evitar a sugestão de perfume confunde.
Importante, todos os materiais podem ser fabricados no local com o mínimo de investimento financeiro e a pequena pegada física destes ensaios significa que estas experiências podem ser replicadas em praticamente qualquer ambiente, permitindo uma grande flexibilidade. Este tipo de acessibilidade permite boa ciência a ser realizada em instituições menores, com recursos limitados, ou em situações onde piloto dados precisam ser coletados rapidamente na ausência de um apoio substancial.
Protocol
Representative Results
Discussion
O labirinto de Barnes e os experimentos de donzela em perigo são formas relativamente fácil, rápidas e baratas para avaliar aprendizagem espacial, atividade locomotora e comportamento pró-social em camundongos. Outras vantagens incluem a ausência de estressores ostensivos, dor ou restrição alimentar para o animal. Como a maioria dos paradigmas de aprendizagem/memória, uma desvantagem do labirinto Barnes é o número de ensaios requeridos pelos animais saber onde se encontra o buraco de alvo e entrar.
<p class…Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
No Hampden-Sydney College damos reconhecimento e apreço para Sean Walden, Zach Leitner, Hunter Lee e Anton Kheirani pelo seu envolvimento em testes de protocolos para o labirinto de Barnes e experimentos de donzela em perigo. Também gostaríamos de agradecer a James Foster em Randolph-Macon College para a construção do labirinto de Barnes e Randolph-Macon College departamento de biologia para fornecer espaço de teste.
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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