El protocolo presentado produce un persistente conflicto sensorial para los experimentos destinados al estudio de aprendizaje a largo plazo. Con el uso de un dispositivo fijo permanentemente sobre sus cabezas, ratones están continuamente expuestos a un desajuste sensorial entre entradas visuales y vestibulares mientras se mueven libremente en jaulas de la casa.
Protocolos de conflictos sensoriales a largo plazo son un medio valioso de estudiar el aprendizaje motor. El protocolo presentado produce un persistente conflicto sensorial para los experimentos destinados al estudio de aprendizaje a largo plazo en ratones. Permanentemente usando un dispositivo fijado en la cabeza, los ratones están continuamente expuestos a un desajuste sensorial entre entradas visuales y vestibulares mientras se mueven libremente en jaulas hogar. Por lo tanto, este protocolo permite fácilmente el estudio del sistema visual y multisensoriales interacciones durante un tiempo prolongado que no sería accesible si no. Además de bajar los costos experimentales del aprendizaje sensorial, a largo plazo en comportarse naturalmente ratones, este enfoque admite la combinación de experimentos en vivo y en vitro . En el ejemplo divulgado, video-oculography se realiza para cuantificar el reflejo vestibulo-ocular (VOR) y el reflejo optokinetic (OKR) antes y después del aprendizaje. Ratones exponen a este conflicto sensorial a largo plazo entre las entradas visuales y vestibulares presentada una fuerte disminución de ganancia VOR pero mostraron pocos cambios OKR. Detallados pasos de montaje del dispositivo, cuidado de los animales, y reflejas medidas se divulgan por este medio.
Conflictos sensoriales como los visuales, están presentes en la vida diaria, por ejemplo, cuando uno lleva gafas o durante una vida entera (desarrollo crecimiento, cambios en la agudeza sensorial, etcetera.). Debido a una mirada circuito bien-descrita de la anatomía, controlados fácilmente entradas sensoriales, salidas motor cuantificables y cuantificación precisa métodos1, reflejos de estabilización se han utilizado como modelos de aprendizaje en muchas especies de motor. En los seres humanos y monos, se estudia la adaptación de (VOR) refleja vestibulo-ocular mediante el uso de prismas que el sujeto lleva varios días2,3,4,5. Dado que el modelo de roedor permite la combinación de los experimentos conductuales y celulares, hemos desarrollado un nuevo método para crear a largo plazo conflicto sensorial en comportarse libremente ratones con un casco-como el dispositivo. Inspirado por la metodología empleada en los seres humanos y monos, el protocolo genera un desequilibrio entre las entradas vestibulares y visuales (es decir, visuo-vestibular desajuste, VVM) que conduce a una disminución en la ganancia VOR.
Protocolos clásicos desencadenando una adaptación de ganancia por VOR en roedores consisten en el animal de cabeza fija en una placa giratoria de rotación girando el campo visual en fase. Este paradigma crea un conflicto visuo-vestibular, que hace el VOR contraproducente. Protocolos de adaptación a largo plazo consisten en una iteración de este procedimiento en el transcurso de varios días consecutivos6,7,8. Como resultado, cuando un grupo grande de animales necesita ser probado, metodología clásica requiere de una gran cantidad de tiempo. Además, debido a que el animal es cabeza fijada, el aprendizaje se limita principalmente a una discreta frecuencia/velocidad y consisten en entrenamientos discontinuos interrumpidos por intervalos de diferenciarlo de duración variable6. Finalmente, protocolos clásicos utilizan aprendizaje pasivo, como la estimulación vestibular no es generada activamente por movimientos voluntarios del animal, una situación que mucho procesamiento vestibular9,10.
Las mencionadas limitaciones experimentales son superadas por la metodología innovadora presentada. El acercamiento quirúrgico requerido es sencillo y los materiales utilizados son fácilmente disponibles comercialmente. La única parte que se basa en material más costoso es la cuantificación del comportamiento; sin embargo, los fundamentos del protocolo pueden utilizarse para cualquier experimento de en vitro las investigaciones a otros estudios de comportamiento de aprendizaje. En general, generando un deterioro visual temporal y un conflicto visuo-vestibular durante varios días, esta metodología puede fácilmente transponerse a cualquier estudio que trate con perturbación sensorial o aprendizaje motor.
La perturbación sensorial a largo plazo descrita aquí consiste en un desajuste visuo-vestibular producido en ratones comportarse libremente. Para implantar el dispositivo que usan ratones durante 14 días, se realiza una cirugía sencilla y breve con el equipo quirúrgico disponible comercialmente. Ratones se recuperan en menos de 1 h de este procedimiento de implantación de nombre y no asocia signos de angustia de él. Posteriormente, en el ejemplo de aplicación del presente Protocolo, VOR y OKR se miden utilizando la técnica de video-oculography. Sin embargo, este protocolo de aprendizaje a largo plazo inducido por el dispositivo podría utilizarse en una variedad de experimentos in vitro electrofisiología1imagen neuronal y varios ensayos conductuales. La lógica detrás del desarrollo de esta técnica fue inspirada por la metodología basada en el prisma utilizada en seres humanos y monos. Esta técnica, sin embargo, se diferencia porque se deteriora en lugar de visión se modifica. Por lo tanto, constituye (en su forma actual) un caso extremo de desajuste visuo-vestibular. Los autores creen que la información técnica puede ser útil para diseñar una prisma-como la versión del dispositivo o desarrollando específicos restringiendo función dispositivos16.
De una luz (0,9 g) poli (ácido láctico) plástico, el dispositivo principal fue diseñado para caber la cabeza de un ratón adulto joven, lo que permite protección del hocico y dejando bastante espacio lateral para permitir que el novio animal. La parte frontal de este dispositivo expone el extremo del hocico para permitir la alimentación y conductas de la preparación. El dispositivo es un poco opaco, por lo que el animal carece de la visión precisa de los alrededores pero sigue recibiendo estimulación de luminancia. Las implantaciones de rayas y sham son probadas para asegurar que los efectos medidos son debidos principalmente al visuo-vestibular desajuste causado por la señal visual de alto contraste durante los movimientos autogenerados del aparato con bandas y no por propioceptiva modificación (es decir, el peso del dispositivo aplicado en mouse´s cabeza y cuello).
Experimentalmente, los ratones que usaron el dispositivo rayas demostrado un significativo VOR obtener disminución de 50% después del período de aprendizaje; sin embargo, puede haber una variabilidad interindividual para valores de ganancia absoluta. Farsa los ratones mostraron no VOR importante tener alteraciones, demostrando así que la reducción de la VOR es causada por el conflicto sensorial y no por deficiencia motora. Además, ratones jóvenes (< P26) demostró VOR y OKR obtienen valores inferiores a animales mayores17. Por esa razón, edad animal debe tenerse en cuenta al planificar el experimento. Finalmente, los criterios de exclusión mencionados ratones (sección 4.5) están un paso crucial que debe seguirse para garantizar bienestar, así como establecer resultados fiables.
Una de las ventajas de este protocolo es a la vez que ahorra a experimentadores durante el período de aprendizaje, en comparación con otros tipos de protocolos de adaptación VOR/OKR. Hasta ahora, ha sido estudiada adaptación VOR en ratones mediante la fijación de la cabeza y entrenamiento el animal en una giratoria placa giratoria6,8,18,19, que es desperdiciador de tiempo, especialmente cuando muchos de los animales deben ser entrenado. El protocolo presentado permite la formación de varios animales a la vez y ahorra tiempo. Además, en estos experimentos clásicos los entrenamientos son por lo general limitados a 1 h al día, dejando largos periodos de desaprendizaje supuestos causantes de adaptación al ser iterada alternancia de aprendizaje/desaprendizaje con diferentes dinámicas20. Aquí, la fijación de la cabeza del dispositivo permite aprendizaje ininterrumpido. Otra ventaja es que dado que el período de aprendizaje se genera en una situación libre comportamiento cabeza-libre, los ratones son capaces de aprender a través de una serie de movimientos naturales de la cabeza que activamente se generan. En los protocolos clásicos, el animal es fijo de cabeza mientras se gira pasivamente en el plato para que el aprendizaje se produce a un determinado estímulo (una frecuencia, una velocidad)21 que reflejan la gama natural de movimientos de la cabeza. Es importante tener en cuenta que el sistema vestibular codifica diferentemente movimientos cuando se generan activamente por el sujeto o cuando externamente aplicado10; así, los mecanismos celulares en ambas situaciones pueden variar también.
En general, la metodología descrita es adecuada para estudios combinados/in vivo/in vitro sobre adaptaciones sensoriales a largo plazo que ocurren después de un conflicto visual o visuo-vestibular desajuste en comportarse libremente ratones. Conflictos sensoriales son una causa reconocida de enfermedad de movimiento, que es un campo que ha suscitado recientemente el uso de ratones22,23. Recientemente se demostró que la adaptación de ganancia causada por el uso de este dispositivo ofrece protección contra la enfermedad de movimiento cuando se exponen ratones a un estímulo provocador15. Por lo tanto, este protocolo podría utilizarse para identificar los mecanismos celulares subyacentes adaptación a un conflicto sensorial, así como para desarrollar tratamientos contra mareo.
The authors have nothing to disclose.
Agradecemos Patrice Jegouzo los dispositivos principales y nombre desarrollo y producción. También agradecemos a P. Calvo, A. Mialot y Idoux E. por su ayuda en el desarrollo de las versiones anteriores del dispositivo y el protocolo VVM.
Este trabajo fue financiado por el Centre Nacional des Etudes Spatiales, el CNRS y la Universidad París Descartes. J. C. y M. B. reciben apoyo de la ANR-13-CESA-0005-02 francés. F. F. B. y M. B. reciben apoyo de la ANR-15-CE32-0007 francés.
3D printer | Ulimaker, USA | S5 | |
Blunt scissors | FST | 14079-10 | |
Catalyst V | Sun Medical, Japan | LX22 | Parkell bio-materials, Kit n°S380 |
Dentalon Plus | Heraeus | 37041 | |
Eyetracking system and software | Iscan | ETN200 | |
Green activator | Sun Medical, Japan | VE-1 | Parkell bio-materials, Kit n°S380 |
Monomer | Sun Medical, Japan | MF-1 | Parkell bio-materials, Kit n°S380 |
Ocrygel | TvmLab | 10779 | Ophtalmic vet ointment |
Polymer L-type clear (cement) | Sun Medical, Japan | TT12F | Parkell bio-materials, Kit n°S380 |
Sketchup | Trimble | 3D modeling software used for the device's ready-to-print design file | |
Turntable | Not commercially available |