T-المتاهة التناوب القسري والمهام التمييز بين اليسار واليمين لتقييم العمل ومرجع الذاكرة في الفئران
Summary
هذا المقال يعرض بروتوكول تي المتاهة التجارب باستخدام جهاز تعديل آلية لتقييم وظائف التعلم والذاكرة لدى الفئران.
Abstract
وقد تم تداول القسري، والمهام التمييز بين اليسار واليمين باستخدام T-المتاهة المستخدمة على نطاق واسع لتقييم العمل والذاكرة المرجعية، على التوالي، في القوارض. في مختبرنا، قمنا بتقييم نوعين من الذاكرة في أكثر من 30 سلالة من الفئران المعدلة وراثيا باستخدام الإصدار الآلي من هذا الجهاز. هنا، نقدم تعديل T-المتاهة التي يشغلها جهاز كمبيوتر مع نظام فيديو لتتبع وبروتوكولات لدينا في شكل فيلم. جهاز T-متاهة تتكون من مدارج ينفصل عن طريق تحريك الأبواب التي يمكن أن تفتح تلقائيا النزولي، مع كل مربع البداية، وزقاق على شكل حرف T، واثنين من صناديق مع بيليه موزعات أوتوماتيكية في جانب واحد من المربع، واثنين من الممرات على شكل حرف L . يرتبط كل زقاق على شكل حرف L إلى مربع البداية حتى أن الفئران يمكن أن ترجع إلى مربع البداية، والذي يستثني من آثار التعامل مع مجرب على سلوك الماوس. هذا الجهاز أيضا لديه ميزة أن microdialysis في الجسم الحي، في الكهربية الجسم الحي، وميتاليك optogeneticsلا يمكن أن يؤديها iques خلال T-المتاهة أداء لأنها مصممة على أبواب النزول الى الأرض. في هذا المقال الفيلم، وصفنا T-المتاهة المهام باستخدام جهاز الآلي وأداء T-متاهة من + /-α CaMKII – الفئران، والتي تشير التقارير إلى إظهار عجز الذاكرة العاملة في المهمة ثماني ذراع شعاعي المتاهة. وأشارت البيانات المتوفرة لدينا أن α-CaMKII + / – الفئران أظهرت عجز الذاكرة العاملة، ولكن لا ضعف الذاكرة والإشارة، وتتسق مع النتائج السابقة باستخدام ثمانية ذراع مهمة المتاهة شعاعي، والذي يدعم صحة بروتوكول لدينا. وبالإضافة إلى ذلك، البيانات المتوفرة لدينا تشير إلى أن طفرات تميل إلى إظهار عجز انعكاس التعلم، مما يشير إلى أن α-CaMKII يسبب نقص المرونة السلوكية تخفيضها. وهكذا، فإن اختبار T-المتاهة باستخدام جهاز تعديل التلقائي هو مفيد لتقييم العمل وذاكرة مرجعية والمرونة السلوكية في الفئران.
Protocol
Discussion
وتستخدم القسري المهام تمييز اختلاف اليسار واليمين باستخدام T-المتاهة على نطاق واسع لتقييم العمل والذاكرة المرجعية، على التوالي، في القوارض 4،5. في T-المتاهة المهام، وأنه من المعروف أن القوارض يمكن استخدام استراتيجيات مختلفة لأداء المهام، استنادا إلى إشارات المكانية وغير المكانية، مثل خارج المتاهة العظة، تكوين غرفة العظة، والتوجه من المتاهة، وهلم جرا 6،7،8. قد توجه من المتاهة في غرفة ولها الاستقرار، وغياب أو وجود استقطاب العظة في الغرفة، وقدرة على القوارض أن نرى اشارات في غرفة تؤثر على استراتيجيات. وبالتالي، يحتاج الباحثون إلى النظر في تكوين وتوجيه أجهزة والعظة في غرفة في إجراء تجربة وتفسير البيانات السلوكية. في مختبرنا، ونحن نضع 2 جهاز تواجه في نفس الاتجاه نحو جدار في غرفة عازلة للصوت ومجموعة الكائنات، مثل باب الغرفة، ومصابيح الفلورسنت على السقف، والجدران من الغرفة، والكاميرات لاتفاقية مكافحة التصحر منالأجهزة، ورفوف لاستيعاب الأقفاص الفأر، التي قد تكون خارج المتاهة الاشارات المكانية بالنسبة للفئران (انظر الشكل 1C).
في كثير من الحالات، وقد تم الاختبارات T-المتاهة التي أجريت يدويا من قبل مجرب الإنسان على النحو التالي: في كل محاكمة، ومجرب يضع بيليه السكروز على علبة الطعام، ويفتح الأبواب مقصلة للجهاز لبدء الاختبار. ثم، عندما الفأر يدخل أي من الأسلحة، ومجرب يغلق الأبواب، والسجلات سلوك الماوس، وينقل الفار من الذراع إلى مربع البداية باليد. قد المتغيرات ممكن الخلط من التعامل مع التفاعل مع التركيب الوراثي الماوس أو حالة تجريبية تؤثر على أداء T-المتاهة. خلال العقد الماضي، تم استخدام تعديل T-المتاهة اختبار لمهمة التناوب المستمر التي لا تنطوي على نقل يدوي من هذا الموضوع من ذراع الهدف مرة أخرى إلى مربع البداية. 9-11 وحتى عندما الجهاز، وبروتوكولات الاختبار، و وساوى بقوة المتغيرات البيئية كثيرة، ستاالاختبارات السلوكية ndardized لا تنتج دائما نتائج مماثلة في مختبرات مختلفة 12،13. قد المجربون محددة أداء الاختبار تكون فريدة من نوعها لكل مختبر، ويمكن أن تؤثر أيضا على سلوك الفئران. وبالإضافة إلى ذلك، وهو مجرب الإنسان عموما عرضة لجعل الأخطاء، مثل خطأ في وضع بيليه السكروز، وفتح أو إغلاق الأبواب الأخرى، فضلا عن الأخطاء في تتبع عدد والمحاكمة وضبط الوقت. للحد من تأثير المتغيرات التباس، وحدوث أخطاء بشرية، قمنا بتطوير واستخدام الآلي T-المتاهة جهاز السيطرة عليها من قبل نظام فيديو لتتبع مع صورة TM برنامج. وتحسين T-المتاهة جهاز لديها أيضا مزايا التي تسمح لنا استخدام microdialysis، الكهربية، وتقنيات optogenetics خلال T-المتاهة أداء لأنها مصممة على أبواب النزول الى الأرض. وهكذا، فإن جهاز الآلي هو أداة مفيدة لتسهيل دراسات علم الأعصاب في العمل وذاكرة مرجعية في القوارض.
لتمكين التنفيذ التلقائي ومتعاقبة من سلسلة من المحاكمات في جلسة عمل، وبروتوكولات لدينا بعض العيوب المحتملة. على سبيل المثال، في مهمة تناوب القسري، والوقت المناسب للفئران في العودة إلى S1 من A1 أو A2 يمكن أن تؤثر على أدائها. قد لا يكون مشكلة خطيرة، رغم ذلك، منذ P1 البقاء أو منطقة P2 نفسه يمكن أن يكون جديلة المكانية وإقامة طويلة أو قصيرة في أي منطقة في المدى القسري الخيار قد لا تغيير حمولة الذاكرة. مشكلة محتملة أخرى هي أن درب رائحة الفئران التي أدلى بها، بدلا من مكاني الذاكرة العاملة، يمكن أن تستخدم. ومع ذلك، بعد بوصفها محاكمات قليلة، ويمكن أن تكون مسارات رائحة الكتابة عدة مرات، وسوف يصبح من الصعب أن تستخدم كما العظة. أيضا، في مهمة تمييز اليسار ضوء ذلك، قد تكون بمثابة مسارات رائحة العظة حاسة الشم للفئران للعثور على موقع لمكافأة عبر التجارب المتعاقبة. يمكن أن تؤثر على اشارات التعلم والذاكرة عملية عبر المحاكمات في الدورة، والتي قد تكون قد يمثل مشكلة. ومع ذلك،يمكن أن الفئران لا تستخدم استراتيجية درب رائحة في المحاكمة الأولى للغاية في جلسة وغير ذلك من العروض من المحاكمات الأولى سوف تكون بمثابة المؤشر الذي يخلو من استخدام محتمل للرائحة استراتيجية درب.
كما هو مبين في نتائج ممثل، الاستجابات الصحيحة في المئة من الفئران C57BL/6J السيطرة تدريجيا عبر دورات في كل من المهام. وتؤكد النتائج أن الفئران C57BL/6J يمكن أن تتعلم لاتخاذ قرارات صحيحة في آلية تعديل T-المتاهة. في هذه الدراسة، بقيت الفئران في الخيارات حوالي 80٪ صحيحة وليس أكثر من ذلك بعد تدريب واسع النطاق (انظر الشكل 2A). بالنظر إلى أن تظهر أنها تبقي بعض الأخطاء إغفال طوال التدريبات، قد لا تكون دوافعها مرتفعة جدا بالنسبة للفئران يصل إلى مستوى أعلى من الأداء. في مهمة تناوب القسري، α-CaMKII + / – أظهرت الفئران نسبة أقل من الإجابات الصحيحة من السيطرة على الفئران. وبالتالي، عرض فئرانا معدلة وراثيا ضعف الأداء بالمقارنة مع الفئران التي تحكم في هذا تاكيه. هذه النتيجة تتفق مع النتائج السابقة التي حصل عليها في اختبار ثمانية ذراع شعاعي 2،14 المتاهة، وتوفير مزيد من الأدلة التي α-CaMKII نقص الحث على العجز في الذاكرة العاملة، وبأن مهمة تناوب القسري في جهاز T-المتاهة الآلي يكشف بدقة يعمل العجز في الذاكرة من فئرانا معدلة وراثيا. في مهمة التمييز بين اليسار واليمين، فإن النتائج تشير إلى أن α-CaMKII جرعة نقص لا يؤثر على الذاكرة المرجعية. كما هو مبين في نتائج الدورات انعكاس للتعلم، ومع ذلك، قد α-CaMKII نقص تقليل المرونة السلوكية. وفئرانا معدلة وراثيا أيضا عرض أخطاء أكثر إغفال من السيطرة على الفئران خلال جلسات التعلم انعكاس. يمكن أن الزيادة في عدد من الأخطاء إغفال الحد من فرصة للتعلم الذي يرتبط مع ذراع المكافأة. ولذلك، يمكن لاكتساب التعلم يتم تأجيلها نظرا للزيادة في عدد الأخطاء إغفال خلال الجلسات الأولى، ولكن ليس إلى انعكاس ل ضعافكسب. الاحتمال الآخر هو أن من الممكن الخلط بين المسوخ بواسطة التغيير في النظام الداخلي، الذي قد يدفع أخطاء السهو وتتداخل مع وظيفة السلطة التنفيذية. وبالتالي، لاستخلاص النتائج معقولة، ينبغي فحص أخطاء السهو وكذلك نسبة الاختيار الصحيح.
برنامج TM صورة يولد نتائج إضافية للكمون والمسافة لإكمال دورة وكذلك النسبة المئوية للاستجابة الصحيحة وعدد من الخطأ إغفال. ويمكن تفسير الاختلاف في الكمون والمسافة لإكمال الدورة والفرق في مستوى النشاط الحركي، والميل إلى التسرع في اختيار الأسلحة، والدافع لتنفيذ المهمة، ومستوى التعود على هذه المهمة، واستراتيجية التعلم المختلفة وغير ذلك وفيما يتعلق نتائج ممثل، α-CaMKII + / – أظهرت الفئران أقصر الكمون وأقصر مسافة سافر من تلك الضوابط. في الواقع، α CaMKII + / – أظهرت الفئران نشاط hyperlocomotor مقارنة مع تيهو السيطرة على الفئران (3) وهذا النمط الظاهري قد تكمن وراء الاختلافات في الأرقام القياسية.
في مختبرنا، لقد قمنا بتقييم أكثر من 36 سلالة من الفئران المعدلة وراثيا، والسيطرة على الفئران من النوع البري في اختبار T-المتاهة باستخدام جهاز الآلي لتوضيح العلاقة بين الجينات والدماغ والسلوك 15،16. لقد حصلنا على مجموعة كبيرة من البيانات الخام من أكثر من 1200 الفئران، وأفادت بيانات لأداء T-المتاهة في عدة سلالات من الفئران الطافرة 3،16-22. يتم تضمين البيانات من السلالات التي سبق نشرها في مقالة بحثية في "قاعدة البيانات الفأر النمط الظاهري السلوكية" وقاعدة بيانات عامة (URL: http://www.mouse-phenotype.org/~~V ). بعض الدراسات أظهرت أن الفئران مع Dtnbp1 متحولة 1، Nrd1 20، أو الجينات Plp1 21 إظهار العمل العجز في الذاكرة. وبالتالي، لدينا بروتوكول موحد للمهام T-المتاهة مع الآليجهاز مناسب للكشف عن التأثيرات الجينية على وظائف الذاكرة بين السيطرة على الفئران الطافرة والبرية من نوع. بروتوكولات اختبار السلوكية تحتاج إلى أن تكون موحدة، وتكرار، ومقارنة النتائج عبر المختبرات. وتحسين T-المتاهة جهاز يؤدي إلى أتمتة إجراءات الاختبار، والتي يمكن أن تسهم في توحيد البروتوكولات المستخدمة في جميع أنحاء المختبرات.
كما هو موضح في هذا المقال الفيديو، يمكن أن الإصدار الحالي من أجهزة وبرامج تسمح لنا لاختبار أسود أو الفئران آغوطي، ولكن ليس الفئران البيضاء. الآن، ونحن على انتاج نسخة معدلة من نظام لتمكين لفحصها الفئران البيضاء. النظام لديه ميزة أن microdialysis في الجسم الحي، في الجسم الحي الكهربية، ويمكن أن يؤديها optogenetics التجارب خلال T-متاهة الاختبار، ومنذ تم تصميم أبواب النزول تحت الأرض. على سبيل المثال، قد حاول بعض الباحثين لدراسة الخصائص الكهربية للخلايا العصبية في قرن آمون خلال اختيار الأسلحةعلى الرغم من أن قد تكون هناك حاجة إلى بعض التحسينات في جهاز للحد من الضوضاء الكهربائية من الأبواب والمحركات بيليه آلية الإزالة.
اضطر T-المتاهة مجتمعة، والمهام التمييز تناوب اليسار واليمين باستخدام جهاز تعديل أوتوماتيكي مفيدة لتقييم العمل وذاكرة مرجعية والمرونة السلوكية في الفئران.
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
نشكر كازو ناكانيشي لمساعدته في تطوير صورة TM برنامج التحليل السلوكي. وأيد هذا البحث من قبل ذات المنح المعونة في البحوث الاستكشافية (19653081)، منحة تقدمها الحكومة للبحث العلمي (B) (21300121)، منحة تقدمها الحكومة للبحث العلمي في مجالات مبتكرة (الشامل شبكة علوم الدماغ) من وزارة التعليم والعلوم والرياضة والثقافة في اليابان، ومنحة من اليابان Neuroinformatics مركز (NIJC)، والمنح المقدمة من كريست والطير اليابانية للعلوم والتكنولوجيا وكالة (JST).
References
- Takao, K., Toyama, K., Nakanishi, K., Hattori, S., Takamura, H., Takeda, M., Miyakawa, T., Hashimoto, R. Impaired long-term memory retention and working memory in sdy mutant mice with a deletion in Dtnbp1, a susceptibility gene for schizophrenia. Mol. Brain. 1, 11-11 (2008).
- Chen, C., Rainnie, D. G., Greene, R. W., Tonegawa, S. Abnormal fear response and aggressive behavior in mutant mice deficient for alpha-calcium-calmodulin kinase II. Science. 266, 291-294 (1994).
- Yamasaki, N., Maekawa, M., Kobayashi, K., Kajii, Y., Maeda, J., Soma, M., Takao, K., Tanda, K., Ohira, K., Toyama, K. Alpha-CaMKII deficiency causes immature dentate gyrus, a novel candidate endophenotype of psychiatric disorders. Mol. Brain. 1, 6-6 (2008).
- Aultman, J. M., Moghaddam, B. Distinct contributions of glutamate and dopamine receptors to temporal aspects of rodent working memory using a clinically relevant task. Psychopharmacology. 153, 353-364 (2001).
- Papaleo, F., Yang, F., Garcia, S., Chen, J., Lu, B., Crawley, J. N., Weinberger, D. R. Dysbindin-1 modulates prefrontal cortical activity and schizophrenia-like behaviors via dopamine/D2 pathways. Molecular Psychiatry. , 1-14 (2010).
- Douglas, R. J. Cues for spontaneous alternation. J. Comp. Physiol. Psychol. 62, 171-183 (1966).
- Dudchenko, P. A., Davidson, M. Rats use a sense of direction to alternate on T-mazes located in adjacent rooms. Anim. Cogn. 5, 115-118 (2002).
- Dudchenko, P. A. An overview of the tasks used to test working memory in rodents. Neurosci Biobehav. Rev. 28, 699-709 (2004).
- Gerlai, R. A new continuous alternation task in T-maze detects hippocampal dysfunction in mice: A strain comparison and lesion study. Behav. Brain. Res. 95, 91-101 (1998).
- Wood, E. R., Dudchenko, P. A., Robitsek, R. J., Eichenbaum, H. Hippocampal neurons encode information about different types of memory episodes occurring in the same location. Neuron. 27, 623-633 (2000).
- Lee, I., Griffin, A. L., Zilli, E. A., Eichenbaum, H., Hasselmo, M. E. Gradual translocation of spatial correlates of neuronal firing in the hippocampus toward prospective reward locations. Neuron. 51, 639-650 (2006).
- Crabbe, J. C., Wahlsten, D., Dudek, B. C. Genetics of mouse behavior: interactions with laboratory environment. Science. 284, 1670-1672 (1999).
- Wahlsten, D., Metten, P., Phillips, T. J., Boehm, S. L., Burkhart-Kasch, S., Dorow, J., Doerksen, S., Downing, C., Fogarty, J., Rodd-Henricks, K. Different data from different labs: lessons from studies of gene-environment interaction. J. Neurobiol. 54, 283-311 (2003).
- Matsuo, N., Yamasaki, N., Ohira, K., Takao, K., Toyama, K., Eguchi, M., Yamaguchi, S., Miyakawa, T. Neural activity changes underlying the working memory deficit in alpha-CaMKII heterozygous knockout mice. Front Behav. Neurosci. 3, 20-20 (2009).
- Takao, K., Miyakawa, T. Investigating gene-to-behavior pathways in psychiatric disorders: the use of a comprehensive behavioral test battery on genetically engineered mice. Ann. N. Y. Acad. Sci. 1086, 144-159 (2006).
- Takao, K., Yamasaki, N., Miyakawa, T. Impact of brain-behavior phenotypying of genetically-engineered mice on research of neuropsychiatric disorders. Neurosci. Res. 58, 124-132 (2007).
- Ikeda, M., Hikita, T., Taya, S., Uraguchi-Asaki, J., Toyo-oka, K., Wynshaw-Boris, A., Ujike, H., Inada, T., Takao, K., Miyakawa, T. Identification of YWHAE, a gene encoding 14-3-3epsilon, as a possible susceptibility gene for schizophrenia. Hum. Mol. Genet. 17, 3212-3222 (2008).
- Nakatani, J., Tamada, K., Hatanaka, F., Ise, S., Ohta, H., Inoue, K., Tomonaga, S., Watanabe, Y., Chung, Y. J., Banerjee, R. Abnormal behavior in a chromosome-engineered mouse model for human 15q11-13 duplication seen in autism. Cell. 137, 1235-1246 (2009).
- Hashimoto-Gotoh, T., Iwabe, N., Tsujimura, A., Takao, K., Miyakawa, T. KF-1 Ubiquitin Ligase: An Anxiety Suppressor. Front. Neurosci. 3, 15-24 (2009).
- Ohno, M., Hiraoka, Y., Matsuoka, T., Tomimoto, H., Takao, K., Miyakawa, T., Oshima, N., Kiyonari, H., Kimura, T., Kita, T., Nishi, E. Nardilysin regulates axonal maturation and myelination in the central and peripheral nervous system. Nat. Neurosci. 12, 1506-1513 (2009).
- Tanaka, H., Ma, J., Tanaka, K. F., Takao, K., Komada, M., Tanda, K., Suzuki, A., Ishibashi, T., Baba, H., Isa, T., Shigemoto, R., Ono, K., Miyakawa, T., Ikenaka, K. Mice with altered myelin proteolipid protein gene expression display cognitive deficits accompanied by abnormal neuron-glia interactions and decreased conduction velocities. J. Neurosci. 29, 8363-8371 (2009).
- Sagata, N., Iwaki, A., Aramaki, T., Takao, K., Kura, S., Tsuzuki, T., Kawakami, R., Ito, I., Kitamura, T., Sugiyama, H., Miyakawa, T., Fukumaki, Y. Comprehensive behavioural study of GluR4 knockout mice: implication in cognitive function. Genes. Brain Behav. 9, 899-909 (2010).
