T-лабиринту Принудительное чередование и влево-вправо дискриминации Задачи для оценки рабочей и обращение к памяти у мышей
Summary
Эта статья представляет протокол T-лабиринту испытания с использованием модифицированной автоматизированной аппаратуры для оценки обучения и функции памяти у мышей.
Abstract
Принудительная смена и влево-вправо дискриминации задач с помощью T-лабиринту, широко используется для оценки работы и обращение к памяти, соответственно, у грызунов. В нашей лаборатории мы оценивали два типа памяти, в более чем 30 штаммов генетически модифицированных мышей с использованием автоматизированной версией этого аппарата. Здесь мы представляем модифицированные Т-лабиринт аппарат управляется компьютером с видео-системой слежения и наши протоколы в формат фильма. T-лабиринту аппарат состоит из взлетно-посадочных полос отгорожена от раздвижных дверей, которые могут автоматически открываться вниз, каждая из которых начала окна, Т-образной аллее, две коробки с автоматы шарик на одной стороне коробки, и два Г-образных аллеи . Каждая Г-образной аллее связано с началом окно так, что мыши могут вернуться в начало окна, что исключает эффект экспериментатора обработки на поведение мыши. Этот аппарат также имеет то преимущество, что в естественных условиях микродиализа, в естественных условиях электрофизиологии и optogenetics техничiques может быть выполнена в течение T-лабиринту производительности, так как двери предназначены для спуститься на пол. В этом фильме статье мы описываем T-лабиринту задач с помощью автоматизированного оборудования и Т-лабиринт производительности α-CaMKII + / – мышей, которые, по сообщениям, чтобы показать рабочую память дефицит в восемь рук радиальная задача лабиринта. Наши данные показали, что α-CaMKII + / – мышей показало дефицит рабочей памяти, но не нарушение ведения памяти и совместимы с предыдущими результаты, используя восемь рук радиальная задача лабиринт, который поддерживает справедливость нашего протокола. Кроме того, наши данные показывают, что мутанты, как правило, демонстрируют изменение дефицита обучения, предполагая, что α-CaMKII уменьшить дефицит вызывает поведенческих гибкость. Таким образом, Т-лабиринте с помощью модифицированного автоматического аппарата используется для оценки работы и обращения к памяти и поведенческой гибкости у мышей.
Protocol
Discussion
Принудительная смена и влево-вправо дискриминации задач с помощью T-лабиринту широко используется для оценки работы и обращение к памяти, соответственно, в 4,5 грызунов. В T-лабиринту задач, известно, что грызуны могут использовать различные стратегии для выполнения задач, основанных на пространственных и не пространственных сигналов, таких как экстра-лабиринт сигналы, конфигурация помещения реплики, ориентирование в лабиринте, и так далее 6,7,8. Ориентация лабиринт в комнату и ее стабильности, наличие или отсутствие поляризационных сигналов в комнате, и способность грызунов видеть сигналы в комнате могут повлиять на стратегию. Таким образом, исследователи должны рассмотреть конфигурации и ориентации аппарата и сигналы в помещении при проведении эксперимента и интерпретации поведенческих данных. В нашей лаборатории, мы помещаем два аппарата лицом в одном направлении к стене в звуконепроницаемой комнате и набор объектов, таких как дверь в комнату, лампы дневного света на потолке, стенах комнаты, CCD камерыаппаратов, а также стойки для размещения мыши клетки, которые могут служить в качестве экстра-лабиринт пространственными аллюзиями на мышах (см. рисунок 1С).
Во многих случаях, T-лабиринту испытания были проведены вручную на человека экспериментатор следующим образом: в каждом испытании, экспериментатор ставит сахарозы гранул на продукты питания лоток и открывает двери гильотинного аппарата для запуска теста. Потом, когда мышь входит ни рук, экспериментатор закрывает двери, записи поведение мыши, и передает мыши из руки в начале окна вручную. Возможны смешанные переменные обработки взаимодействия с генотипом мыши или экспериментальные условия могут повлиять на Т-лабиринт производительности. За последние десятилетия изменение Т-лабиринте для непрерывного чередования задача, которая не предполагает ручной передачей предмета с целью руку к началу окна были использованы. 9-11 Даже тогда, когда аппарат, протоколы испытаний, и многие экологические переменные энергично приравнивается, станцииndardized поведенческие тесты не всегда дают аналогичные результаты в разных лабораториях 12,13. Конкретные экспериментаторов выполнения тестирования могут быть уникальными для каждой лаборатории, а также может влиять на поведение мышей. Кроме того, человек экспериментатор, как правило, склонны делать ошибки, такие как сахароза кладя шарик, открытие или закрытие других дверей, а также ошибки в отслеживания количества проб и хронометража. Для снижения влияния вмешивающихся факторов и возникновения человеческих ошибок, мы разработали и использовали автоматизированные T-лабиринт аппарата контролируется видео-система слежения с помощью программы изображения TM. Улучшение T-лабиринту аппарат также имеет преимущества, которые позволяют использовать микродиализа, электрофизиологии и optogenetics методы в T-лабиринту производительности, так как двери предназначены для спуститься на пол. Таким образом, автоматизированный аппарат является полезным инструментом для облегчения изучения нейробиологии работы и обращение к памяти у грызунов.
Чтобы включить автоматическое и последовательное выполнение ряда испытаний в сессии, наши протоколы есть потенциальные недостатки. Например, в принудительной смене задачи, время для мышей, чтобы вернуться к S1 от А1 или А2 потенциально могут влиять на их производительность. Оно не может быть серьезной проблемой, однако, поскольку пребывание P1 и P2 область сама по себе может быть пространственной кий и длинный или короткий пребывание в любой области, в принудительного выбора перспективе не может изменить память нагрузки. Еще одна потенциальная проблема в том, что запах следа сделаны мышей, а не пространственной рабочей памяти, могут быть использованы. Однако, после того, как несколько испытаний, запах тропы могут быть перезаписаны несколько раз и станет трудно быть использованы в качестве реплики. Кроме того, в левой свет дискриминации задача, запах тропы могут служить обонятельные сигналы для мышей, чтобы найти расположение награду через последовательные испытания. Сигналы могут повлиять на обучение и память процесса через испытания в сессии, которая потенциально может быть проблемой. Тем не менее,мышей не может использовать стратегию запах следа в самом первом процессе в сессии, и поэтому спектакли первого испытания будет служить показателем, который лишен возможности использования стратегии след запаха.
Как показано на представителя результаты, процент правильных ответов контрольных мышей C57BL/6J постепенно увеличивается между сеансами в обе задачи. Полученные результаты подтверждают, что C57BL/6J мышей может научиться делать правильный выбор в модифицированной автоматической T-лабиринту. В этом исследовании мышей осталась на уровне около 80% правильный выбор и не более даже после обширного обучения (см. Рисунок 2А). Учитывая то, что они держат показаны некоторые упущение ошибки всей тренировки, их мотивация не может быть настолько высокой, для мышей, чтобы достичь более высокого уровня производительности. В вынужденной сменой задач, α-CaMKII + / – мышах показали более низкий процент правильных ответов, чем у контрольных мышей. Таким образом, мутантные мыши отображается нарушения производительности по сравнению с контрольными мышами в этом тапятнистый Этот результат согласуется с предыдущими данными, полученными в восемь рук радиальных лабиринте 2,14, что обеспечивает дальнейшее доказательство того, что α-CaMKII дефицит порождает дефицит в рабочей памяти и вынужден чередование задач в автоматизированной T-лабиринту аппарат с высокой точностью определяет рабочей памяти дефицита мутантных мышей. В лево-правой дискриминации задачи, результаты показывают, что α-CaMKII дефицит дозы не влияет на обращение к памяти. Как видно из результатов обращения обучения сессий, однако, α-CaMKII дефицит может снизить гибкость поведенческих. Мутантных мышей также отображается больше ошибок, чем бездействие контрольных мышей в ходе сессии разворот обучения. Увеличение числа бездействие ошибки могут уменьшить возможность узнать, какие руки связано с наградой. Таким образом, задержка приобретения обучения может быть связано с увеличением числа бездействия ошибки во время начальной сессии, но не нарушение разворот лзарабатывать. Другая возможность состоит в том, что мутанты можно спутать с изменением в правилах, которые могут вызвать упущения и вмешиваться в исполнительную функцию. Таким образом, чтобы сделать обоснованный вывод, пропуск ошибки должны быть рассмотрены, а также правильный выбор процент.
Программа генерирует изображения ТМ дополнительные результаты для задержки и расстояния до завершения сессии, а также процент правильных ответов и количество бездействия ошибки. Различия в задержки и расстояния до завершения сессии не может быть истолковано как разница в уровне двигательной активности, тенденция к импульсивным выбор оружия, мотивация для выполнения этой задачи, привыкание к уровню задач, различные стратегии обучения и т.д. Что касается Представитель результаты, α-CaMKII + / – мышах показали короткие задержки и короче расстояние, чем в контрольной группе. На самом деле, α CaMKII + / – мышах показали hyperlocomotor активностью по сравнению с тОн контрольных мышей 3 и этот фенотип может лежать в основе различий в показателях.
В нашей лаборатории, мы оценили более 36 штаммов генетически модифицированных мышей и дикого типа контрольных мышей в Т-лабиринт тест с использованием автоматизированных аппаратов для выяснения связи между генами, мозг и поведение 15,16. Мы получили большой набор исходных данных более 1200 мышей, и сообщили данные для T-лабиринту производительности в нескольких штаммов мутантных мышей 3,16-22. Данные штаммы уже опубликованы в научной статье, включены в "Мышь поведенческие базы фенотип», как базы данных (URL: http://www.mouse-phenotype.org/~~V ). Некоторые исследования показали, что мыши с мутантным DTNBP1 1 Nrd1 20 или 21 Plp1 генов показывают дефицит рабочей памяти. Таким образом, наш стандартный протокол для T-лабиринту задач автоматизированногоаппарат предназначен для выявления генетических эффектов на функцию памяти между мутантом и мышей дикого типа управления. Поведенческих протоколы испытаний должны быть стандартизированы, реплицируются, и результаты были сопоставлены между лабораториями. Улучшение T-лабиринт аппарата приводит к автоматизации процедур испытаний, которые могут способствовать стандартизации протоколов, используемых по всей лаборатории.
Как показано в этом видео статьи, текущая версия аппаратной и программной может позволить нам для тестирования черного или агути мышей, но не белых мышей. Теперь мы производим модифицированную версию системы, позволяющей белых мышей к тестированию. Система имеет преимущество, что в естественных условиях микродиализа, в естественных условиях электрофизиологии и optogenetics эксперименты могут быть выполнены в течение T-лабиринту тестирования, так как двери предназначены для спуститься под полом. Например, некоторые исследователи могут попытаться исследовать электрофизиологических свойств нейронов в гиппокампе при выборе оружияхотя некоторые улучшения аппарата могут быть необходимы для минимизации электрических помех от двери и гранул приводов удаление механизма.
Взятые вместе, T-лабиринту вынуждены чередование и влево-вправо дискриминации задач с помощью автоматических аппаратов изменения полезны для оценки работы и обращения к памяти и поведенческой гибкости у мышей.
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Мы благодарим Кадзуо Наканиши за помощь в разработке программы изображения TM для поведенческого анализа. Это исследование было поддержано грантом-в-помощь для исследований разведочных (19653081), Грант-в-помощь по научным исследованиям (B) (21300121), дотация для научных исследований в инновационных областях (Комплексная сеть науки о мозге) от Министерство образования, науки, спорта и культуры Японии, грант от Японского Центра Нейроинформатика (NIJC) и грантов от CREST и BIRD Японии науки и технологий агентства (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).
