تقييم انخفاض الذاكرة المكانية في نموذج الماوس من إصابات الدماغ الصدمة باستخدام متاهة فقي المياه شعاعي
Summary
هنا نقدم بروتوكول لاختبار الماوس محددة من الإدراك الذي لا يتطلب السباحة. ويمكن استخدام هذا الاختبار لتمييز بنجاح الفئران إصابة الدماغ الناجم عن تأثير القشرية التي تسيطر عليها من الضوابط صورية.
Abstract
وعلى الرغم من الزيادة الأخيرة في استخدام نماذج الفأر في البحث العلمي، إلا أن الباحثين يواصلون استخدام المهام المعرفية التي صممت أصلا وتم التحقق من صحتها لاستخدام الفئران. وقد تبين اختبار متاهة المياه شعاعي (روت) من الذاكرة المكانية (المصممة خصيصا للفئران والتي لا تتطلب السباحة) سابقا للتمييز بنجاح بين الفئران تبي التي تسيطر عليها تأثير القشرية والضوابط التي تسيطر عليها. وهنا يقدم بروتوكول مفصل لهذه المهمة. المتاهة روت تستفيد من الميل الطبيعي للفئران لتجنب المناطق المفتوحة لصالح تعانق جانبي جهاز (ثيغموتاكسيس). تصطف جدران المتاهة مع تسعة فتحات الهروب وضعت فوق أرضية الجهاز، ويتم تدريب الفئران لاستخدام الإشارات البصرية لتحديد موقع حفرة الهروب الذي يؤدي للخروج من المتاهة. يتم تعبئة متاهة مع شبر واحد من الماء البارد، كافية لتحفيز الهروب ولكن ليس عميقا بما يكفي لتتطلب أن السباحة الفأر. تستغرق فترة الاستحواذ أربعة تدريب فقطأيام، مع اختبار الاحتفاظ الذاكرة في اليوم الخامس واختبار الذاكرة على المدى الطويل في يوم 12. تشير النتائج الواردة هنا إلى أن متاهة روت هو بديل ممكن للاختبارات المعتمدة على الفئران، والسباحة المعرفية القائمة على السباحة في تقييم المكاني العجز في الذاكرة في نماذج الماوس من تبي.
Introduction
ضعف الذاكرة هي من بين الأعراض الأكثر شيوعا التي أبلغ عنها المرضى بعد إصابات الدماغ الصدمة (تبي) 1 ، 2 . ولذلك فإن التحديد الدقيق والتقييم لعجز الذاكرة المماثل في النماذج الحيوانية من تبي، ضروريان لفهمنا لهذا الشرط وإدارته. هنا، نقدم بروتوكول لاختبار الذاكرة المكانية في نموذج الماوس من تبي باستخدام متاهة المياه شعاعي (روت). وقد عرض هذا الجهاز في السابق لتقييم العجز المعرفي في نماذج الماوس من تأثير القشرية التي تسيطر عليها (تسي) التي يسببها تبي 3 ، ويمثل بديلا محتملا للاختبارات المصادقة على الفئران، والسباحة من الإدراك.
وقد أدى التنوع المتنامي وتوافر نماذج الماوس المعدلة وراثيا إلى زيادة في الآونة الأخيرة في استخدام الفئران على الفئران في البحث العلمي 4 . وعلى الرغم من هذا التحول، يواصل الباحثون الاعتماد على السلوكية أوالمهام المعرفية التي صممت أصلا والتحقق من صحتها لاستخدام الفئران. الاختبارات الأكثر شيوعا المستخدمة حاليا لتقييم الإدراك في الفئران، موريس المياه المتاهة (موم) ومتاهة بارنز دائرية، صممت خصيصا للاستفادة من السلوكيات الغريزية الموجودة في الفئران 5 ، 6 . وبالنظر إلى الاختلافات الوراثية، العصبية، والمعرفية التي توجد بين هذين النوعين 4 ، فإنه ليس من المستغرب أن الفئران على نحو مستمر أداء أقل على هذه المهام 7 ، 8 .
الاختلافات التي تعتمد على الأنواع في القدرة على الاختبار هي ذات أهمية خاصة في الاختبارات المعرفية القائمة على السباحة، مثل موم. في حين أن الفئران والفئران على حد سواء السباحين بارعة، وقد حدد الباحثون العديد من سلالات الماوس التي أداء سيئة بشكل ملحوظ على المهام المعرفية على أساس السباحة 9 ، 10 ، </سوب> 11 ، 12 ، 13 . حتى في الحيوانات من نوع البرية، الفئران عموما تتفوق على الفئران 7 ، 8 . في حين أن هذا يمكن أن يفسر على أنه فرق نوع معين في الذاكرة المكانية، اختبار المتابعة مماثلة باستخدام متاهة الأرض الجافة كشفت أي اختلافات تعتمد على الأنواع في الأداء المعرفي 8 . وهناك عدد من العوامل التي لا علاقة لها بالإدراك يمكن أن تمثل هذه النتيجة، بما في ذلك الاختلافات التي تعتمد على الأنواع في إما القدرة على السباحة أو استراتيجية البحث. في الواقع، تحليل عامل استراتيجيات البحث الماوس محددة في موم تبين أن العوامل غير المعرفية (على وجه الخصوص، ثيغوموتاكسيس والسلبية [ أي ، العائمة]) قد تلعب دورا أكثر أهمية في أداء موم من التعلم المكاني 14 .
هنا، ونحن نبرهن على استخدام اختبار المعرفي مصممة للاستفادة من فيالسلوك الغريني للفئران، والتي لا تتطلب السباحة، لقياس ضعف الذاكرة المكانية في نموذج الماوس من تسي التي يسببها تبي. في حين تم تصور متاهة روت ( الشكل 1 A-B ) باعتباره هجين رواية من متوم و بارنز المتاهة الدائرية، تم تصميمه خصيصا للاستفادة من السلوك ثيغموتاكتيك غريزية للفئران 15 ، 16 . يتكون الجهاز من 32 بوصة قطرها الصلب المجلفن الحوض الذي تسعة بالملل الثقوب خروج متباعدة بالتساوي. وتتركز الثقوب 2-1 / 4 بوصة فوق أرضية الحوض وحجمها لتناسب عادة المتاحة 1-1 / 2 بوصة عبس دوف سبغ × سج محولات فخ. ثمانية من المخارج توج من الخارج وعمى عمق 1 بوصة مع سدادات مطاطية. يتم توصيل التاسع من قبل 90 درجة أكريلونيتريل بوتادين الستايرين (عبس) الكوع إلى مربع من البلاستيك مبهمة من الماوس الذي يمكن إزالتها بسهولة بعد الاختبار. على مدار أفترة اكتساب قصيرة، يتم تدريب الماوس لاستخدام الإشارات البصرية فريدة من نوعها بطانة المتاهة لتحديد موقع هذا المربع الهروب. خلال الاختبار، يتم تعبئة متاهة مع شبر واحد من الماء البارد (12-14 درجة مئوية)، بما فيه الكفاية عافية بما فيه الكفاية لتعزيز الهروب، ولكن ليس عميقا بما فيه الكفاية أن الفأر هو مطلوب للسباحة.
متاهة روت يمثل منخفضة التكلفة، وبدائل صيانة منخفضة ل موم، وقد استخدمت بنجاح في الفئران القديمة و المعدلة وراثيا 15 ، 17 ، 18 ، 19 ، و تسي التي يسببها نماذج الماوس من تبي 3 . بروتوكول المبينة هنا يمثل طريقة بسيطة وفعالة لقياس ضعف الذاكرة المكانية التي لا تتطلب التدريب قبل الإصابة، ويمكن تعديلها بسهولة لتتناسب مع الاحتياجات الخاصة لمختبر البحوث.
Protocol
Representative Results
Discussion
بروتوكول متاهة روت المقدمة هنا يميز بنجاح بين تسي التي يسببها الفئران تبي وضوابط صورية، ويمثل بديلا، مرتكزة على الماوس، بديل ل موم و بارنز المتاهة دائرية. في حين أن النتائج المبلغ عنها هنا تتحدث فقط إلى استخدام متاهة روت في نموذج الفأر تبي، وقد تم استخدام هذا الجهاز ?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
وقد دعم هذا البحث من قبل معهد العلوم الصحية الانتقالية فرصة منحة مشروع رائد (UL1TR000423)، وجامعة مركز واشنطن للتنمية البشرية والإعاقة، وجامعة واشنطن السلوك السلوك الحيوان والتصوير الدماغ الأساسية. نود أن نعترف الدكتور وارن لاديجيس لدوره في تطوير ونشر الأصلي متاهة المياه شعاعي تصميم المتاهة والبروتوكول المقدمة هنا. كما نشكر توبي كول على مساعدته في هذا المشروع.
Materials
| 35 Gal. Hot Dipped Steel Round Tub | Home Depot | Internet #206638142 | Needed: 1 |
| 1-1/2 in. ABS DWV SPG x SJ Trap Adapter | Home Depot | Internet #100344703, Store SKU #188956 | Needed: 9 |
| 1-3/4 in. x 1-7/16 in. Black Rubber Stopper | Home Depot | Internet #100114974 Store SKU #755844 | Needed: 8 |
| 1-1/2 in. ABS DWV 90 Degree Hub x Hub Elbow | Home Depot | Internet #100346663 Store SKU #188603 | Needed: 1 |
| HDX 10 Gal. Storage Tote |
Home Depot | Internet #202523587 Store SKU #258804 Store SO SKU #258804 | Needed: 1 |
| Impact One Stereotaxic Impactor for CCI | Leica Biosystems | 39463920 | Needed: 1 |
| Vernier Stereotaxic w/ Manual Fine Drive Stereotaxic Instrument for Small Animals | Leica Biosystems | 39463001 | Needed: 1 |
References
- Levin, H. Neurobehavioral outcome of closed head injury: Implications for clinical trials. J. Neurotrauma. 12 (4), 601-610 (1995).
- Schretlen, D., Shapiro, A. A quantitative review of the effects of traumatic brain injury on cognitive functioning. Int Rev Psychiatry. 15 (4), 341-349 (2003).
- Cline, M. M., et al. Novel application of a radial water tread maze can distinguish cognitive deficits in mice with traumatic brain injury. Brain Res. 1657, 140-147 (2017).
- Ellenbroek, B., Youn, J. Rodent models in neuroscience research: Is it a rat race?. Dis. Model. Mech. 9 (10), 1079-1087 (2016).
- Morris, R. Developments of a water-maze procedure for studying spatial learning in the rat. J. Neurosci Methods. 11 (1), 47-60 (1984).
- Barnes, C. Memory deficits associated with senescence: A neurophysiological and behavioral study in the rat. J. Comp. Physiol. Psych. 93 (1), 74-104 (1979).
- Frick, K., Stillner, E., Berger-Sweeney, J. Mice are not little rats: Species differences in a one-day water maze task. Neuroreport. 11 (16), 3461-3465 (2000).
- Whishaw, I., Tomie, J. Of Mice and Mazes: Similarities Between Mice and Rats on Dry Land But Not Water Mazes. Physiol Behav. 60 (5), 1191-1197 (1995).
- Francis, D., Zaharia, M., Shanks, N., Anisman, H. Stress-induced disturbances in Morris water-maze performance: Interstrain variability. Physiol Behav. 58 (1), 57-65 (1995).
- Wahlsten, D., Rustay, N., Metten, P., Crabbe, J. In search of a better mouse test. Trends Neurosci. 26 (3), 132-136 (2003).
- Crawley, , et al. Behavioral phenotypes of inbred mouse strains: implications and recommendations for molecular studies. Psychopharmacology. (Berl). 132 (2), 107-124 (1997).
- Wahlsten, D., et al. Different data from different labs: lessons from studies of gene-environment interaction. J. Neurobiol. 54 (1), 283-311 (2002).
- Rogers, D. C., et al. Use of SHIRPA and discriminant analysis to characterise marked differences in the behavioural phenotype of six inbred mouse strains. Behav Brain Res. 105 (2), 207-217 (1999).
- Wolfer, D. P., Stagljar-Bozicevic, M., Errington, M. L., Lipp, H. Spatial Memory and Learning in Transgenic Mice: Fact or Artifact?. Physiology. 13 (3), 118-123 (1998).
- Koopmans, G., Blokland, A., Vannieuwenhuijzen, P., Prickaerts, J. Assessment of spatial learning abilities of mice in a new circular maze. Physiol Behav. 79 (4-5), 683-693 (2003).
- Deacon, R., Rawlins, N. Learning impairments of hippocampal-lesioned mice in a paddling pool. Behav Neurosci. 116 (3), 472-478 (2002).
- Pettan-Brewer, C., et al. A novel radial water tread maze tracks age-related cognitive decline in mice. Pathobiol Aging Age Relat Dis. 3, 1-4 (2013).
- Wiley, J., Pettan-Brewer, C., Ladiges, W. Phenylbutyric acid reduces amyloid plaques and rescues cognitive behavior in AD transgenic mice. Aging Cell. 10 (3), 418-428 (2011).
- Enns, L., et al. Disruption of Protein Kinase A in Mice Enhances Healthy Aging. PLoS ONE. 4 (6), (2009).
- Ivonen, H., Nurminen, L., Harri, M., Tanila, H., Puolivali, J. Hypothermia in mice tested in Morris water maze. Behav Brain Res. 141 (2), 207-213 (2003).
- Shultz, S. R., et al. Granulocyte-macrophage colony-stimulating factor is neuroprotective in experimental traumatic brain injury. J Neurotrauma. 31 (10), 976-983 (2014).
