הערכת זיכרון מרחבי פגיעה במודל עכבר של פגיעה מוחית טראומטית באמצעות מבוך רדיאלי מים רדיאלי
Summary
כאן אנו מציגים פרוטוקול לבדיקת עכבר ספציפית של קוגניציה שאינה דורשת שחייה. בדיקה זו יכולה לשמש כדי להבדיל בהצלחה מבוקרת קליפת המוח המושרה עכברים פגיעה מוחית טראומטית מ שולטת בושה.
Abstract
למרות הגידול האחרון בשימוש במודלים של עכברים במחקר מדעי, החוקרים ממשיכים להשתמש במשימות קוגניטיביות שתוכננו במקור ואומתו לשימוש בעכברים. מבחן המבוך של מים רדיאליים (RWT) של זיכרון מרחבי (שתוכנן במיוחד לעכברים ואינו דורש שחייה) הוכח בעבר כדי להבחין בהצלחה בין עכברי TBI הנגרמים על ידי קליפת המוח לבין פקדי הדמה. הנה, פרוטוקול מפורט עבור משימה זו מוצג. המבוך RWT מנצל את הנטייה הטבעית של עכברים כדי למנוע שטחים פתוחים לטובת חיבוק הצדדים של מכשיר (thigmotaxis). קירות המבוך מרופדים עם תשעה חורי בריחה המונחים מעל רצפת המנגנון, ועכברים מאומנים להשתמש ברמזים חזותיים כדי לאתר את בור הבריחה המוביל מהמבוך. המבוך הוא מלא סנטימטר של מים קרים, מספיק כדי להניע לברוח אבל לא עמוק מספיק כדי לדרוש כי העכבר לשחות. תקופת הרכישה דורשת רק ארבעה אימוניםימים, עם מבחן לשמירת זיכרון ביום 5 ומבחן זיכרון לטווח ארוך ביום 12. התוצאות המדווחות כאן מראים כי מבוך RWT הוא חלופה אפשרית לבדיקות קוגניטיביות מאומתות, המבוססות על שחייה, המבוססות על עכברים, בהערכת המרחב גירעונות זיכרון מודלים העכבר של TBI.
Introduction
ליקויים בזיכרון הם בין התסמינים הנפוצים ביותר המדווחים על ידי חולים בעקבות פגיעה מוחית טראומטית (TBI) 1 , 2 . זיהוי מדויק והערכה של גירעונות זיכרון אנלוגיים במודלים של בעלי חיים של TBI, אם כן, חיוניים להבנת מצב זה וניהולו. כאן, אנו מציגים פרוטוקול לבדיקת זיכרון מרחבי במודל עכבר של TBI באמצעות מבוך מים רדיאלי (RWT). מנגנון זה הוצג בעבר להעריך ליקויים קוגניטיביים בעכברי מודל השפעת קליפת מוח מבוקר (CCI) -induced 3 TBI, ומהווה חלופה פוטנציאל-תוקף חולדה, לשחות מבוססות בדיקות של קוגניציה.
המגוון הגובר והזמינות של מודלים עכבר מהונדס הוביל לעלייה האחרונה בשימוש עכברים על חולדות במחקר מדעי 4 . למרות השינוי הזה, החוקרים ממשיכים להסתמך על התנהגותי אNd משימות קוגניטיביות אשר תוכננו במקור ואומתו לשימוש חולדה. המבחנים הנפוצים ביותר המשמשים כיום להערכת הקוגניציה בעכברים, מבוך המים של מוריס (MWM) והמבוך המעגלי של בארנס, תוכננו במיוחד כדי לנצל את ההתנהגויות האינסטינקטואליות שנמצאו בחולדות 5 , 6 . בהתחשב בהבדלים גנטיים, neuroethological, וקוגניטיביות הקיימים בין שני אלה מינים 4, אין זה מפתיע כי עכברים בעקביות תשואת חסר על משימות אלה 7, 8.
הבדלים תלויי המינים ביכולת הבדיקה הם בעיקר לגבי בדיקות קוגניטיביות מבוססות שחייה, כגון MWM. בעוד שני עכברים ועכברים הם שחיינים בקיאים, החוקרים זיהו כמה זני עכברים שמבצעים בצורה גרועה בצורה גרועה במשימות קוגניטיביות מבוססות שחייה 9 , 10 , </Sup> 11 , 12 , 13 . אפילו חיות בר wild-type, חולדות בדרך כלל בביצועיו של עכברים 7 , 8 . אמנם זה יכול להתפרש ההבדל המינים ספציפיים בזיכרון המרחבי, מעקב מעקב מקביל באמצעות מבוך יבש יבש לא גילה הבדלים תלויי מין בביצועים הקוגניטיביים 8 . מספר גורמים שאינם קשורים לקוגניציה יכולים להסביר את הממצא הזה, כולל הבדלים תלויי מין, בין ביכולת שחייה ובין באסטרטגיית חיפוש. ואכן, ניתוח גורמים של אסטרטגיות חיפוש ספציפיות לעכבר ב MWM הראה כי גורמים לא קוגניטיביים (בפרט, thigomotaxis ו פסיביות [ כלומר , צף]) עשוי לשחק תפקיד משמעותי יותר בביצועים MWM מאשר למידה מרחבית 14 .
כאן, אנו מדגימים את השימוש במבחן קוגניטיבי שנועד לנצל את ה – inהתנהגות של עכברים, אשר אינו מחייב שחייה, כדי למדוד פגיעה בזיכרון המרחבי במודל עכבר של CCI- המושרה TBI. בעוד מבוך RWT ( איור 1 A-B ) נתפס כמו היברידית הרומן של מבוך מעגלי MWM ו בארנס, זה תוכנן במיוחד כדי לנצל את התנהגות thigmotactic אינסטינקטיבית לעכברים 15 , 16 . המנגנון מורכב בקוטר 32 אינץ 'מגולוון פלדה פלדה שבו תשעה חורים יציאת רווח שווה כבר משועמם. החורים מרוכזים 2-1 / 4 אינץ 'מעל רצפת האמבט והם בגודל כדי להתאים בדרך כלל זמין 1-1 / 2 אינץ' ABS DWV SPG x מתאמי מלכודת SJ. שמונה מן היציאות הם capped מבחוץ ו עיוור עד לעומק של 1 אינץ 'עם פקקים גומי. התשיעי מחובר על ידי 90 ° acrylonitrile butadiene סטירן (ABS) מרפק אל תיבת פלסטיק אטומה שממנו העכבר ניתן להסיר בקלות לאחר בדיקה. במהלך אתקופת רכישה קצרה, העכבר מאומן להשתמש רמזים חזותיים ייחודי רירית מבוך כדי לאתר את תיבת לברוח. במהלך הבדיקה, המבוך הוא מלא סנטימטר של מים קרים (12-14 מעלות צלזיוס), מספיק מרתיעה מספיק כדי לקדם את הבריחה, אבל לא עמוק מספיק כי העכבר נדרש לשחות.
המבוך RWT מייצג חלופה בעלות נמוכה, תחזוקה נמוכה MWM, והוא שימש בהצלחה בעכברים מהונדסים בגילאי 15 , 17 , 18 , 19 ו- CCI-Induced של TBI 3 . פרוטוקול המתואר כאן מייצג שיטה פשוטה ויעילה למדידת פגיעה בזיכרון המרחבי הדורש שום הכשרה לפני הפציעה, והוא יכול להיות שונה בקלות כדי להתאים לצרכים הספציפיים של מעבדה מחקרית.
Protocol
Representative Results
Discussion
פרוטוקול מבוך RWT המוצג כאן מבדיל בהצלחה בין CCI- המושרה עכברים TBI ו שולטת שולטת, ומייצג חלופה, מעשית, מרכז, העכבר למבוך מעגלי MWM ו בארנס. בעוד התוצאות המדווחות כאן לדבר רק על השימוש במבוך RWT במודל עכבר TBI, מכשיר זה שימש בהצלחה במודלים מיושנים ו מהונדס שבו מתח נגרם עקב אי-תאי?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
מחקר זה נתמך על ידי המכון למדעי בריאות טרנסלציוניית (Pilot), פרויקט מענקי הזדמנות מענקי (UL1TR000423), המרכז לאוניברסיטאות וושינגטון על התפתחות אנושית ומוגבלות, ואת אוניברסיטת וושינגטון התנהגות בעלי חיים Core ו- Brain Imaging Core. ברצוננו להודות לד"ר וורן לאדיג 'על תפקידו בפיתוח והפצה של העיצוב המבוך המקורי של מים רדיאליים במצעד ובפרוטוקול המוצג כאן. אנו מודים לטובי קול על עזרתו בפרויקט זה.
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).
