Unter Verwendung der modifizierten T-Maze um Funktionsgedächtnis Ergebnisse nach Herzstillstand zu bewerten
Summary
Dieses Protokoll beschreibt die Verwendung einer modifizierten T-maze lernen/Funktionsgedächtnis in Asphyxie Herzstillstand-induzierte zerebraler Ischämie zu bewerten.
Abstract
Hintergrund: Bewertung leichte bis moderate kognitive Beeinträchtigung in einem globalen zerebralen Ischämie (d.h. Herzstillstand) Modell kann wegen schlechten Fortbewegung nach der Operation sein. Z. B. Ratten, die chirurgische Eingriffen unterzogen werden und unterliegen der Morris-Wasser-Irrgarten zu schwimmen, möglicherweise nicht so stornieren das Experiment.
Neue Methode: Wir etabliert einen veränderten Verhaltens spontane Wechsel-T-maze-Test. Der große Vorteil des modifizierten T-maze-Protokolls ist seine relativ einfaches Design, das stark genug, um lernen/Funktionsgedächtnis nach Ischämie zu bewerten ist. Darüber hinaus ist die Datenanalyse einfach und unkompliziert. Wir haben die T-maze bestimmen, die Ratten lernen/Gedächtnisdefizite sowohl in das Vorhandensein oder Fehlen von leicht bis mittelschwer (6 min) asphyktisch Herzstillstand (ACA). Ratten haben eine natürliche Tendenz zur Exploration und untersuchen die Alternative Arme in der T-maze, während hippocampal lesioned Ratten neigen dazu, anzunehmen, eine Seite-Präferenz führt verringerte spontane Wechsel Verhältnisse, enthüllt die hippocampal-bezogenen Lernen/Funktionsgedächtnis in das Vorhandensein oder Fehlen von ACA.
Ergebnisse: ACA Gruppen haben höhere Seite Preference-Verhältnisse und unteren Wechsel im Vergleich zur Kontrolle.
Vergleich mit bestehenden Methode(n): The Morris Wasser und Barnes Labyrinth sind prominenter zur Beurteilung lernen/Memory-Funktion. Der Morris-Wasser-Irrgarten ist jedoch mehr Stress als andere Labyrinthe. Das Barnes Labyrinth ist weit verbreitet, Referenz (Langzeit-) Speicher, zu messen, während ACA-induzierte neurokognitive Defizite zu arbeiten (Kurzzeitgedächtnis) näher verwandt sind.
Fazit: Wir haben eine einfache, aber effektive Strategie, um abzugrenzen, arbeiten (Kurzzeitgedächtnis) über die T-maze in unserem globalen zerebralen Ischämie-Modell (ACA) entwickelt.
Introduction
Laut der American Heart Association (2017), Herzstillstand (CA)-induzierte Mortalität tritt alle vier Minuten und wirkt sich auf mehr als 400.000 Menschen pro Jahr in den Vereinigten Staaten1. Es ist gut dokumentiert, dass CA dazu führen, neuronale Hirnschädigung infolge unzureichender Blut Perfusion2,3,4 dass kann. CA-induzierten-Hirn-Trauma auftritt in der Ischämie-Sensitive CA1-Region des Hippocampus5,6,7, die Neuronen, die für lernen und Gedächtnis8,9von entscheidender Bedeutung sind, 10,11,12. Darüber hinaus spielt der Verlust der dendritischen Spine Stromdichte, ischämischen Bedingungen im Hippocampus (d.h. CA1 Neuronen), eine entscheidende Rolle in räumliche Gedächtnis Beeinträchtigung13,14,15. Aufgrund dieser pathologischen Veränderungen nach CA Verhaltens Störungen wie: Angst, Depression, posttraumatische Belastungsstörung und Gedächtnisverlust kommen häufiger. Zwar gab es Fortschritte in der Medizintechnik (d.h. effiziente ambulante Dienst), die mit verbesserter CA-Überlebensraten korrelieren, scheitern die meisten neuroprotektive Behandlungen (mit Ausnahme von Hypothermie) zur Verbesserung der funktionellen Ergebnisse nach CA16 ,17. CA Überlebenden in der Regel haben eine schlechte Qualität des Lebens, und sind mit zusätzlichen medizinischen16Ausgaben belastet.
Kognitiven Status Bewertungen für zerebrale Ischämie über Verhaltensstörungen Tests sind wichtig für beide Wirksamkeit von Medikamenten zu bestimmen und letztlich eine erfolgreiche klinische Studie zu entwickeln. In den 1940er Jahren entwarf Edward Tolman die erste Verhalten-Studie, Hippocampus-basierte räumliche Gedächtnis18zu studieren. Anschließend wurden verschiedene Labyrinthe (d. h. Morris Wasser-Irrgarten, radiale Labyrinth, T oder Y-Labyrinth, und Barnes Labyrinth) entwickelt, um hippocampal-basierte räumliche lernen und Gedächtnis bei Ratten19,20,21,22 bewerten ,23. Eines der gängigsten Verhaltens Test ist der Morris-Wasser-Irrgarten, der räumlichen Lernens untersucht und Speicher in der Ratte Modelle24. Der Morris-Wasser-Irrgarten erfordert jedoch die Ratte zu schwimmen und volle Motorik und Kontrolle ausüben. Für Ischämie Experimente wie das Modell asphyktisch Herzstillstand (ACA, einem Rattenmodell der CA) Kanülierung der Femoral Arterie/Vene müssen wichtige Blutdruck, Blutgase und Einführung von verschiedenen Drogen zu erhalten. Der Morris-Wasser-Irrgarten sind möglicherweise nicht das geeignetste, kognitive Beeinträchtigungen unter ACA zu testen, da Femoral Arterie/Vene Kanülierung Bein Mobilität Rendern die Ratte Fähigkeit, richtig zu schwimmen hemmen kann.
Das Barnes Labyrinth ist der anderen weit verbreiteten Verhaltens Test, räumliche lernen und Gedächtnis bei Nager-Modelle zu prüfen. Das Barnes Labyrinth erfordert keine Anstrengung der vollen motorischen Funktion und Kontrolle, und damit weniger belastend als Morris Wasser-Irrgarten. In der Vergangenheit führten wir Experimente mit dem Barnes Labyrinth um festzustellen, ob lernen/Funktionsgedächtnis Unterschiede zwischen auftreten Kontrolle oder Schein versus ACA-induzierte Ratten. Die Daten erhalten, für das Barnes Labyrinth nicht die Auflösung testen kognitive Beeinträchtigungen nach leichten bis moderaten ACA, da das Barnes Labyrinth weit verbreitet ist, Messen Sie Referenz (langfristig) Speicher25,26, zwar ACA-induzierte neurokognitive Defizite mehr eng mit arbeiten (kurzfristig) Speicher27,28,29,30 darauf hindeutet, dass das Barnes Labyrinth weniger rentabel für die Beurteilung der Memory-Funktion in unseren ACA Modell.
Wir haben somit eine modifizierte T-maze mit spontanen Wechsel Test auszuwertende arbeiten (Kurzzeitgedächtnis) nach ACA entwickelt. Modifizierter T-maze spontane Wechsel Test Hauptvorteil ist seine Einfachheit und minimale Belastung auf die Ratten im Vergleich zu anderen Verhaltensstörungen Tests, da die modifizierte T-maze keine tierischen Vorbildung als auch so schwer rechnerische erfordert Analyse oder Sub-Routinen (d.h. video Imaging der Ratte) je nach Bedarf durch den Morris Wasser-Irrgarten und Labyrinth Barnes. Hier zeigen wir, dass die modifizierte T-maze spontane Wechsel Test eine einfache und doch hoch effiziente Verhaltens Testversion Paradigma, die bieten genügend Auflösung genau zu erkennen und bewerten hippocampal Funktion in Krankheiten, die Verlust des phosphoreszierenden Gedächtnisses führen (d. h. ACA).
Protocol
Representative Results
Discussion
In der vorliegenden Studie im Vergleich zu Deacon und Rawlins Protokoll31wurden Änderungen vorgenommen. Der 3D-Drucker wurde verwendet, um die T-maze zu bauen. Der 3D-Druck bietet erschwingliche und kostengünstige Alternativen zu kommerzialisierten T-maze. Um Ratten Angst während des Tests zu reduzieren, wurde die T-maze in den dunklen Raum mit Mindestbeleuchtung durchgeführt. Sobald die Ratte einem der Arme Ziel eingegeben, blockiert wir sanft den gegnerischen Arm. Dies vermeidet möglich Str…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Diese Arbeit wurde unterstützt durch die nationalen Institute der Gesundheit/National Institute of Neurological Disorders und Schlaganfall gewähren 1R01NS096225-01A1, gewährt der American Heart Association AHA-13SDG1395001413, AHA-17GRNT33660336, AHA-17POST33660174, die Louisiana State University Grant in Aid Research Council, The Malcolm Feist Cardiovascular Research Fellowship und Evelyn F. McKnight Brain Institute.
Materials
| 3D Printer | MakerBot | Replicator | Fifth generation |
| 3D Printer Filament | Hatchbox | PLA, 1.75 mm filament diameter | |
| 200 Proof Pure Ethanol | Koptec | V1005SG | |
| Sani-Chips | PJ Murphy-Forest Products | Size: 8 to 20 mesh; 2.2 cubic foot/package; autoclavable bags | |
| Rat | Charles River Laboratories | Sprague-Dawley | |
| Vecuronium bromide | Sun Pharmaceutical | 47335-931-40 | 10 mg |
| Epinephrine | Par Pharmaceutical | 42023-103-01 | Adrenalin Chloride Solution 1 mg/mL, 1:1000 |
| Buprenorphine Hydrochloride Injection | Pfizer | 00409-2012-32 | 0.3mg/mL |
| SketchUp | Trimble Inc. | 3D modeling software | |
| VentElite Small Animal Ventilator | Harvard Apparatus | 55-7040 | Animals raging in size from mouse to guinea pig (10g to 1kg) |
| PowerLab 8/35 | Adinstruments | PL3508 | 8 analog input channels – 4 of which can be used in differential mode. |
| Bio Amps | Adinstruments | FE132 | The Bio Amp is a galvanically isolated, high-performance differential bio amplifier optimized for the measurement of a wide variety of biological signals such as ECG, EMG and EEG recordings. |
| Quad Bridge Amp | Adinstruments | FE224 | A four-channel, non-isolated bridge amplifier designed to allow the PowerLab to connect to most DC bridge transducers. |
| LabChart 8 | Adinstruments | ||
| ABL80 FLEX CO-OX blood gas analyzer | Radiometer | pH / p CO2 / p O2 | |
| SURFLO Teflon I.V. Catheter | Terumo | sc-361556 | Only use the flexible thin wall catheter (49-mm long) |
| Pipet/Infusion Needle | Hamilton | 7748-03 | 17-gauge; 93-mm long; 10-degree angle |
| Classic T3 Vaporizer | SurgiVet | VCT302 | Classic T3 Isoflurane Funnel Fill |
| ENVIRO-PURE Charcoal Canister | SurgiVet | 32373B10 | Designed to absorb waste anesthetic gas |
| O2 single flowmeter | SurgiVet | 32375B1 | 0-1000 mL |
| N2O Flowmeter | VetEquip | 401721 | 0-4LPM |
| Clay Adams Intramedic Luer-Stub Adapter (Sterile) | Becton Dickinson | 427565 | 23 gauge |
| Micro Forceps | Black and Black surgical | B3FRC-18 RM-8 | 7 1/4" (18 cm), 8mm RH, counterweight w/ guide pin 2mm, platform 6 x .3 mm, curved. |
| Halstead Mosquito Forceps | Roboz | RS-7111 | Curved; 5" Length, 1.3 mm tip diameter, 2.1 mm jaw width |
| Mixter Forceps | Roboz | RS-7291 | 5.25" Curved Extra Delicate, 1.1 mm tips |
| Castroviejo Micro Dissecting Spring Scissors | Roboz | RS-5650 | Straight, Sharp Points; 9 mm Cutting Edge; 0.15 mm Tip Width; 3 1/2" Overall Length |
| Mayo-Stille Scissors | Roboz | RS-6891 | 5.5" Round Curved |
| Dumont #5 Forceps | Roboz | RS-5058 | 45 Deg Dumoxel Tip Size .10 x .06 mm |
| Olsen-Hegar Combination Scissor And Needle Holder | Roboz | RS-7884 | Cross Serration Tip; 5.5" Length |
| Moloney Forceps | Roboz | RS-8254 | Serrated; Slight Curve; 4.5" Length |
References
- Writing Group, M., et al. Heart Disease and Stroke Statistics-2016 Update: A Report From the American Heart Association. Circulation. 133, e38-e360 (2016).
- Beuret, P., et al. Cardiac arrest: prognostic factors and outcome at one year. Resuscitation. 25, 171-179 (1993).
- Kim, Y. J., et al. Long-term neurological outcomes in patients after out-of-hospital cardiac arrest. Resuscitation. 101, 1-5 (2016).
- Earnest, M. P., Yarnell, P. R., Merrill, S. L., Knapp, G. L. Long-term survival and neurologic status after resuscitation from out-of-hospital cardiac arrest. Neurology. 30, 1298-1302 (1980).
- Cerchiari, E. L., Safar, P., Klein, E., Cantadore, R., Pinsky, M. Cardiovascular function and neurologic outcome after cardiac arrest in dogs. The cardiovascular post-resuscitation syndrome. Resuscitation. 25, 9-33 (1993).
- Petito, C. K., Feldmann, E., Pulsinelli, W. A., Plum, F. Delayed hippocampal damage in humans following cardiorespiratory arrest. Neurology. 37, 1281-1286 (1987).
- Schmidt-Kastner, R., Freund, T. F. Selective vulnerability of the hippocampus in brain ischemia. Neuroscience. 40, 599-636 (1991).
- Corkin, S. What’s new with the amnesic patient H.M.?. Nat Rev Neurosci. 3, 153-160 (2002).
- Scoville, W. B., Milner, B. Loss of recent memory after bilateral hippocampal lesions. 1957. J Neuropsychiatry Clin Neurosci. 12, 103-113 (2000).
- Smith, T. D., Calhoun, M. E., Rapp, P. R. Circuit and morphological specificity of synaptic change in the aged hippocampal formation. Neurobiol Aging. 20, 357-358 (1999).
- Gage, F. H., Dunnett, S. B., Bjorklund, A. Spatial learning and motor deficits in aged rats. Neurobiol Aging. 5, 43-48 (1984).
- Tulving, E., Markowitsch, H. J. Episodic and declarative memory: role of the hippocampus. Hippocampus. 8, 198-204 (1998).
- Neigh, G. N., et al. Cardiac arrest with cardiopulmonary resuscitation reduces dendritic spine density in CA1 pyramidal cells and selectively alters acquisition of spatial memory. Eur J Neurosci. 20, 1865-1872 (2004).
- Volpe, B. T., Davis, H. P., Towle, A., Dunlap, W. P. Loss of hippocampal CA1 pyramidal neurons correlates with memory impairment in rats with ischemic or neurotoxin lesions. Behav Neurosci. 106, 457-464 (1992).
- Astur, R. S., Taylor, L. B., Mamelak, A. N., Philpott, L., Sutherland, R. J. Humans with hippocampus damage display severe spatial memory impairments in a virtual Morris water task. Behav Brain Res. 132, 77-84 (2002).
- Lee, R. H., et al. Fatty acid methyl esters as a potential therapy against cerebral ischemia. OCL. 23, D108 (2016).
- Lee, R. H., Porto, L. F., et al. Chapter 1. Palmitic acid: occurrence, biochemistry and health effects. , 1-15 (2014).
- Tolman, E. C., Gleitman, H. Studies in spatial learning; place and response learning under different degrees of motivation. J Exp Psychol. 39, 653-659 (1949).
- Koopmans, G., Blokland, A., van Nieuwenhuijzen, P., Prickaerts, J. Assessment of spatial learning abilities of mice in a new circular maze. Physiol Behav. 79, 683-693 (2003).
- Barnes, C. A. Memory deficits associated with senescence: a neurophysiological and behavioral study in the rat. J Comp Psychol. 93, 74-104 (1979).
- Paul, C. M., Magda, G., Abel, S. Spatial memory: Theoretical basis and comparative review on experimental methods in rodents. Behav Brain Res. 203, 151-164 (2009).
- Vorhees, C. V., Williams, M. T. Assessing spatial learning and memory in rodents. ILAR J. 55, 310-332 (2014).
- Sharma, S., Rakoczy, S., Brown-Borg, H. Assessment of spatial memory in mice. Life Sci. 87, 521-536 (2010).
- Poon, T. P., et al. Spinal cord toxoplasma lesion in AIDS: MR findings. J Comput Assist Tomogr. 16, 817-819 (1992).
- Sunyer, B., Patil, S., Höger, H., Lubec, G. Barnes maze, a useful task to assess spatial reference memory in the mice. Nat Protoc. 390, (2007).
- Shoji, H., Hagihara, H., Takao, K., Hattori, S., Miyakawa, T. T-maze forced alternation and left-right discrimination tasks for assessing working and reference memory in mice. J Vis Exp. , (2012).
- Seeger, T., et al. M2 muscarinic acetylcholine receptor knock-out mice show deficits in behavioral flexibility, working memory, and hippocampal plasticity. J Neurosci. 24, 10117-10127 (2004).
- Olton, D. S., Feustle, W. A. Hippocampal function required for nonspatial working memory. Exp Brain Res. 41, 380-389 (1981).
- Hayashida, K., et al. Hydrogen inhalation during normoxic resuscitation improves neurological outcome in a rat model of cardiac arrest independently of targeted temperature management. Circulation. 130, 2173-2180 (2014).
- Dember, W. N., Richman, C. L. . Spontaneous alternation behavior. , (1989).
- Deacon, R. M., Rawlins, J. N. T-maze alternation in the rodent. Nature protocols. 1, 7-12 (2006).
- Wong, K. V., Hernandez, A. A review of additive manufacturing. ISRN Mechanical Engineering. 2012, (2012).
- Lin, H. W., et al. Derangements of post-ischemic cerebral blood flow by protein kinase C delta. Neuroscience. 171, 566-576 (2010).
- Lin, H. W., et al. Fatty acid methyl esters and Solutol HS 15 confer neuroprotection after focal and global cerebral ischemia. Transl Stroke Res. 5, 109-117 (2014).
- Lee, R. H., et al. Interruption of perivascular sympathetic nerves of cerebral arteries offers neuroprotection against ischemia. Am J Physiol Heart Circ Physiol. 312, H182-H188 (2017).
- Bali, Z. K., et al. Differential effects of alpha7 nicotinic receptor agonist PHA-543613 on spatial memory performance of rats in two distinct pharmacological dementia models. Behav Brain Res. 278, 404-410 (2015).
- McDonald, J. H. . Handbook of biological statistics. 2, (2009).
- Castellano, M. A., Diaz-Palarea, M. D., Rodriguez, M., Barroso, J. Lateralization in male rats and dopaminergic system: evidence of right-side population bias. Physiol Behav. 40, 607-612 (1987).
- Andrade, C., Alwarshetty, M., Sudha, S., Suresh Chandra, J. Effect of innate direction bias on T-maze learning in rats: implications for research. J Neurosci Methods. 110, 31-35 (2001).
