ניצול של T-Maze ששונה כדי להעריך את תוצאות תפקודי זיכרון לאחר דום לב
Summary
פרוטוקול זה מתאר את השימוש T-maze ששונה להערכת תפקודי למידה/בזיכרון דום-induced איסכמיה מוחית חנק.
Abstract
רקע: הערכת מתון עד ליקוי קוגנטיבי מתון במודל של אנמיה קליפתית גלובלית (קרי דום) יכול להיות קשה בשל עניים גפיים לאחר הניתוח. לדוגמה, חולדות לעבור ניתוחים, ותוחלת מבוך המים מוריס לא יוכל לשחות, ובכך הרקה הניסוי.
שיטה חדשה: הקמנו מבחן T-maze ששונה חילוף ספונטנית התנהגותית. היתרון העיקרי של פרוטוקול T-maze ששונה הוא עיצוב פשוט יחסית שלה, כי הוא חזק מספיק כדי להעריך את תפקודי למידה/זיכרון אחרי איסכמיה. בנוסף, ניתוח הנתונים היא פשוט וברור. השתמשנו את T-maze כדי לקבוע גירעונות למידה/זיכרון של החולדות הן נוכחות או היעדרות של עד בינוניות (6 דקות) דום asphyxial (ACA). חולדות יש נטייה טבעית לחקר, נחקור את הזרועות חלופי ב T-maze, ואילו חולדות בהיפוקמפוס-lesioned נוטים לאמץ העדפת צד וכתוצאה מכך ירידה חילוף ספונטנית יחסי, חושף את בהיפוקמפוס קשורים תפקודי למידה/זיכרון ב נוכחות או היעדרות של ACA.
תוצאות: קבוצות ACA יש יחסי העדפת צד גבוה מסעה נמוכה יותר לעומת שליטה.
השוואה עם פעולות שירות הקיים: מוריס את המים ואת המבוך בארנס בולטות יותר להערכת תפקוד למידה/זיכרון. אולם, מבוך המים מוריס הוא יותר מלחיץ מבוכים אחרים. המבוך בארנס נעשה שימוש נרחב כדי למדוד את הזיכרון הפניה (לטווח ארוך), בעוד נוירוקוגניטיבי ACA-induced גירעונות קשורה קשר הדוק יותר עבודה (זיכרון).
מסקנות: פיתחנו אסטרטגיה פשוטה, אך יעילה על עובד (זיכרון לטווח קצר) באמצעות T-maze המודל שלנו קליפתית גלובלית (ACA).
Introduction
על פי איגוד הלב האמריקני (2017), דום לב (CA)-התמותה המושרה מתרחשת כל 4 דקות, ומשפיע יותר מ-400,000 איש בשנה ארה ב1. זה מתועד היטב כי CA יכול לגרום פגיעה מוחית עצביים כתוצאה דם מספקת זלוף2,3,4. פגיעה מוחית CA-induced מתרחשת באזור CA1 רגיש איסכמיה של ההיפוקמפוס5,6,7, המשפיעים על נוירונים קריטית לימוד, זיכרון8,9, 10,11,12. יתר על כן, אובדן צפיפות דנדריטים בעמוד השדרה, בתנאים איסכמי בהיפוקמפוס (קרי CA1 נוירונים), ממלא תפקיד קריטי זיכרון מרחבי ליקוי13,14,15. עקב שינויים פתולוגיים אלו לאחר CA התנהגותיות והפרעות כגון: חרדה, דיכאון, הפרעה פוסט טראומטית, אובדן זיכרון נפוצים יותר. אמנם היו ההתקדמות בטכנולוגיית רפואי (קרי אמבולטורי שירות יעיל), עם שיפור שיעורי ההישרדות של CA, רוב הטיפולים neuroprotective (למעט היפותרמיה) להיכשל כדי לשפר את התוצאות פונקציונלי לאחר CA16 ,17. CA ניצולים בדרך כלל יש איכות חיים עניים, הם נטל רפואי מצטבר מבלה16.
הערכות מצב קוגניטיבי קליפתית באמצעות מבחנים התנהגותיים חשובים לקבוע יעילות התרופות שני בסופו של דבר לפתח ניסוי קליני מוצלח. בשנות ה-40, אדוארד טולמן תוכנן במשפט התנהגות הראשון ללמוד המבוסס על ההיפוקמפוס בזיכרון המרחבי18. לאחר מכן, מבוכים שונים (כלומר מבוך המים מוריס, מבוך רדיאלי, T – או Y-מבוך, ו ברנס מבוך) פותחו כדי להעריך למידה מרחבית מבוססת על בהיפוקמפוס וזיכרון חולדות19,20,21,22 ,23. אחד של המבחן ההתנהגותי יותר נפוץ הוא מבוך המים מוריס, אשר בוחן למידה מרחבית, זיכרון בעכברוש מודלים24. עם זאת, מבוך המים מוריס דורש את החולדה לשחות ולעשות מאמץ מלא המוטורית ושליטה. לניסויים איסכמיה כגון דגם asphyxial דום (ACA, מודל עכברוש של CA), תעלות של עורק הירך/הווריד של נדרשים להשיג לחץ דם חיוניים, גזים בדם, הקדמה של סמים שונים. מאז עורק הירך/וריד תעלות יכול לעכב ניידות הרגל עיבוד היכולת של החולדה לשחות כראוי, ייתכן מבוך המים מוריס המתאים ביותר לבדוק ליקויים קוגניטיביים תחת ACA.
המבוך בארנס הוא המבחן בשימוש נרחב אחרים של התנהגות לבחון מרחבי למידה וזיכרון במודלים מכרסמים. המבוך בארנס לא דורשת מהפעלת מלא המוטורית ושליטה, ולכן פחות. מלחיץ מאשר מבוך המים מוריס. בעבר, אנחנו ביצע ניסויים באמצעות המבוך בארנס כדי לקבוע אם תפקודי למידה/זיכרון ההבדלים להתרחש בין פקד או מזויפים נגד חולדות ACA-induced. הנתונים שהושגו במבוך בארנס לא היה את הרזולוציה כדי לבדוק ליקויים קוגניטיביים בעקבות קלה עד מתונה ACA, בשל העובדה כי המבוך בארנס נעשה שימוש נרחב כדי למדוד את ההפניה (לטווח ארוך) זיכרון25,26, בזמן ACA-induced נוירוקוגניטיבי גירעונות יותר קשורה קשר הדוק עובד (לטווח קצר) זיכרון27,28,29,30 רומז המבוך בארנס הוא פחות מעשית להערכת תפקוד הזיכרון אצל ACA שלנו מודל.
לכן פיתחנו את T-maze ששונתה באמצעות בדיקת חילוף ספונטני כדי להעריך עבודה (זיכרון) לאחר ACA. היתרון העיקרי ששונה T-maze חילוף ספונטנית המבחן הוא הפשטות שלה ואת לחץ מינימלי על החולדות לעומת מבחנים התנהגותיים אחרים בשל העובדה כי T-maze ששונה אינו דורש הכשרה מוקדמת בבעלי חיים, כמו גם שיותר כבד חישובית ניתוח או רוטינות משנה (קרי וידאו והדמיה של העכברוש) כנדרש על ידי מבוך המים מוריס בארנס מבוך. הנה אנחנו מראים כי המבחן חילוף ספונטנית T-maze ששונה הוא עדיין מאוד יעיל ופשוט התנהגותית למשפט פרדיגמה יכולה להציע רזולוציה מספיק לזהות ולהעריך במדויק פונקציה בהיפוקמפוס במחלות הגורמות לאיבוד זיכרון קצר-טווח (כלומר ACA).
Protocol
Representative Results
Discussion
השינויים נעשו במחקר הנוכחי לעומת פרוטוקול של דיקון ואשתו של רולינס-31. במדפסת תלת-ממד נעשה שימוש כדי לבנות את T-maze. 3D-ההדפסה מספק חלופות במחיר נוח, חסכוני T-maze ממוסחר. כדי להפחית את החרדה של חולדות במהלך הבדיקה, T-maze בוצעה בחדר חשוך עם תאורה המינימום. העכברוש נכנס פעם אחת הזרועות המ…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
עבודה זו נתמכה על ידי נבחרת מוסדות של בריאות/לאומי המכון של הפרעות נוירולוגיות ולהעניק קו 1R01NS096225-01A1, איגוד הלב האמריקני מעניקה AHA-13SDG1395001413, AHA-17GRNT33660336, AHA-17POST33660174, מענק אוניברסיטת המדינה לואיזיאנה ב מועצת המחקר סיוע, היה מלקולם פייסט לב וכלי דם מחקר האחווה, מכון המוח אוולין מק’נייט פ.
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).
