Summary

تحليل المكاني التعلم والسلوك بروسوسيال في الفئران باستخدام المتاهة بارنز ونماذج الفتاة في محنة

Published: November 17, 2018
doi:

Summary

هذا البروتوكول تدابير المكاني التعلم والذاكرة باستخدام المتاهة بارنز. يتم استخدام نموذج الفتاة في محنة رواية لتقييم النشاط الحركي والسلوك بروسوسيال في الفئران.

Abstract

المتاهة بارنز هو مقياس موثوق المكاني التعلم والذاكرة التي لا تتطلب تقييد الغذائية أو التعرض للمحفزات مرهقة للغاية. ويمكن تقييم المتاهة بارنز أيضا السلوكيات الماوس الأخرى، مثل الدافع العام الهروب من منصة المتاهة والسلوك الاستكشافي. المتاهة بارنز يمكن قياس ما إذا كانت طفرة جينية أو متغير البيئة يمكن أن تؤثر على اقتناء والاحتفاظ بالذكريات المكانية، فضلا عن تقديم معلومات عن استراتيجية البحث العاملين لدى الفئران. هنا نستخدم المتاهة بارنز للكشف عن وجود عجز ذاكرة في الفئران الكبار بعد حدث تعرض إيثانول إنمائية واحدة. يعرض نموذج الفتاة في الشدة حديثا وصف ماوس ذكور إلى الإناث ماوس المحاصرين في دائرة في مجال مركز مفتوحة على الساحة. أنه يوفر فرصة للماوس للاستجابة إلى الإناث المحاصرين اجتماعيا ويحمل السلوك بروسوسيال. يمكن أيضا استخدام نموذج الفتاة في محنة لدراسة سلوك الماوس في رواية الساحة وقياس نشاط الحركي. المتاهة بارنز والبروتوكولات الفتاة في محنة تتطلب الحد الأدنى للاستثمار المالي، ويمكن بناؤها بمعظم جوانب الاختبارات من لوازم مختبر مشترك. يمكن أيضا استخدام هذه الأدوات مرنة ويمكن الوصول إليها للكشف عن التغيرات السلوكية على مسار التنمية.

Introduction

والغرض من هذا البروتوكول لقياس التعلم المكانية والذاكرة في الفئران باستخدام المتاهة بارنز، فضلا عن الاستجابة الاجتماعية والحركة باستخدام نموذج الفتاة في محنة. ويشيع استخدام اختبارات التعلم والذاكرة المكانية للقوارض وتشمل المتاهة الذراع شعاعي، الذي يقيس القدرة بالماوس للبحث عن الغذاء المخفي في ذراع واحدة من جهاز متعدد سبوكيد، والمتاهة المائية موريس، الذي يضع ماوس في الحوض الكبير أو تجمع للمياه و تقييم الوقت الذي يستغرقه العثور على منصة مخفية تحت الماء. عادة ما يمتد عدة محاكمات التدريب لهذه النماذج ويسمح قياس كل معدلات اقتناء والاحتفاظ بها عن طريق قصيرة الأجل وطويلة الأجل الذاكرة تجارب التعلم.

على الرغم من أن المتاهة شعاعي الذراع وموريس المياه المتاهة طرق موثوقة لاختبار الذاكرة في القوارض، فإنها تعرض تعقيدات بالنسبة لبعض الباحثين. استخدام كلا متاهات الحرمان أو المحفزات البرود قوية كالتعزيز1. يستخدم المتاهة الذراع شعاعي، الحرمان من الطعام للتأكد من وجود دوافع سياسية بشكل صحيح للعثور على مكافأة غذاء القوارض. في متاهة المياه موريس، آثار الإجهاد الناجم عن سباحة قسري قد يغير النتائج في الفئران2.

المتاهة بارنز مهمة وعي المكاني بديلة تتطلب القوارض لمعرفة موقف حفرة هربا من المتاهة مشرق، فتح السطح3. ثم يتم تطبيق ضعف التحفيز البرود (الضوء أو الصوت) لزيادة احتمال أن الفئران وسوف الهروب من النظام الأساسي. لا تتطلب المتاهة بارنز الحرمان من الغذاء، حيث تبلغ إعداد الحيوانات في أقل من المتاهة الذراع شعاعي. يمكن استخدامه دون الصراع من الباحثين الذين يحققون في السلوكيات أو الجزيئات المرتبطة بالأكل، والتنظيم الهرموني، أو مسارات طائي.

المتاهة بارنز أيضا مزايا أكثر من المتاهة المائية موريس. وأقل إرهاقاً من المتاهة المائية موريس، تسبب مستويات مرتفعة أقل من القشري في الفئران4. وباﻹضافة إلى ذلك، هو أبسط بكثير لتجميع ويتطلب مساحة أقل مخصصة خلال الاختبار الداخلي والتخزين.

فحص الفتاة في محنة هو تجربة جزئين بسيطة يمكن تقييم النشاط الحركي متبوعاً بالسلوك بروسوسيال. فحص الفتاة في محنة يهدف إلى تقييم السلوكيات الاستكشافية والاجتماعية استجابة القوارض الذكور استجابة للقوارض الإناث فخ. طريقة شائعة لتقييم الاجتماعية (فضلا عن تفضيل للجدة الاجتماعية) هو استخدام ثلاثة-الدائرة الاجتماعية الاختبار في كراولي، الذي يقيم في حرية اختيار الماوس لقضاء بعض الوقت بعيداً عن غيرها من الفئران5أو بالقرب.

مشابهة لاختبار ثلاثة-الدائرة الاجتماعية في كراولي، مقايسة آنسة في الشدة أيضا تدابير حرية الاختيار فيما يتعلق بكيفية قضاء الوقت في حضور ماوس آخر، لكنه يوفر أيضا قياسات لأعمق جوانب الأداء الاجتماعي: 1) في مقايسة آنسة في الشدة، هو عقد الماوس الإناث المحاصرين في وسط حقل مفتوح، حيث النفور ذكر المحتملة إلى حقل مفتوح هو حرض ضد حملته لاستكشاف اجتماعيا أو التحقيق أنثى الأسى كونسبيسيفيك. 2) نموذج الفتاة في محنة يوفر أيضا وسيلة لتقييم السلوك بروسوسيال واحاسيسهم ردا على الماوس المحاصرين، والتي لم تستكشف كثيرا في الفئران.

التعاطف الحيوان بالتأكيد قابلة للملاحظة والقياس، على الرغم من وجود نماذج كثيرة لا لهذا الغرض. رفيقه قفص محاصرين في الفئران، على سبيل المثال، يمكن حمل دولة التحفيز بروسوسيال، حيث ستعمل الفئران لتحرير الحيوان المحاصرين. في الواقع، الفئران سوف تختار لمساعدة الحيوان المحاصرين حتى قبل فتح حاوية مماثلة تتضمن وجبة خفيفة شوكولاتة، ثم الوصول إلى الشوكولاته وتقاسمها مع الفئران المفرج عنهم حديثا6.

تدابير للتعاطف في الفئران وعادة ما تشمل التسبب في الألم؛ والواقع أن الفئران الذين يشاهدون الفئران الأخرى في الألم أكثر حساسية للألم أنفسهم7،8. ضبط النفس الإجهاد ظاهرة تتسم في القوارض وقد اقترن بصدمة لدراسة استجابات الإجهاد، كتدبير للتعاطف في الفئران9،10.

وهناك الاعتبارات الأخلاقية المرتبطة بالألم المستحث أو الصدمة، حيث هناك حاجة إلى بدائل يحفز الإجهاد. قمنا بتطوير نموذج الفتاة في الشدة كمقياس للسلوك احاسيسهم في غياب الأم أو العلاج بالصدمة. الفئران المحاصرين في بروتوكولنا آنسة في الشدة تظهر علامات العلني من الشدة بعد مرور بضع دقائق فقط كما أنهم غير قادرين على الالتفاف ضمن الحاوية الصغيرة، ومع ذلك هم سالمين بينما توفر فرصة للفئران الأخرى للاستجابة لمحنتهم.

للبدء في تقييم الفتاة في محنة، يتم وضع ماوس ذكور في ساحة رواية كبير يحتوي على اسطوانة فارغة مركزية صغيرة. وتسجل السلوكيات الاستكشافية لعدة دقائق، بما في ذلك عبرت كم عدد المقاطع في الساحة، وكم من الوقت ينفق في منطقة مفتوحة. هذا الأسلوب يوفر طريقة سريعة وسهلة لاستبعاد حالات العجز الحركي كونفوندير محتملة في حالة تعلم تتطلب حركة منسقة للإنجاز الناجح. كما أنه يوفر مقياسا أساسية هو مقدار النفور من فتح مركز الحقل الحالي. كل تدابير يمكن أن يؤثر على الأداء المتاهة بارنز.

بعد الاستكشاف الأولى، تتم إزالة الذكور من الساحة وماوس الإناث يوضع في اسطوانة الرئيسية الواضحة المغلقة، والصغيرة (مماثلة لتلك المستخدمة لجمع الدم من الفئران). ثم الماوس الذكور الأصلي مجددا إلى الساحة، وهو سلوك استكشافي وسجل مرة أخرى. نموذج الفتاة في محنة يقيم ما إذا كان ماوس مهتم تفاعل الاجتماعي القائم على التغييرات في الأنماط السلوكية عند أنثى محاصرين موجود (وسجل الوقت الذي يقضيه في ساحة المركز وعدد الحلقات الحفر)، وما إذا كانت ماوس يسلك سلوك بروسوسيال نحو الأنثى المحاصرين (سجل بمقدار اسطوانة التحقيقات والأحداث الاتصال مع الأنثى المحاصرين). يمكن استخدام مقايسة آنسة في الشدة لقياس ميل للجدة الاجتماعية (مشابه لاختبار ثلاثة-الدائرة الاجتماعية في كراولي) تبعاً لما إذا كان اعتراض الباحثين بماوس على دراية أو رواية.

معا، المتاهة بارنز وتجارب آنسة في الشدة تسمح تقييم دقيق للماوس قدرات التعلم والاستجابة الاجتماعية نظراً لغياب المحفزات مرهقة للغاية. كما هو الحال مع جميع الاختبارات السلوكية، ينبغي أن تجري هذه التجارب بحساسية بالغة تجاه التجربة الحيوانية، التقليل من الانزعاج من ذوي الخبرة بالحيوان.

مثل معظم متاهات، قد تؤثر الاختلافات في النشاط الحركي الأداء في متاهة بارنز، حيث ينبغي أيضا تقييم الباحثين النشاط الحركي، وخاصة عند استخدام المتاهة بارنز لتقييم التعلم في الفئران مع الطفرات التي قد تعوق حركة (مثل تلك الموجودة في نماذج الماوس مرض هنتنغتون، أو تلك التي تتعرض للسموم التي قد تحفز النشاط المفرط أو تؤخر حركة، مثل الإيثانول). وبالإضافة إلى ذلك، ينبغي تنظيفها السطوح المتاهة والدائرة ويربك الأسرة تتغير بين كل الحيوانات لتجنب رائحة جديلة.

الأهم من ذلك، يمكن أن تكون ملفقة جميع المواد في الموقع مع الحد الأدنى للاستثمار المالي وبصمة المادية الصغيرة من هذه الاختبارات يعني أن هذه التجارب يمكن أن تتكرر في تقريبا أي إعداد، يتيح قدرا كبيرا من المرونة. يسمح هذا النوع من الوصول إلى العلم جيد يجب القيام بها في المؤسسات الصغيرة ذات الموارد المحدودة، أو في الحالات التي يحتاج فيها البيانات التجريبية التي سيتم جمعها بسرعة في غياب دعم كبير.

Protocol

وافق جميع الأساليب الموصوفة هنا “رعاية الحيوان المؤسسية” واستخدام اللجنة (إياكوك) من كلية هامبدن-سيدني أو كلية راندولف ماكون (حيث سبق إنجاز بعض الأعمال). 1-الأساسية الإسكان في الفئران بيت الفئران في أقفاص بلاستيكية مع القيعان الصلبة والجانبين، وطبقة لينة الفراش، وتداخ?…

Representative Results

المتاهة بارنز لتوضيح كيف يمكن استخدام المتاهة بارنز، نحن التحقيق في ما إذا كان تعرض إيثانول مفردة مبكر تسبب فرقا في التعلم على مدى تطوير الماوس. تم حقن الفئران C57Bl6/ي أما بمحلول إيثانول 2.5 g/كغ (n = 8) أو مع المحلول الملحي (n = 6) مرت…

Discussion

المتاهة بارنز وتجارب الفتاة في محنة طرق غير مكلفة وسريعة وسهلة نسبيا لتقييم التعلم المكاني والنشاط الحركي والسلوك بروسوسيال في الفئران. وتشمل المزايا الأخرى نظراً لغياب الضغوطات العلنية، والألم، أو تقييد الغذاء للحيوان. مثل معظم نماذج التعلم/الذاكرة، هو وضع غير مؤات للمتاهة بارنز عدد ا?…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

نحن في كلية هامبدن-سيدني إعطاء الاعتراف والتقدير لشون والدن، لايتنر زاك ولي صياد وانطون خيرانى للمشاركة في اختبار بروتوكولات للمتاهة بارنز وتجارب آنسة في الشدة. ونود أيضا أن نشكر جيمس فوستر في كلية راندولف ماكون لبناء المتاهة بارنز و “قسم البيولوجيا كلية” راندولف ماكون لتوفير أماكن للاختبار.

Materials

Damsel-in-Distress
50 mL conical tube Fisher Scientific 14-432-22 Any brand of 50 mL conical tube will work
Rubber bands Sprano Brand n/a Size 62, used to keep caps held to plywood
hammer Grainger 6R252 Any standard hammer will work
nail (size 8D) Grainger 4NFE3 Similarly-sized nails should work just as well
opaque, topless plastic box AcmePlastics CUT-TO-SIZE-ACRYLIC-CAST-BLACK-SHEET-2025 Opaque plastic, cut to size (30 cm L x 19 cm W x 3-6 cm H). Step may be added to ensure no more than a 3.5 cm entrance depth for the mouse. 
video camera (smartphone) N/A N/A Any camera-equipped smartphone will work
bite-resistant gloves Kent Scientific GLVDYN02 Any brand offering appropriate protection
transparency sheet Staples 954145 Any brand of clear plastic sheet will work, used for scoring 
Barnes Maze
Petri Dishes Corning 353025 Spray painted and used as covers for Barnes maze holes
Plywood (3/4 in.) LP Building Products 22487 To contruct Barnes maze
Spray Paint Krylon 1274937 Used to paint petri dish caps black, white paint used to paint plywood
Cup Hooks (5/8 in.) Ace Hardware 5360615 2 used on either side of ventral hole surfaces; rubberband wraps around hooks to hold cap flat
Poster Board Creatology n/a Used at edges of maze as extra cues
Light Bulbs Phillips n/a 100W light bulb, used to during the trials
Rubber bands Sprano Brand n/a Size 62, used to keep caps held to plywood
Ultrasonic noisemaker Victor mini PestChaser M753SN Used as aversive stimuli

References

  1. Sunyer, B., Patil, S., Höger, H., Lubec, G. Barnes maze, a useful task to assess spatial reference memory in the mice. Protocol Exchange. 2007, (2016).
  2. Vorhees, V., Williams, M. T. Assessing Spatial Learning and Memory in Rodents. ILAR Journal. 55 (2), 310-332 (2014).
  3. Barnes, C. A. Memory deficits associated with senescence: A neurophysiological and behavioral study in the rat. Journal of Comparative and Physiological Psychology. 93 (1), 74-104 (1979).
  4. Harrison, F. E., Hosseini, A. H., McDonald, M. P. Endogenous anxiety and stress responses in water maze and Barnes maze spatial memory tasks. Behavioural Brain Research. 198 (1), 247-251 (2009).
  5. Silverman, J. L., Yang, M., Lord, C., Crawley, J. N. Behavioural phenotyping assays for mouse models of autism. Nature Reviews Neuroscience. 11 (7), 490 (2010).
  6. Bartal, I. B. A., Decety, J., Mason, P. Empathy and pro-social behavior in rats. Science. 334 (6061), 1427-1430 (2011).
  7. Langford, D. L., et al. Social modulation of pain as evidence for empathy in mice. Science. 312 (5782), 1967-1970 (2006).
  8. Smith, M. L., Hostetler, C. M., Heinricher, M. M., Ryabinin, A. E. Social transfer of pain in mice. Science Advances. 2 (10), e1600855 (2016).
  9. Melia, K. R., Ryabinin, A. E., Schroeder, R., Bloom, F. E., Wilson, M. C. Induction and habituation of immediate early gene expression in rat brain by acute and repeated restraint stress. Journal of Neuroscience. 14 (10), 5929-5938 (1994).
  10. Watanabe, S. Empathy and reversed empathy of stress in mice. Public Library of Science (PloS) One. 6 (8), e23357 (2011).
  11. Portfors, C. V. Types and functions of ultrasonic vocalizations in laboratory rats and mice. Journal of the American Association for Laboratory Animal Science. 46 (1), 28-34 (2007).
  12. Houlé, K., Abdi, M., Clabough, E. B. D. Acute ethanol exposure during late mouse neurodevelopment results in long term deficits in memory retrieval, but not in social responsiveness. Brain and Behavior. , (2017).
  13. Sales, G. D., Wilson, K. J., Spencer, K. E., Milligan, S. R. Environmental ultrasound in laboratories and animal houses: A possible cause for concern in the welfare and use of laboratory animals. Laboratory Animals. 22, 369-375 (1988).
  14. Crabbe, J. C., Walhsten, D., Dudek, B. C. Genetics of mouse behavior: Interactions with laboratory environment. Science. 248, 1670-1672 (1999).
  15. Attar, A., Liu, T., Chan, W. T. C., Hayes, J., Nejad, M., Lei, K., Bitan, G. A shortened Barnes maze protocol reveals memory deficits at 4-months of age in the triple-transgenic mouse model of Alzheimer’s disease. PloS One. 8 (11), (2013).
  16. Inman-Wood, S. L., Williams, M. T., Morford, L. L., Vorhees, C. V. Effects of prenatal cocaine on Morris and Barnes maze tests of spatial learning and memory in the offspring of C57BL/6J mice. Neurotoxicology and Teratology. 22 (4), 547-557 (2000).
  17. Harrison, F. E., Reiserer, R. S., Tomarken, A. J., McDonald, M. P. Spatial and nonspatial escape strategies in the Barnes maze. Learning and Memory. 13 (6), 809-819 (2006).
  18. O’Leary, T. P., Savoie, V., Brown, R. E. Learning, memory and search strategies of inbred mouse strains with different visual abilities in the Barnes maze. Behavioural Brain Research. 216 (2), 531-542 (2011).
  19. Kaidanovich-Beilin, O., Lipina, T., Vukobradovic, I., Roder, J., Woodgett, J. R. Assessment of social interaction behaviors. Journal of Visualized Experiments. 48, (2011).
check_url/58008?article_type=t

Play Video

Cite This Article
Ingersoll, J., Moody, M., Holland, R., Kuegler, W., Murrah Jr., C., Winslow, J., Reynolds, N., Lloyd, N., Dugan, B., Hammock, M., Houlé, K., Clabough, E. Analyzing Spatial Learning and Prosocial Behavior in Mice Using the Barnes Maze and Damsel-in-Distress Paradigms. J. Vis. Exp. (141), e58008, doi:10.3791/58008 (2018).

View Video