Análise da capacidade de aprendizagem e memória em um modelo de rato da doença de Alzheimer usando o Labirinto de Água Morris
Summary
Aqui, um protocolo para realizar os testes de labirinto de água Morris para avaliar a capacidade de aprendizagem e memória de ratos modelo da doença de Alzheimer e para avaliar o efeito da acupuntura manual para tratá-los é descrito.
Abstract
Um experimento de labirinto de água morris (MWM) força animais experimentais a nadar e aprender a encontrar uma plataforma escondida na água. É amplamente utilizado na investigação científica para avaliar a aprendizagem e memória dos animais. Devido ao uso extensivo do teste MWM, os protocolos experimentais visuais são essenciais para os pesquisadores. Este manuscrito usa os estudos mais recentes para introduzir o protocolo do teste MWM. A doença de Alzheimer (DA) é caracterizada por uma perda progressiva de memória e função cognitiva. Um tratamento alternativo e complementar usado para AD é a cupuntura manual (MA). Para avaliar a capacidade de aprendizagem e memória dos camundongos modelo da DA, o teste MWM foi realizado. O ensaio de plataforma visível, o ensaio de plataforma oculta, o ensaio de sonda e o ensaio de reversão do MWM foram utilizados para avaliar a capacidade de aprendizagem espacial e memória. No ensaio de plataforma visível, a velocidade de natação e a latência de fuga de camundongos em diferentes grupos não foram significativamente diferentes. Na plataforma oculta e testes de reversão, o grupo AD mostrou uma longa latência de fuga. A latência de fuga diminuiu significativamente após o tratamento do MA. O baixo número de crossover da plataforma e a proporção de tempo no quadrante SW no ensaio de sonda aumentaram após o tratamento de MA (p < 0,05 ou p < 0,01). Os resultados dos testes mwm sugerem que ma pode efetivamente melhorar a aprendizagem espacial e habilidades de memória de ratos modelo de dad. Operações experimentais rigorosas forneceram garantia da confiabilidade dos resultados.
Introduction
Atualmente, o experimento MWM tornou-se o mais utilizado e o experimento comportamental padrão para avaliar a aprendizagem espacial e a memória dos animais1. Foi inicialmente projetado pelo psicólogo britânico Richard G. Morris e tem sido constantemente melhorado. Muitas vantagens, como treinamento mínimo, utilidade entre espécies, insensibilidade às diferenças no peso corporal e capacidade de teste repetido de MWM tornam o melhor método para avaliar a função cognitiva2. A doença de Alzheimer (DA) é um grande problema médico, caracterizado principalmente por um declínio no processamento da memória e função cognitiva3. O MWM é um meio experimental indispensável para avaliar a capacidade de aprendizagem e memória dos animais modelo da DA e a eficácia dos métodos de intervenção. Os experimentos de MWM são geralmente demorados (6-11 dias) e envolvem muitos fatores variáveis4. Embora existam muitos artigos sobre experimentos de labirinto de água, na prática, os pesquisadores não têm um protocolo coerente. Portanto, um vídeo de processo de protocolo intuitivo e rigoroso é particularmente importante. Usando um experimento anterior como exemplo5,todas as etapas do MWM são descritas. Usando MWM, estudos anteriores sugeriram que a acupuntura poderia aliviar os sintomas de camundongos modelo AD5,6,7.
Aqui, o protocolo MWM usado em um estudo recente5 é descrito para fornecer um método simples e visível para os pesquisadores avaliarem a aprendizagem espacial e a memória dos animais modelo sa.
Protocol
Representative Results
Discussion
Embora muitos labirintos de água, incluindo o labirinto de água biel e o labirinto de água de Cincinnati, existam há pelo menos um século, apenas o MWM tem sido amplamente utilizado para avaliar de forma eficaz e objetiva a capacidade de aprendizagem espacial e memória porque tem muitos vantagens9. Apesar do uso extensivo do MWM, o procedimento nem sempre foi usado de forma otimizada. Os experimentos de MWM geralmente levam muito tempo e são influenciados por muitos fatores variáveis. Existem alguns aspectos eficazes e confiáveis que ajudam a detectar mudanças na capacidade de aprendizagem espacial e memória que devem ser levadas em consideração.
Foram realizados quatro ensaios diferentes de MWM. O ensaio de plataforma visível foi utilizado no dia 1 do MWM. Se os animais pudessem nadar diretamente até a plataforma, indicava que a capacidade de natação e a visão dos animais eram normais10. Otnass sugeriu que o teste de plataforma visível deve ser realizado primeiro11. Os resultados do ensaio de plataforma visível neste estudo significaram que os quatro grupos começaram no mesmo nível de aprendizagem. A partir daí, as sucessivas experiências poderiam ser iniciadas. O ensaio de plataforma oculta foi usado para avaliar a capacidade dos ratos para adquirir capacidade de aprendizagem e memória. O ensaio da sonda foi realizado no dia 7, 24 h após o fim do ensaio de plataforma oculta, para avaliar a memória de trabalho. Finalmente, o ensaio de reversão foi usado para avaliar a memória de trabalho2. As mudanças nos quatro ensaios diferentes de MWM juntos indicaram que os camundongos modelo AD tinha baixa capacidade de aprendizagem e memória e que MA teve um efeito positivo emAD 5.
Não existem normas específicas para as dimensões do pool e da plataforma1. Uma associação de 214 cm de diâmetro é usada na maioria dos estudos de MWM. Vorhees e Williams demonstraram que, com protocolos idênticos, os ratos aprendem mais rápido em um pool de 122 cm do que em um pool de 210 cm; a encosta íngreme da curva de aprendizado indica que a piscina de 122 cm de diâmetro é extremamente fácil para os ratos navegarem12. No protocolo atual, considerando a velhice e a baixa estatura dos camundongos da DA, uma piscina de 90 cm de diâmetro e uma plataforma de 9,5 cm de diâmetro foram utilizadas. Os resultados de experiências preliminares indicaram que os ratos tiveram mais dificuldade encontrar a plataforma em uma associação mais grande do diâmetro. Portanto, os testes em piscinas maiores não representam a diferença real entre os grupos. Os animais experimentais tiveram mais dificuldade em encontrar a plataforma em uma piscina maior com uma plataforma menor4. Portanto, o tamanho da piscina e da plataforma devem ser otimizados em experimentos preliminares de acordo com os requisitos experimentais e a condição dos animais experimentais.
A água à temperatura que varia de 20 a 24 °C é recomendada para a realização do testeMWM 4. Animais experimentais envelhecidos tiveram um desempenho ruim em água fria13,indicando uma clara perda de termoregulação14por idade dependente. Neste estudo, um termostato foi colocado na parte inferior da piscina para manter a temperatura da água em 20-24 °C. Os resultados do estudo não mostraram diferença significativa nas velocidades de natação entre os quatro grupos5.
Mwm é uma técnica poderosa para avaliar a função cognitiva e é amplamente utilizado em estudos atualmente. No entanto, não há equipamentos definidos, padrão e consistentes para realizar o teste MWM, incluindo os tamanhos da piscina e da plataforma15,16. Diferentes laboratórios têm especificações diferentes para MWM. Portanto, os pesquisadores escolhem o dispositivo experimental apropriado de acordo com seus requisitos experimentais individuais, o que pode causar confusão entre os pesquisadores. Experimentos preliminares também são necessários. Mais estudos precisam ser realizados em experimentos básicos como o MWM. Atualmente, a flexibilidade do MWM como ferramenta experimental reside apenas na capacidade de escolher os protocolos básicos de acordo com o estudo proposital. Portanto, este teste pode ser aplicado para avaliar a função cognitiva em maior profundidade.
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Huiling Tian e Ning Ding são co-primeiros autores. Zhigang Li e Jing Jiang são autores co-correspondentes. Esta pesquisa foi apoiada por doações da National Natural Science Foundation of China (Grant Nos. 81804178, 81473774 e 81503654). O protocolo e os resultados descritos aqui se origina do artigo, “Envolvimento da Acupuntura Manual regula o comportamento e o fluxo sanguíneo cerebral no modelo de camundongo samp8 da doença de Alzheimer”, pelo Dr. Ning Ding et al.
Materials
| acupuncture needles | Beijing Zhongyan Taihe Medical Instrument Limited Company | 511526 | |
| desktop computer | Chengdu Techman Software Limited Liability Company | Lenovo T4700D | |
| Donepezil Hydrochloride Tablet | Eisai China | H20050978 | Aricept |
| mice | Zhi Shan (Beijing) Academy of Medical Science | SCXK2014-0003 | |
| Mirros water maze device | Chengdu Techman Software Limited Liability Company | WMT-100S | |
| mouse bags | home-made | ||
| Signal acquisition and processing system | Chengdu Techman Software Limited Liability Company | BL-420N |
References
- Vorhees, C. V., Williams, M. T. Value of water mazes for assessing spatial and egocentric learning and memory in rodent basic research and regulatory studies. Neurotoxicology Teratology. 45, 75-90 (2014).
- Vorhees, C. V., Williams, M. T. Morris water maze: procedures for assessing spatial and related forms of learning and memory. Nature Protocol. 1 (2), 848-858 (2006).
- . The state of the art of dementia research: New frontiers; World Alzheimer Report 2018. Alzheimer’s Disease International. 9, 1-46 (2018).
- Vorhees, C. V., et al. Effects of neonatal (+)-methamphetamine on path integration and spatial learning in rats: effects of dose and rearing conditions. International Journal of Developmental Neuroscience. 26 (6), 599-610 (2008).
- Ding, N., Jiang, J., Xu, A., Tang, Y., Li, Z. Manual acupuncture regulates behavior and cerebral blood flow in the SAMP8 mouse model of Alzheimer’s disease. Frontiers in Neuroscience. 13, 37 (2019).
- Ding, N., et al. Manual acupuncture suppresses the expression of proinflammatory proteins associated with the NLRP3 inflammasome in the hippocampus of SAMP8 mice. Evidence-Based Complementary and Alternative Medicine. 2017, 1-8 (2017).
- Cao, J., et al. Behavioral changes and hippocampus glucose metabolism in APP/PS1 transgenic mice via electro-acupuncture at governor vessel acupoints. Frontiers in Aging Neuroscience. 9, 5 (2017).
- Amy, E., et al. Effects of sub-chronic donepezil on brain Abeta and cognition in a mouse model of Alzheimer’s disease. Psychopharmacology. 230, 279-289 (2013).
- Garthe, A., Kempermann, G. An old test for new neurons: refining the Morris water maze to study the functional relevance of adult hippocampal neurogenesis. Frontiers in Neuroscience. 7, 63 (2013).
- Schoenfeld, R., Schiffelholz, T., Beyer, C., Leplow, B., Foreman, N. Variants of the Morris water maze task to comparatively assess human and rodent place navigation. Neurobiology of Learning and Memory. 139, 117-127 (2017).
- Otnass, M. K., Brun, V. H., Moser, M., Moser, E. I. Pretraining prevents spatial learning impairment after saturation of hippocampal long-term potentiation. Journal of Neuroscience. 19 (24), 49 (1999).
- Vorhees, C. V., Williams, M. T. Assessing spatial learning and memory in rodents. Ilar Journal. 55 (2), 310-332 (2014).
- Vorhees, C. V., Skelton, M. R., Williams, M. T. Age-dependent effects of neonatal methamphetamine exposure on spatial learning. Behavioural Pharmacology. 18 (5-6), 549-562 (2007).
- Iivonen, H., Nurminen, L., Harri, M., Tanila, H., Puoliväli, J. Hypothermia in mice tested in Morris water maze. Behaviour Brain Research. 141 (2), 207-213 (2003).
- Lin, S. Y., et al. Ozone inhibits APP/Aβ production and improves cognition in an APP/PS1 transgenic mouse model. Neuroscience. , (2019).
- Zuo, Y., et al. Preoperative vitamin-rich carbohydrate loading alleviates postoperative cognitive dysfunction in aged rats. Behavioural Brain Research. 373, 112107 (2019).
