Zebra Balığını Model Sistem Olarak Kullanan Üç Odalı Seçim Davranışsal Görevi
Summary
Bilişsel performansı değerlendirmek için tasarlanmış bir davranış odası sunuyoruz. Zebra balıklarının elde edildikten sonra 8 hafta sonra görevi hatırladığını gösteren veriler sunuyoruz. Ayrıca hipergliplik zebra balıklarının bilişsel performansı değiştirdiğini ve bu paradigmanın biliş ve hafızayı değerlendiren çalışmalar için geçerli olduğunu gösteriyoruz.
Abstract
Nörodejeneratif hastalıklar yaşa bağlı, zayıflatıcı ve tedavi edilemez. Son raporlar ayrıca hiperglisemi ile hafızadaki değişiklikler ve/veya bilişsel bozukluk ile ilişkilidir. Hipergliplik zebra balığı ile kullanılmak üzere kemirgenlerle kullanılana benzer üç odalı bir bilişsel görevi değiştirdik ve geliştirdik. Test odası, merkezi bir başlangıç odası ve her iki tarafta iki seçim bölmesinden oluşur ve ödül olarak kullanılan bir takımdır. Zebra balıklarının elde edildikten sonra en az 8 hafta sonra görevi hatırladığını gösteren veriler sunuyoruz. Verilerimiz zebra balıklarının bu ödüle sağlam bir şekilde yanıt verdiğini gösteriyor ve 4 haftalık tedaviden sonra hiperglemik balıklarda bilişsel eksiklikler tespit ettik. Bu davranışsal tahlil biliş ve hafıza ile ilgili diğer çalışmalar için de geçerli olabilir.
Introduction
Nörodejeneratif hastalıklar yaşa bağlı, zayıflatıcı ve tedavi edilemez. Bu hastalıkların yaygınlığı artmaktadır ve bu da yeni terapötik stratejilerin iyileştirilmesi ve geliştirilmesi için acil bir ihtiyaçla sonuçlanmaktadır. Her hastalığın başlangıcı ve sunumu benzersizdir, çünkü bazıları dil, motor ve otonomik beyin bölgelerini etkilerken, diğerleri öğrenme açıklarına ve hafıza kaybına neden olur1. En önemlisi, bilişsel eksiklikler ve/ veya bozukluk tüm nörodejeneratif hastalıklarda en yaygın komplikasyonlardır2. Bu nörodejeneratif hastalıklarda yer alan altta yatan mekanizmalara ışık açma umuduyla, birçok farklı model sistemin (tek hücreli organizmalar dahil, Drosophila’dan kemirgenler ve insanlar gibi daha yüksek dereceli omurgalılara) kullanılması; bununla birlikte, nörodejeneratif hastalıkların çoğu tedavi edilemez olmaya devam etmektedir.
Çevreye sürekli değişiklikler adaptasyon gerektirdiği için organizmalar arasında öğrenme ve hafıza son derece korunmuş süreçlerdir3. Hem biliş hem de sinaptik plastisitede bozukluk birkaç kemirgen modelinde gösterilmiştir. Özellikle, köklü davranışsal tahliller, çeşitli bozukluk kaynaklı hastalık ve bozuklukların ardından bilişsel değişiklikleri değerlendirmek için ilişkilendirilebilir öğrenmeyi kullanır4. Ek olarak, kontrast ayrımcılığı tersine çevirme bilişsel açıkları değerlendirir, çünkü daha yüksek sıralı öğrenme ve hafıza işlevleri içerir ve tersine çevirme daha önce öğrenilen bir ilişkinin engellenmesine bağlıdır. Yaygın olarak kullanılan üç oda seçimi görevi, merkezi sinir sisteminin öğrenme ve hafıza yollarında olası açıkları ortaya çıkarır5,6. Son zamanlarda, bu alan zebra balığı (Danio rerio) gibi memeli olmayan modelleri içerecek şekilde genişlemiştir, çünkü larvalardan yetişkinlere kadar çeşitli yaşlar için çeşitli paradigmalar geliştirilmiştir7,8.
Zebra balığı, bilişsel bozuklukların davranış teknikleri ile değerlendirilmesi için avantajlı olan karmaşıklık ve basitlik dengesini sağlar. İlk olarak, zebra balıkları küçük boyutları ve üretken üreme doğaları göz önüne alındığında yüksek verimli davranışsal taramaya hazırdır. İkincisi, zebra balığı bir yapıya sahiptir, lateral pallyum, benzer nöronal belirteçlere ve hücre tiplerine sahip olduğu için memeli hipokampusabenzerdir 7. Zebra balıkları ayrıca mekansal bilgileri elde edebilir ve hatırlayabilir9 ve insanlar gibi, diurnal10. Bu nedenle, zebra balıklarının artan sıklıkta nörodejeneratif hastalıklar için bir model olarak kullanılması şaşırtıcı değildir. Bununla birlikte, uygun davranışsal testlerin olmaması, bilişsel değerlendirmeler için zebra balığı modelinin uygulanmasını zorlaştırmıştır. Zebra balığına özgü davranışsal tahliller kullanılarak yayınlanan çalışma ilişkilendirilebilir öğrenme görevleri11, anksiyete davranışı12, bellek13, nesne tanıma14ve koşullandırılmış yer tercihi15,16,17,18,19içerir. Zebra balığı davranışsal tahlilleri ile ilgili birçok gelişme olmasına rağmen, kemirgenlerdeki bilişsel işlevlerin bazı testleri için muadilleri henüz zebra balığı ile kullanılmak üzere geliştirilmemiştir18.
Laboratuvarımızın önceki çalışmalarına dayanarak, zebra balıklarında sosyal etkileşimi ödül olarak kullanan kemirgenlerle kullanılan üç odalı seçim görevine dayanarak bilişsel bir görev modelledik / geliştirdik. Ek olarak, davranışsal görevin ilişkilendirilebilir öğrenme yönünü genişlettik ve bilişsel bozukluğu değerlendirmek için bu davranışsal görevi daha da geliştirme umuduyla kontrast ayrımcılığının tersine çevrilmesini dahil ettik. Bu, hem ayrımcılık öğreniminin ilk edinimini hem de bu öğrenmenin tersine çevirme aşamasında daha sonraki inhibisyonunu incelememizi sağladı. Mevcut çalışmada, bu prosedürün 4 veya 8 hafta boyunca glikoz daldırma sonrasında zebra balıklarında bilişsel işleyişi değerlendirmek için güvenilir bir yöntem sağladığını gösteriyoruz.
Protocol
Representative Results
Discussion
Son 15 yılda zebra balığı kullanılarak yapılan nörobilim araştırmalarının miktarında ve çeşitliliğinde muazzam bir büyüme olmasına rağmen24, davranışsal tahliller bu türlerde memeli model sistemlerine kıyasla eksik11,25,26. Burada, kemirgenlerle kullanılmak üzere geliştirilen üç odalı bir seçim görevinin zebra balıklarında görsel ayrımcılık öğreniminin edinilmesini v…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Sabrina Jones’a zebra balığı modeline kemirgen üç odalı bir paradigmayı uyarlamadaki yardımı için ve Jeremy Popowitz ve Allison Murk’a davranış toplama günlerindeki yardımları, koşu denemeleri, hayvan bakımı ve tank kurulumu konusundaki yardımları için teşekkür ederiz. Ayrıca James M. Forbes’a (Makine Mühendisi) 3 oda seçimi tank tasarımı ve yapımındaki yardımı için özel teşekkürler.
Finansman: VPC ve TLD, Amerikan Üniversitesi Fen Edebiyat Fakültesi’nden ortak bir Fakülte Araştırma Destek hibesi (FRSG) aldı. CJR, Amerikan Üniversitesi Fen Edebiyat Fakültesi Lisansüstü Öğrenci Desteği’nden destek aldı.
Materials
| Champion Sports Stopwatch Timer Set: Waterproof, Handheld Digital Clock Sport Stopwatches with Large Display for Kids or Coach – Bright Colored 6 Pack | Amazon | N/A | https://www.amazon.com/Champion-Sports-910SET-Stopwatch-Timer/dp/B001CD9LJK/ref=sr_1_17?dchild=1&keywords=stopwatch+for+sports&qid=1597081570&sr=8-17 Recommend two of different colors; one for choice latency and one for time to completion |
| Coofficer Extra Large Binder Clips 2-Inch (24 Pack), Big Paper Clamps for Office Supplies, Black | Amazon | N/A | https://www.amazon.com/Coofficer-Binder-2-Inch-Clamps-Supplies/dp/B07C94YCR5/ref=sr_1_3_sspa?dchild=1&keywords=large+binder+clips&qid=1597081521&sr=8-3-spons&psc=1&spLa=ZW5jcnlwdGVkUXVhbGlmaWVyPUExUENWUTRZVjlIWEVPJmVuY3J5cHRlZElkPUEwNDQ5NDU0MlpSREkwTFlLSThVQiZlbmNyeXB0ZWRBZElkPUEwMTg5NDI3MllRV1EzOUdWTVpSOCZ3aWRnZXROYW1lPXNwX2F0ZiZhY3Rpb249Y2xpY2tSZWRpcmVjdCZkb05vdExvZ0NsaWNrPXRydWU= |
| Marineland® Silicone Aquarium Sealant | Petsmart | Item #2431002 | |
| PVC (Polyvinyl Chloride) Sheet, Opaque Gray, Standard Tolerance, UL 94/ASTM D1784, 0.125" Thickness, 12" Width, 24" Length | Amazon | N/A | https://www.amazon.com/Polyvinyl-Chloride-Standard-Tolerance-Thickness/dp/B000MAMGEQ/ref=sr_1_2?dchild=1&keywords=grey+PVC+sheet&qid=1597081440&sr=8-2 |
| Steelworks 1/4-in W x 8-ft L Mill Finished Aluminum Weldable Trim U-shaped Channel | Lowes | Item #55979Model #11377 | https://www.lowes.com/pd/Steelworks-1-4-in-W-x-8-ft-L-Mill-Finished-Aluminum-Weldable-Trim-Channel/3058181 |
| Tetra 10 Gallon Fish tank | Petsmart | Item #5271256 | |
| Top Fin Fine Mesh Fish Net (3 in) | Petsmart | Item #5175115 |
References
- Gitler, A. D., Dhillon, P., Shorter, J. Neurodegenerative disease: models, mechanisms, and a new hope. Disease Models & Mechanisms. 10, 499-502 (2017).
- Perry, R. J., Watson, P., Hodges, J. R. The nature and staging of attention dysfunction in early (minimal and mild) Alzheimer’s disease: relationship to episodic and semantic memory impairment. Neuropsychologia. 38, 252-271 (2000).
- Gerlai, R. Learning and memory in zebrafish (Danio rerio). Methods in Cell Biology. 134, (2016).
- Davidson, T. L., et al. The effects of a high-energy diet on hippocampal-dependent discrimination performance and blood-brain barrier integrity differ for diet-induced obese and diet-resistant rats. Physiology and Behavior. 107, 26-33 (2012).
- Yang, M., Silverman, J. L., Crawley, J. N. Automated three-chambered social approach task for mice. Current Protocols in Neuroscience. 56 (1), (2011).
- Remmelink, E., Smit, A. B., Verhage, M., Loos, M. Measuring discrimination- and reversal learning in mouse models within 4 days and without prior food deprivation. Learning and Memory. 23, 660-667 (2016).
- Salas, C., et al. Neuropsychology of learning and memory in teleost fish. Zebrafish. 3, 157-171 (2006).
- Kalueff, A. V., et al. Towards a comprehensive catalog of zebrafish behavior 1.0 and beyond. Zebrafish. 10, 70-86 (2013).
- Luchiaria, A. C., Salajanb, D. C., Gerlai, R. Acute and chronic alcohol administration: Effects on performance of zebrafish in a latent learning task. Behavior Brain Research. 282, 76-83 (2015).
- Fadool, J., Dowling, J. Zebrafish: A model system for the study of eye genetics. Progress in Retinal and Eye Research. 27, 89-110 (2008).
- Fernandes, Y. M., Rampersad, M., Luchiari, A. C., Gerlai, R. Associative learning in the multichamber tank: A new learning paradigm for zebrafish. Behavioural Brain Research. 312, 279-284 (2016).
- Reider, M., Connaughton, V. P. Developmental exposure to methimazole increases anxiety behavior in zebrafish. Behavioral Neuroscience. , (2015).
- Capiotti, K. M., et al. Hyperglycemia induces memory impairment linked to increased acetylcholinesterase activity in zebrafish (Danio rerio). Behavioural Brain Research. 274, 319-325 (2014).
- May, Z., et al. Object recognition memory in zebrafish. Behavioural Brain Research. 296, 199-210 (2016).
- Mathur, P., Lau, B., Guo, S. Conditioned place preference behavior in zebrafish. Nature Protocols. 6, 338-345 (2011).
- Guo, S. Linking genes to brain, behavior and neurological diseases: What can we learn from zebrafish. Genes, Brain and Behavior. 3, 63-74 (2004).
- Kily, L. J. M., et al. Gene expression changes in a zebrafish model of drug dependency suggest conservation of neuro-adaptation pathways. Journal of Experimental Biology. 211, 1623-1634 (2008).
- Webb, K. J., et al. Zebrafish reward mutants reveal novel transcripts mediating the behavioral effects of amphetamine. Genome Biology. 10, (2009).
- Clayman, C. L., Malloy, E. J., Kearns, D. N., Connaughton, V. P. Differential behavioral effects of ethanol pre-exposure in male and female zebrafish (Danio rerio). Behavioural Brain Research. 335, 174-184 (2017).
- Ruhl, T., et al. Acute administration of THC impairs spatial but not associative memory function in zebrafish. Psychopharmacology. 231, 3829-3842 (2014).
- Gellermann, L. W. Chance orders of alternating stimuli in visual discrimination experiments. The Pedagogical Seminary and Journal of Genetic Psychology. 42, 206-208 (1933).
- Gleeson, M., Connaughton, V., Arneson, L. S. Induction of hyperglycaemia in zebrafish (Danio rerio) leads to morphological changes in the retina. Acta Diabetologica. 44, 157-163 (2007).
- Connaughton, V. P., Baker, C., Fonde, L., Gerardi, E., Slack, C. Alternate immersion in an external glucose solution differentially affects blood sugar values in older versus younger zebrafish adults. Zebrafish. 13, 87-94 (2016).
- Goldsmith, J. R., Jobin, C. Think small: Zebrafish as a model system of human pathology. Journal of Biomedicine and Biotechnology. 2012, 817341 (2012).
- Kalueff, A. V., Stewart, A. M., Gerlai, R., Court, P. Zebrafish as an emerging model for studying complex brain disorders. Trends in Pharmacological Sciences. 35, 63-75 (2014).
- Gerlai, R. Associative learning in zebrafish (Danio rerio). Methods in cell biology. 101, 249-270 (2011).
