Le test d’évitement actif des lieux (APA), une tâche d’apprentissage spatial efficace, polyvalente et reproductible pour les souris
Summary
Ici, nous présentons un protocole pour le test d’évitement de lieu actif, un paradigme d’apprentissage spatial dépendant de l’hippocampe conçu pour les rongeurs. La modification des paramètres clés permet de retester les animaux avant et après les traitements ou au fil du temps.
Abstract
L’apprentissage spatial dépendant de l’hippocampe chez les rongeurs a été testé à l’aide de diverses méthodes. Il s’agit notamment du labyrinthe aquatique de Morris (MWM), du labyrinthe en Y et des tâches de localisation d’objets nouveaux (NOL). Plus récemment, la tâche d’évitement actif des lieux (APA) a été développée comme alternative à ces approches plus traditionnelles. Dans la tâche APA, les souris doivent utiliser des repères spatiaux placés autour d’une arène en rotation pour éviter une zone de choc stationnaire. En raison des multiples paramètres qui peuvent être ajustés, la tâche APA s’est avérée être une approche très polyvalente. Il se prête à être utilisé longitudinalement et de manière répétée pour la même cohorte de souris. Ici, nous fournissons un protocole détaillé pour mener à bien la tâche APA. Nous mettons également en évidence d’autres approches APA qui peuvent être utilisées pour examiner différentes composantes de l’apprentissage spatial. Nous décrivons les processus de collecte et d’analyse des données. Les étapes critiques de la tâche APA sont abordées afin d’augmenter les chances de réussite du test. La tâche APA présente plusieurs avantages par rapport aux tests de navigation spatiale plus traditionnels. Il convient de l’utiliser avec des souris âgées ou celles présentant des phénotypes de maladies telles que la maladie d’Alzheimer. La complexité de la tâche peut être facilement modifiée, ce qui permet de tester un large éventail de souches de souris. De plus, la tâche APA convient aux tests sur des animaux qui ont subi une intervention chirurgicale ou des interventions expérimentales susceptibles d’avoir affecté la fonction motrice ou neuronale, comme un accident vasculaire cérébral ou une lésion cérébrale traumatique.
Introduction
L’évitement actif des lieux (APA) est un outil efficace pour tester l’apprentissage spatial dépendant de l’hippocampe chez les rongeurs 1,2,3,4. Au cours de la tâche APA, l’animal est placé sur une arène rotative et doit utiliser des repères visuels pour s’orienter et éviter une zone de chocaversive 5. La rotation de l’arène garantit que la souris ne peut pas utiliser une approche idiothétique pour la navigation, ni les marques olfactives, car ces repères tournent sur la plate-forme tandis que la zone de choc reste stationnaire5. La modification de la vitesse et de la direction de l’arène, ainsi que de l’emplacement de la zone de choc et des repères visuels, permet de tester à nouveau les souris plusieurs fois 6,7,8. L’APA offre plusieurs avantages distincts par rapport au labyrinthe d’eau Morris (MWM), l’un des tests d’apprentissage spatial les plus utilisés. Il est important de noter que les souris ont une aversion pour la natation et trouvent la tâche MWM extrêmement stressante9. De plus, il a été signalé que des souris âgées flottaient pendant la tâcheMWM 10, ce qui la rend inappropriée comme tâche d’apprentissage spatial dans de nombreux cas. De plus, la tâche MWM nécessite une plate-forme cachée et immergée pour que les souris puissent la localiser pendant les tests. Cela nécessite que l’eau soit opaque, ce qui est généralement obtenu par l’ajout de peinture blanche. Le suivi et l’analyse des animaux pendant les tâches comportementales nécessitent un contraste suffisant entre le sujet et l’environnement, excluant certaines souches de souris telles que Swiss ou BALB/c d’être testées dans le MWM. Dans la tâche APA, ce problème est contourné par l’ajout de plastique noir sous la grille.
Plusieurs paradigmes APA ont été conçus pour tester l’apprentissage spatial, démontrant ainsi son utilité en tant qu’outil comportemental efficace. Par exemple, l’acquisition, la rétention et la consolidation de l’apprentissage spatial sont généralement réalisées par des tests quotidiens sur des animaux qui peuvent durer de 3 à 5 jours 6,7,11,12. La mémoire et l’apprentissage sont quantifiés en comparant le nombre de chocs reçus chaque jour d’acquisition. Le temps jusqu’à la première entrée et le temps maximum pour éviter la zone de choc sont également des paramètres importants qui peuvent être utilisés pour déterminer les changements dans la capacité d’apprentissage au cours de la tâche. Alternativement, la mémoire de travail spatiale peut être testée en effectuant une seule session APA de 30 minutes 2,13 où l’apprentissage spatial est mesuré comme les changements au cours de la session en comparant les performances, telles que le nombre de chocs, dans des groupes de 5 minutes.
Dans cet article, nous décrivons la tâche APA et mettons en évidence les principales caractéristiques qui doivent être prises en compte lors de la réalisation de ce test d’apprentissage spatial.
Protocol
Representative Results
Discussion
En conclusion, le test d’évitement de lieu actif est une tâche d’apprentissage spatial efficace qui peut être utilisée sur une variété de souches de souris et de conditions expérimentales. La tâche APA surmonte les limites associées à d’autres paradigmes d’apprentissage spatial14, tels que le MWM, qui est stressant pour les souris comme mesuré par les niveaux de cortisol9. Le MWM ne convient pas non plus aux souris âgées, où il a été signalé qu’elles flottaient pendant la tâche10. Bien que d’autres tests d’apprentissage spatial, tels que le labyrinthe de Barnes et le test de localisation de nouveaux objets, soient moins stressants, ils sont limités par la fréquence à laquelle des tests répétés peuvent être effectués sur la même cohorte de souris. Par conséquent, le principal avantage de la tâche APA est qu’elle peut être utilisée plusieurs fois car plusieurs paramètres peuvent être ajustés pour maintenir la nouveauté. En effet, nous avons utilisé la tâche APA jusqu’à 5 fois sur la même cohorte de souris pour examiner l’effet de l’ablation de l’hippocampe et l’effet ultérieur de l’exercice8. Dans chaque cas, les paramètres, y compris la rotation de l’arène, la zone de choc et les repères spatiaux, ont été modifiés entre les tests. Cela a permis de s’assurer que les souris utilisaient des indices de navigation spatiale pour réapprendre la tâche, comme en témoigne le fait que les animaux témoins commençaient par un nombre élevé de chocs, puis diminuaient au cours des jours d’essai suivants pour chaque période d’essai8. Typiquement, à la fin d’un paradigme de test de 5 jours, nous considérons que tout animal qui a reçu plus de 10 chocs le dernier jour ou qui a un évitement maximal de moins de 60 s n’a pas appris le paradigme.
Au-delà de la possibilité de modifier facilement les paramètres pour permettre plusieurs séries de tests spatiaux, la tâche APA garantit que les souris doivent utiliser la navigation spatiale pour éviter efficacement la zone de choc. Par exemple, les animaux doivent utiliser des repères externes pour localiser et éviter d’entrer dans la zone de choc stationnaire en s’éloignant de celle-ci5. Comme l’arène tourne, les animaux ne sont pas en mesure d’utiliser une approche idiothétique pour la navigation, ni d’utiliser des signaux extéroceptifs tels que les odeurs, car ces signaux tournent avec l’arène tandis que la zone de choc et les indices spatiaux restent stationnaires5.
Il est également important de s’assurer que les souris sont correctement habituées au domaine des chercheurs et de l’APA. L’intensité du choc du pied doit également être optimisée, car une intensité de choc trop faible ou trop élevée peut compromettre la capacité des souris à apprendre et à effectuer la tâche5. L’intensité du choc est généralement réglée sur 0,5 mA et ne doit pas dépasser 0,7 mA. Pour les animaux qui ont un comportement anxieux accru, envisagez de réduire à la fois l’intensité de la lumière et l’intensité des chocs aux pieds. L’anxiété accrue pendant la tâche APA peut se présenter sous la forme de sauts excessifs, de courses incontrôlées dans l’arène ou d’un gel prolongé. Le protocole décrit ici a utilisé une intensité de choc de 0,5 mA, la même intensité qui a été précédemment utilisée avec BALB/c, qui est connu pour avoir un comportement plus anxieux15.
Ici, nous décrivons le logiciel de suivi des animaux fourni par la société qui a fourni la plate-forme d’évitement de lieu active utilisée. Un logiciel de suivi vidéo alternatif convient également à l’analyse des performances comportementales. Ces programmes peuvent également mesurer et analyser avec précision les performances de la souris pendant les tâches APA. Ces programmes permettent la création de plusieurs zones et emplacements au sein de l’arène APA pour évaluer le comportement. Le réglage de l’arène pour un APA se compose d’une zone de choc triangulaire, où le nombre d’entrées, le temps nécessaire pour entrer en premier et le temps passé dans la zone de choc sont mesurés. Des zones supplémentaires peuvent également être ajoutées dans l’arène. Par exemple, nous pouvons ajouter une zone centrale ou une zone opposée à la zone de choc pour mesurer le temps passé et la distance parcourue dans ces zones comme stratégie animale pour éviter la zone aversive. Ces programmes suivent le centre de masse de la souris, qui est ensuite enregistré et affiché au-dessus du cadre de référence pour une inspection visuelle (Figure 6A,B). Enfin, il est également possible de créer une carte thermique de densité pour les performances individuelles et de groupe (Figure 6C).
Lors de l’exécution de la tâche APA, il y a des problèmes potentiels qui doivent être résolus. À l’occasion, les souris devront être exclues de l’analyse en raison de leur non-réactivité à la zone de choc. Comme toujours, l’exclusion ne doit être envisagée que lorsqu’ils répondent à des conditions aberrantes prédéfinies, par exemple, en dehors de 2 écarts-types de la moyenne. Les tâches comportementales complexes telles que l’APA nécessitent généralement des valeurs élevées d’azote chez les animaux. Nous vous suggérons d’effectuer une analyse de puissance pour calculer la taille d’échantillon appropriée avant d’effectuer l’APA. Cela dépendra de la souche utilisée et des groupes de traitement. D’après l’expérience, nous constatons qu’une valeur n de 10 ou plus pour chaque groupe fournit une puissance suffisante lors de la réalisation d’expériences APA. Le principal problème de cette tâche est d’assurer un suivi de haute qualité de la souris pendant la tâche. L’étape d’habituation de la tâche doit être utilisée pour confirmer que cela se produit. Les souris qui ne réagissent pas à un choc sont souvent dues à des excréments entre les barres de la grille. Il est donc essentiel de nettoyer le rig après chaque animal et d’enlever toute excrément ou urine. Cela réduira également le stress pour les animaux qui suivent. La tâche APA implique généralement un paradigme de 5 jours, ce qui peut présenter certaines limites pour les études impliquant des interventions efficaces de moins de 5 jours ; Cependant, la mémoire à court terme ou l’acquisition de l’apprentissage spatial peuvent toujours être évaluées pour de telles études en utilisant l’approche de 30 minutes en une seule séance.
En résumé, cet article fournit une description détaillée de la façon de configurer et d’utiliser le paradigme d’évitement de lieu actif pour tester l’apprentissage spatial des souris. La possibilité de modifier les conditions de sorte que plusieurs souches de souris de couleurs différentes puissent être testées est un avantage distinct par rapport à d’autres tests spatiaux plus traditionnels tels que le MWM. De plus, la modification de plusieurs paramètres permet de répéter les tests afin que les changements dans l’apprentissage spatial puissent être comparés avec précision au cours de divers paradigmes expérimentaux ou au cours du vieillissement physiologique. En peu de temps, le test APA s’est avéré être une alternative précise et efficace pour l’apprentissage spatial dépendant de l’hippocampe. À l’avenir, la tâche APA pourra être utilisée comme une méthode fiable pour évaluer les interventions thérapeutiques ou d’exercice sur le comportement cognitif et spatial chez les souris de type sauvage et transgénique.
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Nous remercions l’Animal Behaviour Facility du Queensland Brain Institute (QBI) pour le développement et la maintenance de l’appareil décrit dans ce manuscrit.
Materials
| Constant Current Source CS02 | BioSignal Group | N/A | Acton, Massachusetts, United States |
| Control Box | BioSignal Group | N/A | Acton, Massachusetts, United States |
| Ethovision | Noldus | version 16 | Wageningen, Netherlands |
| Shock Scrambler | BioSignal Group | N/A | Acton, Massachusetts, United States |
| Track Analysis | BioSignal Group | version 2.2 | Acton, Massachusetts, United States |
| Tracker Programme | BioSignal Group | version: 2.36 | Acton, Massachusetts, United States |
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