T-doolhof Gedwongen Afwisseling en links-rechts Discriminatie Taken voor de beoordeling van Werken en Reference geheugen in Muizen
Özet
Dit artikel geeft het protocol van T-doolhof proeven met een aangepaste automatische apparatuur voor de beoordeling van de leer-en geheugenfuncties bij muizen.
Abstract
Gedwongen afwisseling en links-rechts onderscheid taken met behulp van de T-doolhof zijn op grote schaal gebruikt om de werk-en referentie-geheugen respectievelijk beoordelen, bij knaagdieren. In ons laboratorium evalueerden we de twee soorten geheugen meer dan 30 stammen van genetisch muizen de geautomatiseerde versie van deze inrichting. Hier presenteren we de gemodificeerde T-doolhof apparaat bediend door een computer met een video-tracking systeem en onze protocollen in een film formaat. De T-labyrint inrichting bestaat uit banen uitgeschakeld schuifdeuren automatisch naar beneden open, elk met een start doos, een T-vormige baan, twee dozen met automatische pellet dispensers aan een zijde van de doos en twee L-vormige lanen verdeeld . Elke L-vormige baan is verbonden met het begin doos, zodat muizen naar het begin doos, die de effecten van experimentator behandeling sluit op muisgedrag. Deze inrichting heeft ook als voordeel dat in vivo microdialyse in vivo elektrofysiologie en optogenetics techniques kan worden uitgevoerd tijdens de T-doolhof prestaties, omdat de deuren zijn ontworpen naar beneden te gaan in de vloer. In deze film artikel beschrijven we de T-doolhof taken met behulp van de geautomatiseerde apparatuur en de T-doolhof prestaties van α-CaMKII + / – muizen, die worden gerapporteerd aan te tonen werkgeheugen tekorten in de acht-arm radiale doolhof taak. Onze gegevens gaven aan dat α-CaMKII + / – muizen een werkgeheugen tekort, maar geen bijzondere waardevermindering van de referentie-geheugen liet zien, en zijn in overeenstemming met eerdere bevindingen met behulp van de acht-arm radiale doolhof taak, die de geldigheid van ons protocol ondersteunt. Bovendien, onze gegevens blijkt dat mutanten de neiging om omkering leren tekorten vertonen, hetgeen suggereert dat α-CaMKII tekort teruggebracht gedrag flexibiliteit veroorzaakt. Zo is het T-doolhoftest behulp van de gemodificeerde automatische inrichting nuttig is voor de beoordeling werken en voorbeeldgeheugen en gedrag flexibiliteit in muizen.
Protocol
Discussion
Gedwongen afwisseling en links-rechts onderscheid taken met behulp van de T-doolhof worden op grote schaal gebruikt voor het werk-en referentie-geheugen respectievelijk beoordelen, bij knaagdieren 4,5. In T-doolhof taken, is het bekend dat knaagdieren kan verschillende strategieën gebruiken om de taken, op basis van ruimtelijke en niet-ruimtelijke cues, zoals extra-doolhof signalen, de configuratie van de kamer cues, oriëntatie van het doolhof, en ga zo maar uit te voeren 6,7,8. Oriëntatie van de doolhof in een kamer en de stabiliteit, de aan-of afwezigheid van polariserende signalen in de kamer, en het vermogen van knaagdieren om signalen te zien in de kamer van invloed kunnen zijn strategieën. Zo moeten de onderzoekers de configuratie en de oriëntatie van de apparatuur en aanwijzingen te overwegen in een kamer in het uitvoeren van een experiment en een interpretatie van gedrags-gegevens. In ons laboratorium, plaatsen we twee apparaten gezicht in dezelfde richting in de richting van een muur in een geluiddichte kamer en set objecten, zoals een deur van de kamer, tl-lampen aan het plafond, de muren van de kamer, CCD-camera's vande apparaten, en rekken voor muis-kooien tegemoet te komen, dat kan dienen als extra-doolhof spatial cues voor muizen (zie figuur 1C).
In veel gevallen hebben de T-doolhof testen met de hand uitgevoerd door een menselijke experimentator als volgt: In beide onderzoeken de onderzoeker plaatst een sucrose pellet op voedsel lade en opent de guillotine deuren van het apparaat om de test te starten. Dan, als een muis komt een van de armen, de experimentator sluit de deuren, registreert de muis gedrag, en brengt de muis van de arm naar de start box met de hand. De mogelijke verstorende variabelen van het hanteren van interactie met de muis genotype of experimentele conditie van invloed kunnen zijn T-doolhof prestaties. In de afgelopen tien jaar heeft de aangepaste T-doolhof test voor een continue afwisseling taak die niet gepaard gaat met handmatige overdracht van het onderwerp van het doel arm terug naar de start box is gebruikt. 9-11 Zelfs als het toestel, test protocollen en veel milieu-variabelen worden krachtig gelijkgesteld, standardized gedragstesten niet altijd tot dezelfde resultaten in de verschillende laboratoria 12,13. Specifieke onderzoekers het uitvoeren van de testen uniek kunnen zijn voor elk laboratorium en kan ook invloed op het gedrag van muizen. Bovendien is een menselijk experimentator het algemeen geschikt om fouten, zoals misplaatsen een sucrose pellet, openen of sluiten andere deuren en fouten in het volgen van het proces in en tijdwaarneming maken. Om de invloed van verstorende variabelen en het optreden van menselijke fouten te verminderen, hebben we ontwikkeld en gebruikt de geautomatiseerde T-doolhof apparaat bestuurd door een video-tracking systeem met de Image TM programma. De verbeterde T-doolhof apparaat heeft ook voordelen die ons in staat stellen microdialyse, elektrofysiologie en optogenetics technieken gebruiken tijdens de T-doolhof prestaties, omdat de deuren zijn ontworpen naar beneden te gaan in de vloer. Zo is de automatische apparatuur is een nuttig hulpmiddel om onderzoek naar de neurobiologie van werk-en referentie-geheugen in knaagdieren te vergemakkelijken.
Om de automatische en opeenvolgende uitvoering van een reeks proeven in een sessie mogelijk te maken, onze protocollen hebben een aantal potentiële nadelen. Bijvoorbeeld, in gedwongen afwisseling taak, de tijd voor de muizen om terug te gaan naar S1 van A1 of A2 zou kunnen invloed hebben op hun prestaties. Het is misschien niet een ernstig probleem, maar omdat een verblijf P1 of P2 gebied zelf kan een ruimtelijke cue en een kort of lang verblijf in een van beide terrein in een geforceerde keuze run kan niet veranderen de harde schijf al zijn. Een ander potentieel probleem is dat geur spoor van de muizen, in plaats van ruimtelijk geheugen kan worden gebruikt. Echter, al na een paar keer proberen, kan geur paden worden overschreven meerdere keren en zou moeilijk worden om te worden gebruikt als cues. Ook in de linker-licht discriminatie taak, kan geur paden dienen als olfactorische aanwijzingen voor de muizen om de locatie van een beloning in de opeenvolgende studies te vinden. De signalen kunnen beïnvloeden leren en geheugen proces in de onderzoeken in een sessie, die mogelijk een probleem kan zijn. Echter,muizen kunnen de geur trail strategie niet in de eerste proef in een sessie en dus de prestaties van de eerste proeven zou dienen als een index die verstoken is van een potentiële gebruik van de geur trail strategie.
Zoals in de representatieve resultaten, het percentage juiste respons van de controle C57BL/6J-muizen geleidelijk in sessies beide taken. De bevindingen bevestigen dat C57BL/6J-muizen kunnen leren om de juiste keuzes te maken in de gemodificeerde automatische T-doolhof. In deze studie, de muizen steeds rond de 80% de juiste keuzes en niet meer, zelfs na een uitgebreide training (zie figuur 2A). Gezien het feit dat ze houden waaruit blijkt wat nalaten fouten in de trainingen, kan de motivatie niet zo hoog te zijn voor de muizen met betrekking tot hoger prestatieniveau te bereiken. In de gedwongen afwisseling taak, α-CaMKII + / – muizen bleek een lager percentage juiste antwoorden dan controle muizen. Aldus de mutante muizen weergegeven verminderde prestaties vergelijking met de controlemuizen deze task. Dit resultaat is consistent met de eerdere bevindingen verkregen in de acht-arm radiale doolhoftest 2,14, het verstrekken van een verder bewijs dat de α-CaMKII tekort aan de tekorten in het werkgeheugen veroorzaakt en dat de gedwongen afwisseling taak in de geautomatiseerde T-doolhof apparaat nauwkeurig detecteert werkgeheugen tekorten van de mutante muizen. In het links-rechts discriminatie taak, de resultaten geven aan dat α-CaMKII deficiëntie dosis niet verwijst naar geheugen beïnvloeden. Zoals uit de resultaten van de omslag-sessie kan echter α-CaMKII deficiëntie verminderen gedrag flexibiliteit. De mutante muizen ook meer nalaten fouten dan controle muizen weergegeven tijdens de reversal learning sessies. De toename van het aantal weglating fouten kunnen verminderen de kans krijgen om welke arm is gekoppeld met de beloning. Derhalve kan het vertraagde leren verkrijging door de toename van het aantal weglating fouten tijdens de eerste sessies, maar niet aangetast omkering lverdienen. Een andere mogelijkheid is dat de mutanten kunnen worden verward door de verandering in regels, die zouden kunnen leiden tot fouten van het weglaten en interfereren met uitvoerende functie. Dus, om een redelijke conclusie te trekken, moet nalaten fouten en juiste keuze percentage worden onderzocht.
Het beeld TM programma genereert de extra resultaten van de latentie en de afstand tot een keer te doen als het percentage juiste respons en het aantal weglating fout. De verschillen in de latentie en de afgelegde afstand om een sessie te voltooien kan worden geïnterpreteerd als een verschil in motorische activiteit, impulsieve neiging om de keuze van de armen, motivatie om de taak uit te voeren, gewenning niveau van de taak, de verschillende learning strategie en etc. Met betrekking tot de representatieve resultaten, α-CaMKII + / – muizen toonde een kortere wachttijd en korter de afgelegde afstand dan die van de controles. In feite α CaMKII + / – muizen een hyperlocomotor activiteit vergeleken met thij controle muizen 3 en dit fenotype kunnen ten grondslag liggen aan de verschillen in de indices.
In ons laboratorium hebben we onderzocht meer dan 36 stammen van genetisch gemanipuleerde muizen en wild-type controle muizen in een T-doolhof test met de geautomatiseerde apparatuur om de relatie tussen genen, hersenen en gedrag 15,16 toe te lichten. Wij hebben een groot aantal van de ruwe data van meer dan 1200 muizen, en hebben gemeld de gegevens voor de T-doolhof prestaties in verschillende stammen van mutante muizen 3,16-22. De gegevens van stammen die reeds gepubliceerd in het wetenschappelijk artikel zijn opgenomen in de "Muis Behavioral Fenotype Database" als een openbare database (URL: http://www.mouse-phenotype.org/~~V ). Een aantal van de studies toonden aan dat muizen met mutant Dtnbp1 1, Nrd1 20 of Plp1 21 genen blijkt werkgeheugen tekorten. Dus, onze gestandaardiseerd protocol voor de T-doolhof taken met de geautomatiseerdeinrichting is geschikt voor de genetische effecten op geheugen tussen mutant en het wild-type controlemuis. De gedragstest protocollen moeten worden gestandaardiseerd, gerepliceerd, en de resultaten vergeleken tussen laboratoria. De verbeterde T-doolhof apparatuur leidt tot de automatisering van testprocedures, die kunnen bijdragen tot de standaardisatie van de protocollen die worden gebruikt in laboratoria.
Zoals blijkt uit deze video artikel, kan de huidige versie van het apparaat en het programma stelt ons in staat zwarte of agouti muizen te testen, maar niet albino muizen. Nu produceren wij een gewijzigde versie van het systeem om albino muizen te testen. Het systeem heeft als voordeel dat in vivo microdialyse, in vivo elektrofysiologie en optogenetics experimenten kunnen worden uitgevoerd tijdens de T-maze test, omdat de deuren zijn ontworpen naar beneden te gaan onder de vloer. Zo kunnen sommige onderzoekers trachten de elektrofysiologische eigenschappen van neuronen in hippocampus onderzoeken tijdens de keuze van armenhoewel enkele verbeteringen van het apparaat nodig kunnen zijn om elektrische ruis van de deuren en pellet uitwerpmechanisme actuatoren te minimaliseren.
Al met al, T-doolhof gedwongen afwisseling en links-rechts onderscheid taken met behulp van de gemodificeerde automatische apparaten zijn nuttig voor de beoordeling van arbeids-en referentie-geheugen en gedrag flexibiliteit in muizen.
Açıklamalar
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Wij danken Kazuo Nakanishi voor zijn hulp bij de ontwikkeling van Image TM programma voor gedragsanalyse. Dit onderzoek werd ondersteund door Grant-in-Steun voor Verkennend onderzoek (19653081), Grant-in-Steun voor Wetenschappelijk Onderzoek (B) (21300121), Grant-in-Steun voor Wetenschappelijk Onderzoek op innovatieve terreinen (Comprehensive Brain Science Network) uit het Ministerie van Onderwijs, Wetenschap, Sport en Cultuur van Japan, subsidie van Neuroinformatica Japan Center (NIJC), en subsidies van CREST & Bird van Japan Science and Technology Agency (JST).
Referanslar
- Takao, K., Toyama, K., Nakanishi, K., Hattori, S., Takamura, H., Takeda, M., Miyakawa, T., Hashimoto, R. Impaired long-term memory retention and working memory in sdy mutant mice with a deletion in Dtnbp1, a susceptibility gene for schizophrenia. Mol. Brain. 1, 11-11 (2008).
- Chen, C., Rainnie, D. G., Greene, R. W., Tonegawa, S. Abnormal fear response and aggressive behavior in mutant mice deficient for alpha-calcium-calmodulin kinase II. Science. 266, 291-294 (1994).
- Yamasaki, N., Maekawa, M., Kobayashi, K., Kajii, Y., Maeda, J., Soma, M., Takao, K., Tanda, K., Ohira, K., Toyama, K. Alpha-CaMKII deficiency causes immature dentate gyrus, a novel candidate endophenotype of psychiatric disorders. Mol. Brain. 1, 6-6 (2008).
- Aultman, J. M., Moghaddam, B. Distinct contributions of glutamate and dopamine receptors to temporal aspects of rodent working memory using a clinically relevant task. Psychopharmacology. 153, 353-364 (2001).
- Papaleo, F., Yang, F., Garcia, S., Chen, J., Lu, B., Crawley, J. N., Weinberger, D. R. Dysbindin-1 modulates prefrontal cortical activity and schizophrenia-like behaviors via dopamine/D2 pathways. Molecular Psychiatry. , 1-14 (2010).
- Douglas, R. J. Cues for spontaneous alternation. J. Comp. Physiol. Psychol. 62, 171-183 (1966).
- Dudchenko, P. A., Davidson, M. Rats use a sense of direction to alternate on T-mazes located in adjacent rooms. Anim. Cogn. 5, 115-118 (2002).
- Dudchenko, P. A. An overview of the tasks used to test working memory in rodents. Neurosci Biobehav. Rev. 28, 699-709 (2004).
- Gerlai, R. A new continuous alternation task in T-maze detects hippocampal dysfunction in mice: A strain comparison and lesion study. Behav. Brain. Res. 95, 91-101 (1998).
- Wood, E. R., Dudchenko, P. A., Robitsek, R. J., Eichenbaum, H. Hippocampal neurons encode information about different types of memory episodes occurring in the same location. Neuron. 27, 623-633 (2000).
- Lee, I., Griffin, A. L., Zilli, E. A., Eichenbaum, H., Hasselmo, M. E. Gradual translocation of spatial correlates of neuronal firing in the hippocampus toward prospective reward locations. Neuron. 51, 639-650 (2006).
- Crabbe, J. C., Wahlsten, D., Dudek, B. C. Genetics of mouse behavior: interactions with laboratory environment. Science. 284, 1670-1672 (1999).
- Wahlsten, D., Metten, P., Phillips, T. J., Boehm, S. L., Burkhart-Kasch, S., Dorow, J., Doerksen, S., Downing, C., Fogarty, J., Rodd-Henricks, K. Different data from different labs: lessons from studies of gene-environment interaction. J. Neurobiol. 54, 283-311 (2003).
- Matsuo, N., Yamasaki, N., Ohira, K., Takao, K., Toyama, K., Eguchi, M., Yamaguchi, S., Miyakawa, T. Neural activity changes underlying the working memory deficit in alpha-CaMKII heterozygous knockout mice. Front Behav. Neurosci. 3, 20-20 (2009).
- Takao, K., Miyakawa, T. Investigating gene-to-behavior pathways in psychiatric disorders: the use of a comprehensive behavioral test battery on genetically engineered mice. Ann. N. Y. Acad. Sci. 1086, 144-159 (2006).
- Takao, K., Yamasaki, N., Miyakawa, T. Impact of brain-behavior phenotypying of genetically-engineered mice on research of neuropsychiatric disorders. Neurosci. Res. 58, 124-132 (2007).
- Ikeda, M., Hikita, T., Taya, S., Uraguchi-Asaki, J., Toyo-oka, K., Wynshaw-Boris, A., Ujike, H., Inada, T., Takao, K., Miyakawa, T. Identification of YWHAE, a gene encoding 14-3-3epsilon, as a possible susceptibility gene for schizophrenia. Hum. Mol. Genet. 17, 3212-3222 (2008).
- Nakatani, J., Tamada, K., Hatanaka, F., Ise, S., Ohta, H., Inoue, K., Tomonaga, S., Watanabe, Y., Chung, Y. J., Banerjee, R. Abnormal behavior in a chromosome-engineered mouse model for human 15q11-13 duplication seen in autism. Cell. 137, 1235-1246 (2009).
- Hashimoto-Gotoh, T., Iwabe, N., Tsujimura, A., Takao, K., Miyakawa, T. KF-1 Ubiquitin Ligase: An Anxiety Suppressor. Front. Neurosci. 3, 15-24 (2009).
- Ohno, M., Hiraoka, Y., Matsuoka, T., Tomimoto, H., Takao, K., Miyakawa, T., Oshima, N., Kiyonari, H., Kimura, T., Kita, T., Nishi, E. Nardilysin regulates axonal maturation and myelination in the central and peripheral nervous system. Nat. Neurosci. 12, 1506-1513 (2009).
- Tanaka, H., Ma, J., Tanaka, K. F., Takao, K., Komada, M., Tanda, K., Suzuki, A., Ishibashi, T., Baba, H., Isa, T., Shigemoto, R., Ono, K., Miyakawa, T., Ikenaka, K. Mice with altered myelin proteolipid protein gene expression display cognitive deficits accompanied by abnormal neuron-glia interactions and decreased conduction velocities. J. Neurosci. 29, 8363-8371 (2009).
- Sagata, N., Iwaki, A., Aramaki, T., Takao, K., Kura, S., Tsuzuki, T., Kawakami, R., Ito, I., Kitamura, T., Sugiyama, H., Miyakawa, T., Fukumaki, Y. Comprehensive behavioural study of GluR4 knockout mice: implication in cognitive function. Genes. Brain Behav. 9, 899-909 (2010).
