Özet

זוגי H-המבוך: מבחן חזק התנהגות למידה וזיכרון במכרסמים

Published: July 08, 2015
doi:

Özet

The goal of this protocol is to investigate spatial cognition in rodents. The double-H water maze is a novel test, which is particularly useful to elucidate the different components of learning, consolidation and memory, as well as the interplay of memory systems.

Abstract

מחקר קוגניציה מרחבית במכרסמים בדרך כלל מעסיק את השימוש של משימות מבוך, תכונותיהם משתנות ממבוך אחד למשנהו. משימות אלה משתנות בגמישותם ההתנהגות ומשך זיכרון הנדרש, מספר היעדים ומסלולים, וגם את מורכבות משימה הכוללות. תכונה מבלבלת רבים של משימות אלה היא חוסר שליטה על האסטרטגיה שננקטה על ידי המכרסמים כדי להגיע למטרה, למשל אסטרטגיות, allocentric (הצהרתית-כדומה) או אגוצנטריות (פרוצדורלי) מבוססות. המבוך הכפול-H הוא משימת זיכרון מים בריחת רומן העוסקת בנושא זה, כך שהוא מאפשר הנסיין לכוון את הסוג של אסטרטגיה למדה בתקופת ההכשרה. המבוך הכפול-H הוא מכשיר שקוף, אשר מורכב מסמטה מרכזית עם שלוש זרועות בולטות משני הצדדים, יחד עם פלטפורמת בריחה השקועה בקצה של אחת מהזרועות אלה.

ניתן לאמן חולדות באמצעות אסטרטגית allocentric לסירוגין stעמדת אמנות במבוך בצורה בלתי צפויה (ראה פרוטוקול 1; §4.7), וכן הוא מחייב אותם ללמוד את המיקום של הפלטפורמה הבוסס על רמזי allothetic הזמינים. לחלופין, אסטרטגיה אגוצנטרית למידה (פרוטוקול 2; §4.8) יכולה להיות מועסק על ידי שחרור החולדות מאותה התנוחה במשך כל ניסוי, עד שהם לומדים את הדפוס פרוצדורליים הנדרש כדי להגיע למטרה. משימה זו הוכחה כדי לאפשר ההיווצרות של עקבות זיכרון יציבים.

זיכרון יכול להיות נחקר לאחר תקופת ההכשרה במשפט בדיקה מטעה, שבו המצב ההתחלתי לחלופות חולדות. בעקבות הפרדיגמה למידה אגוצנטרית, חולדות בדרך כלל לנקוט אסטרטגיה מבוססת allocentric, אבל רק כאשר התצוגה הראשונית שלהם על הרמזים נוסף מבוך שונה במידה ניכרת מהמיקום המקורי שלהם. משימה זו היא אידיאלית כדי לחקור את ההשפעות של תרופות / הפרעות בביצועי זיכרון allocentric / אגוצנטריים, כמו גם את יחסי הגומלין בין ה! רוץ שתי מערכות זיכרון.

Introduction

בבעלי חיים, למידה מתווכת בעיקר על ידי מערכות hippocampal- ומבוסס striatal זיכרון 1,2, אשר ממלאות תפקידים מרכזיים לגבי במקומה ופרוצדורליים-זיכרון, בהתאמה. מערכת היחסים בין שתי מערכות אלה הוא מורכבים, והם ידועים לתקשר אחד עם השני בנימוסים שיתופיים או תחרותיים 1,3. בנוסף, מחקרים הראו כי ההשפעה של שתי מערכות זיכרון אלה על התנהגות בעלי חיים יכולה להגדיל הבאה העדר או הנזק של המערכת אחרת 4-7. שתי מערכות אלו מחוברות לקליפת מוח הקדם חזיתית דרך התלמוס.

הפרעות נוירולוגיות רבות ומחלות ניווניות יכולות להשפיע על קוגניציה מרחבית בבני אדם, הנשענים על יחסי הגומלין בין מערכות זיכרון פרוצדורלי והצהרתיות. דוגמאות כוללות מחלת פרקינסון (PD), המחלה (HD) הנטינגטון 8-10, מחלת אלצהיימר (AD) 11-14, כמו גםמחלת ניוון (ALS) 15. מודלים של בעלי חיים, אשר רלוונטיים להפרעות אלו יכולים להיגרם באמצעות טיפולים שונים תרופה שחוסמים רצפטורים מסוימים 16, כמו גם באמצעות נגעים ממוקדים. כאשר בעלי חיים כגון משמשים עם משימות של זכרון מרחבי, תובנה חשובה יכולה להיות שנרכש לתוך המנגנונים הקשורים להפרעות אלה, כמו גם לאפשרויות טיפול שונות.

ישנם סוגים רבים ושונים של משימות של זכרון מרחבי במכרסמים, שביחד הם נועדו להעריך היבטים ספציפיים של למידה וזיכרון, כמו גם את ההשפעות של טיפולים פוטנציאליים להפרעות שונות 17,18. ניתן להבחין משימות אלה במספר היעדים ומסלולים, את מידת הגמישות התנהגותית בפתרון המשימה, משך הזיכרון או עיכוב, כמו גם הבחירה של אסטרטגיה בשימוש בפתרון המשימה. ביצועים טובים ניתן לרכוש מבוססים על רמזים חיצוניים או אתרים המשמשים ללהתמצאבעלי החיים לקראת המטרה (אסטרטגית allocentric או מקום). לחלופין, מכרסמים עשויים לפתח אסטרטגיה המבוססת על כיוון גוף ורמזים לגבי הכיוון לנוע ב( אסטרטגיה אגוצנטרית או פרוצדורלי), למשל, אם חולדה יודעת שהמטרה היא פנייה שמאלה אחד אחרי סיבוב אחד תקין , אז יש צורך הקטן לאסטרטגית allocentric או מקום. משימות מבוך לעתים קרובות שונה המבוססות על המידה של הגמישות המוצעת למכרסמים בפתרונן. לדוגמא, במבוך המים של מוריס, גרסה יבשה של האחרון (לדוגמא, 19) או במבוך בארנס (למשל, 20), יש פוטנציאל אינסופי מסלולי החולדה יכולה לקחת כדי להגיע למטרה. במבוך מוריס המים, למשל, את המיקום של המטרה ניתן ללמוד על סמך ציוני דרך או רמזים (אסטרטגית allocentric) חיצוניות, או פשוט על ידי שחייה בחוגים לכיוון המרכז עד הפלטפורמה נמצאת (אסטרטגיה אגוצנטרית) 21. יש משימות מסוימות מטרות מרובותורמה גבוהה של גמישות, כמו משימת קונוס-שדה 22 או רדיאלי של Olton מבוך 23. בקצה השני של הסקאלה הן משימות, אשר מציעות גמישות מוגבלת בהשגת המטרה, לדוגמא, במבוך האבן, או הגרסה לסירוגין של T-המבוך. משימות אלה מספקות דרך נכונה יחיד להגיע למטרה ולהקל את הופעתה של שגרה קוגניטיביים שנשלטות בעיקר על ידי מערכת זיכרון פרוצדורלי מבוסס striatal.

המבוך הכפול-H הוא מכשיר חדשני במרחב בדיקת זיכרון, שנועד לאפשר לניסוי לכוון את הסוג של אסטרטגיה שהוא למד על ידי מכרסמים בפתרון המשימה 24. בהרכב של שלוש זרועות ריצה מקבילות הצטלבו ידי סמטה מרכזית בניצב, המבוך הכפול-H הוא משימת מים-בריחה שבי ללמוד מכרסמים להגיע פלטפורמת בריחה שהוא שקוע באחד מקומות המבוך. במהלך אימון, אסטרטגיה פרוצדורליים ניתן לפתח על ידי שמירה על tהוא זהה להתחיל ומקומות מטרה לאורך כל דרך. לחלופין, אסטרטגית allocentric עשויה להיות מפותחת על ידי לסירוגין המיקום מתחיל בסדר אקראי, וכן הוא מחייב את העכברוש ללמוד את המיקום של הפלטפורמה הנסתרת המבוסס על רמזים סביבתיים שכן יש לעשות במבוך מים. זה מתגבר מכשול נוכחי במשימות מבוך רבות ושונות, שבו יש הניסוי אחרת מעט מאוד שליט על הסוג של אסטרטגיה שמכרסמים לנצל. זה חשוב כאשר שוקל כי ההשפעות של תרופות פוטנציאליות לשיפור הכרה מסוימות להסתמך על מערכת מקום-הזיכרון מבוסס בהיפוקמפוס, ובכך את הופעתה של שגרה או נהלים קוגניטיבית עלולה לבלבל את הפרשנות של התצפיות התנהגותיות כאשר בעלי חיים, למשל מתג מallocentric לזיכרון פרוצדורלי במהלך אימון. כמו כן, זה עשוי להיות רצוי כדי להעריך את ההשפעות של תרופות וטיפולים בזיכרון פרוצדורלי, ללא ההשפעה של זיכרון מבוסס מקום allocentric. לבסוף, מכשיר זהיכול להיות מנוצל כדי ללמוד את יחסי הגומלין שיתופיים או תחרותיים בין מערכות זיכרון אלה, והתנאים שבם מכרסמים עשויים לעבור ממערכת אחת לשנייה.

Protocol

1. שיקולים כלליים פרוטוקול זה אושר על ידי ועדת הטיפול בבעלי חיים ושימוש באוניברסיטת בית החולים פרייבורג (זהה לשטרסבורג). חדות ראייה היא הכרחיות לביצועים במבחנים של למידה מרחבית. מכרסמים עם מערכות ראייה לקויה ולכן הם אינם מתאימים. כ…

Representative Results

אגוצנטרי למידה אסטרטגיה מחקר בוצע על מנת לקבוע אם אסטרטגית הזיכרון נבחרה בחולדות שינויים המבוססים על שינויים של נקודת המבט שלהם של רמזים סביבתיים חיצוניים, הבאים הפרדיגמה למידה אגוצנטרית 25. חולדות אומנו על 4 ימים (4 ניסויים / …

Discussion

תגובות על עיצוב הלימוד וניתוח

מאז ראשיתה, המבוך הכפול H נוצל במספר הניסויים התנהגותיים בחולדות, שביחד תוכננו כדי לחקור תגובות אגוצנטריות ו / או allocentric בחולדות תחת 24,25 רגילים ושינו 26-29 מדינות מוח. המחקרים האחרונים כוללים ?…

Açıklamalar

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

עבודה זו נתמכה על ידי אוניברסיטת שטרסבורג ורשת Neurex-Neuroscience העליון הריין (מלגת פוסט-דוקטורט לRP) ועל ידי BrainLinks BrainTools-אשכול של אקסלנס מומן על ידי קרן המחקר הגרמנית (DFG, להעניק מספר EXC 1,086). אנו מודים לנדיה מרטיני לקבלת סיוע טכני מומחה.

Materials

Rats or Mice Charles River
Towels for drying University Hospital 1 / animal
Water ~200 L / day
Skim milk powder Grocery store 250 g / 200 L water
Garden Hose Hardware store
Drying rack for towels Hardware store
Kinect camera Kinect
PC computer any
[header]
Double H Maze, (plexiglass) (Custom-Built)
External lateral walls, 1600 × 350 × 6 mm 2
Internal lateral walls, 706 × 350 × 6 mm 8
Central corridor panels, 500 × 350 × 6 mm 4
Arm extremities, 188 × 350 × 6 mm 6
Guillotine doors, 187 × 350 × 6 mm 3
Extremity covers, 200 × 250 mm 6
Crossbars, 200 × 40 mm 6
[header]
Double-H Maze Platform (to be ballasted) Double-H Maze Platform (to be ballasted) (Custom-Built)
Metal platform, 100 mm diameter × 150 mm 2
Platform cover, 100 mm diameter × 6mm 2

Referanslar

  1. Izquierdo, I., et al. The connection between the hippocampal and the striatal memory systems of the brain: a review of recent findings. Neurotoxicity Research. 10 (2), 113-121 (2006).
  2. Albouy, G., et al. Both the hippocampus and striatum are involved in consolidation of motor sequence memory. Neuron. 58 (2), 261-272 (2008).
  3. Albouy, G., et al. Interaction between Hippocampal and Striatal Systems Predicts Subsequent Consolidation of Motor Sequence Memory. Plos One. 8 (3), (2013).
  4. Chang, Q., Gold, P. E. Intra-hippocampal lidocaine injections impair acquisition of a place task and facilitate acquisition of a response task in rats. Behav Brain Res. 144 (1-2), 19-24 (2003).
  5. McDonald, R. J., Hong, N. S., Devan, B. D. The challenges of understanding mammalian cognition and memory-based behaviours: an interactive learning and memory systems approach. Neurosci Biobehav Rev. 28 (7), 719-745 (2004).
  6. Packard, M. G. Anxiety cognition, and habit: a multiple memory systems perspective. Brain Res. 1293, 121-128 (2009).
  7. Packard, M. G., McGaugh, J. L. Inactivation of hippocampus or caudate nucleus with lidocaine differentially affects expression of place and response learning. Neurobiol Learn Mem. 65 (1), 65-72 (1996).
  8. Lawrence, A. D., et al. Executive and mnemonic functions in early Huntington’s disease. Brain. 119 (Pt 5), 1633-1645 (1996).
  9. Lawrence, A. D., Watkins, L. H., Sahakian, B. J., Hodges, J. R., Robbins, T. W. Visual object and visuospatial cognition in Huntington’s disease: implications for information processing in corticostriatal circuits. Brain. 123 (Pt 7), 1349-1364 (2000).
  10. Walker, F. O. Huntington’s disease. Lancet. 369 (9557), 218-228 (2007).
  11. Cushman, L. A., Stein, K., Duffy, C. J. Detecting navigational deficits in cognitive aging and Alzheimer disease using virtual reality). Neurology. 71 (12), 888-895 (2008).
  12. Liu, L., Gauthier, L., Gauthier, S. Spatial disorientation in persons with early senile dementia of the Alzheimer type. A`m J Occup Ther. 45 (1), 67-74 (1991).
  13. Mapstone, M., Steffenella, T. M., Duffy, C. J. A visuospatial variant of mild cognitive impairment: getting lost between aging and AD. Neurology. 60 (5), 802-808 (2003).
  14. Vliet, E. C., et al. The neuropsychological profiles of mild Alzheimer’s disease and questionable dementia as compared to age-related cognitive decline. J Int Neuropsychol Soc. 9 (5), 720-732 (2003).
  15. Hanagasi, H. A., et al. Cognitive impairment in amyotrophic lateral sclerosis: evidence from neuropsychological investigation and event-related potentials. Brain Res Cogn Brain Res. 14 (2), 234-244 (2002).
  16. Robbins, T. W., Murphy, E. R. Behavioural pharmacology: 40+ years of progress, with a focus on glutamate receptors and cognition. Trends Pharmacol Sci. 27 (3), 141-148 (2006).
  17. Paul, C. M., Magda, G., Abel, S. Spatial memory: Theoretical basis and comparative review on experimental methods in rodents. Behav Brain Res. 203 (2), 151-164 (2009).
  18. Hodges, H. Maze procedures: the radial-arm and water maze compared. Brain Res Cogn Brain Res. 3 (3-4), 167-181 (1996).
  19. Kesner, R. P., Farnsworth, G., Kametani, H. Role of parietal cortex and hippocampus in representing spatial information. Cereb Cortex. 1 (5), 367-373 (1991).
  20. Barnes, C. A. Memory deficits associated with senescence: a neurophysiological and behavioral study in the rat. J Comp Physiol Psychol. 93 (1), 74-104 (1979).
  21. Whishaw, I. Q., Cassel, J. C., Jarrad, L. E. Rats with fimbria-fornix lesions display a place response in a swimming pool: a dissociation between getting there and knowing where. J Neurosci. 15 (8), 5779-5788 (1995).
  22. Staay, F. J., Raaijmakers, W. G., Lammers, A. J., Tonnaer, J. A. Selective fimbria lesions impair acquisition of working and reference memory of rats in a complex spatial discrimination task. Behav Brain Res. 32 (2), 151-161 (1989).
  23. Olton, R. S., Samuelson, R. J. Remembrance of places past: Spatial memory in rats. J Exp Psych. 2 (2), 97-116 (1976).
  24. Pol-Bodetto, S., et al. The double-H maze test, a novel, simple, water-escape memory task: acquisition, recall of recent and remote memory, and effects of systemic muscarinic or NMDA receptor blockade during training. Behav Brain Res. 218 (1), 138-151 (2011).
  25. Cassel, R., Kelche, C., Lecourtier, L., Cassel, J. -. C. The match/mismatch of visuo-spatial cues between acquisition and retrieval contexts influences the expression of response vs. place memory in rats. Behavioural Brain Research. 230 (2), 333-342 (2012).
  26. Schumacher, A., de Vasconcelos, A. P., Lecourtier, L., Moser, A., Cassel, J. C. Electrical high frequency stimulation in the dorsal striatum: Effects on response learning and on GABA levels in rats. Behavioural Brain Research. 222 (2), 368-374 (2011).
  27. Lecourtier, L., et al. Intact neurobehavioral development and dramatic impairments of procedural-like memory following neonatal ventral hippocampal lesion in rats. Nörobilim. 207, 110-123 (2012).
  28. Kirch, R. D., et al. Early deficits in declarative and procedural memory dependent behavioral function in a transgenic rat model of Huntington’s disease. Behav Brain Res. 239, 15-26 (2013).
  29. Cholvin, T., et al. The ventral midline thalamus contributes to strategy shifting in a memory task requiring both prefrontal cortical and hippocampal functions. J Neurosci. 33 (20), 8772-8783 (2013).
  30. Hooge, R., De Deyn, P. P. Applications of the Morris water maze in the study of learning and memory. Brain Res Brain Res Rev. 36 (1), 60-90 (2001).

Play Video

Bu Makaleden Alıntı Yapın
Kirch, R. D., Pinnell, R. C., Hofmann, U. G., Cassel, J. The Double-H Maze: A Robust Behavioral Test for Learning and Memory in Rodents. J. Vis. Exp. (101), e52667, doi:10.3791/52667 (2015).

View Video