تقييم التعلم المكاني والذاكرة في Squamate الزواحف الصغيرة

ملخص

تصف هذه الورقة تعديلا لمتاهة بارنز ، وهو نموذج قياسي للقوارض يستخدم لتقييم الذاكرة المكانية والتعلم ، لاستخدامه في الزواحف الحرشفية الصغيرة.

الملخص

قد وظف البحوث السريرية مجموعة متنوعة من نماذج لتقييم التدهور المعرفي، التي تستهدف عادة المكانية قدرات التعلم والذاكرة. ومع ذلك، مصلحة في العمليات المعرفية من الأنواع nonmodel، عادة ضمن السياق البيئي، كما أصبحت مجال للدراسة. على وجه الخصوص، مصلحة في العمليات المعرفية في الزواحف ينمو على الرغم من أن الدراسات التجريبية على الإدراك الزواحف متفرق. وقد استخدمت بعض الدراسات الزواحف التي تم اختبارها تجريبيا للتعلم المكاني والذاكرة نماذج القوارض المعدلة للاستخدام في الزواحف. ومع ذلك، من الناحية البيئية يجب أن تؤخذ جوانب هامة من علم وظائف الأعضاء والسلوك من هذه المجموعة التصنيفية في الاعتبار عند اختبار لمعرفة تستند مكانيا. هنا، نحن تصف تعديلات على اليابسة بارنز متاهة وما يرتبط بها من بروتوكول الاختبار التي يمكن أن تحسن الأداء عند التحقيق من أجل التعلم المكاني والقدرة الذاكرة في الزواحف squamate الصغيرة. نموذج وصف والمؤيداستخدمت cedures بنجاح مع السحالي الذكور مبقع الجانب (يوتا stansburiana)، مما يدل على أن التعلم المكاني والذاكرة يمكن تقييمها في هذه المجموعة التصنيفية مع جهاز والبروتوكول ذي الصلة من الناحية البيئية.

المقدمة

العديد من الأمراض العصبية مثل الزهايمر الحاضر مع انخفاض تدريجي في القدرة المعرفية، وبالتزامن عادة مع تدهور الدماغ ^1-4. لاختبار تأثير إصابات الدماغ وتدهور على العمليات المعرفية، قد وظف البحوث السريرية مزايا أنواع القوارض نموذج وتوحيد أجهزة الاختبار وبروتوكول. على وجه الخصوص، وقد تم تقييم عمليات التعلم والذاكرة المكانية عن طريق عدة نماذج قياسية مثل متاهة موريس المائية، بارنز المتاهة، متاهة وذراع شعاعي (لإجراء مراجعة شاملة لهذه النماذج وغيرها، انظر ^5،6). وقد أثبت التاريخ الغني لهذه التعلم والذاكرة النماذج المكانية ناجحة تماما، مما يسمح للباحثين لفهم العديد من جوانب والفروق الدقيقة في العلاقة بين الذاكرة البشرية، وظيفة الدماغ، والأمراض.

في حين تقييم العمليات المعرفية تم فحصه في الأبحاث السريرية لتركه بعض الوقت، البحوث الموجهة نحو قدرات المعرفية من الأنواع nonmodel هو جديد نسبيا. الباحثون دراسة الإدراك في الأنواع nonmodel مهتمون عادة في أهمية إيكولوجية وتطورية من العمليات المعرفية، ولا سيما في سياق البقاء والتكاثر. وقد اقترحت بعض الدراسات في الزواحف التي قدراتهم المعرفية المتقدمة، ولا سيما الذاكرة المكانية، قد تكمن وراء بعض السلوكيات، ولا سيما تلك المتعلقة الملاحة والتوجيه. ومع ذلك، بينما أظهرت العديد من الدراسات أن الزواحف يمكن إعادة توجيه بعد نزوح ^7،8، لم يتم حتى الآن مثار الآليات المعرفية السلوك إعادة توجيه الأساسي على حدة. وبسبب هذا، وقد حاولت بعض الدراسات لتقييم التجربة على أهمية التعلم المكاني والذاكرة أثناء التنقل ^9-17. منهجية في هذه الدراسات على غرار الغالب بعد النماذج والبروتوكولات القوارض أو تعديل في بعض الأحيان للاستخدام في الزواحف، ولكن هذه الدراساتلقد كان نجاح متغير في تقييم الذاكرة المكانية. وقد أظهرت بعض الدراسات التعلم المكاني والذاكرة في بعض الأنواع ^11-17 بينما وجدت دراسات أخرى أي دليل على هذا ^9،10. وهكذا، فإن دور أو وجود التعلم المكاني والذاكرة أثناء التنقل في الزواحف لا يزال غير واضح.

ومن المسائل التي قد يكون مشكلة عند تقييم التجربة التعلم المكاني والذاكرة في الزواحف هي أهمية بيئية مهمة. الزواحف هي مجموعة تصنيفية خاصة تختلف تماما عن القوارض، مما يدل على تفاوت كبير في البيئة، والسلوك، وعلم وظائف الأعضاء. الاختلافات في السلوك عبر الأنواع الزواحف يمكن ان تؤثر تقييم القدرات المعرفية الفضائية، ولا سيما إذا كان النموذج المستخدمة لا الاستفادة من السلوك الطبيعي. على سبيل المثال، في الأنواع التي تسعى عادة ملجأ في الشقوق الصغيرة، والقدرات المكانية يمكن تقييمها بسهولة باستخدام بارنز المتاهة في حين قد لا تكون هذه المتاهة واختيار النموذج المثاليفي الأنواع التي تبقى عادة بلا حراك. وبالمثل، فإن معظم الزواحف squamate ليست المائية، وبالتالي قد لا يكون متاهة موريس المائية اختيار مناسب لاختبار التعلم المكاني والذاكرة (ولكن انظر ^15)؛ ومع ذلك، قد تكون هذه المتاهة خيارا مثاليا لاختبار القدرات المكانية في السلاحف ^16. وأخيرا، يجب أخذها في الاعتبار وظائف أعضاء هذه المجموعة، كما الزواحف هي ectothermic والسليم صيانة درجات الحرارة، وخاصة من الركيزة، يجب النظر أثناء إجراء الاختبار.

استخدمت البروتوكول ونموذج المعروضة هنا للتحقيق التعلم المكاني والذاكرة في السحالي-مبقع جانب الكبار (يوتا stansburiana) ^13، سحلية صغيرة أن يهرب عادة من الحيوانات المفترسة في الشقوق الصغيرة في الصخور ^18. معرفة هذا الجانب من التاريخ الطبيعي وسلوك الأنواع، استخدمنا تعديل المتاهة بارنز التقليدية لاختبار التعلم المكاني والذاكرة. المتاهة ط بارنزسا متاهة الأراضي الجافة وعادة ما تستخدم لاختبار الإدراك المكاني في نماذج القوارض. نحن تعديل متاهة لدينا في عدة طرق من المتاهة القوارض، في كل من تصميم وبروتوكول (هو موضح أدناه). لدينا متاهة تتكون من منصة دائرية مع 10 حفرة مسافة واحدة من بعضها البعض على طول محيط منصة (الشكل 1). بروتوكول الموصوفة هنا ينطوي على موضوع المشاركة في التجارب التدريب لمعرفة مكان وجود ثقب الهدف، ثم، وبمجرد أن يتعلم موضوع موقع الحفرة الهدف، يتم استخدام المحاكمة التحقيق للتأكد من استخدام الذاكرة المكانية أثناء التنقل إلى الهدف.

البروتوكول

وقد وافق جميع الإجراءات التي ولاية بنسلفانيا جامعة المؤسسي رعاية الحيوان واللجنة الاستخدام (IACUC - معرف بروتوكول: 43242)، وانضمت إلى جميع المحلية، والدولة، والأنظمة الاتحادية.

1. إعداد

1. شراء أو بناء المتاهة بارنز، مؤكدا والحجم أن الثقوب الهدف بشكل مناسب لهذا النوع من الاهتمام. لهذا البروتوكول، استخدم سبعة السحالي-مبقع جانب الكبار (يوتا stansburiana). تحديد حجم العينة المناسب للدراسات باستخدام الأنواع الأخرى.
   1. إذا بناء المتاهة بارنز، شراء أي معيار، مائدة مستديرة غير مسامية (106 سم في القطر)، مرتفعة 76.2 سم عن الأرض.
   2. باستخدام شريط قياس، بمناسبة 10 نقاط متساوية البعد متباعدة 26 سم بعيدا حول محيط الطاولة و6.35 سم من حافة الطاولة. استخدام 10 ثقوب في حين متاهات القوارض وعادة ما يكون أكثر الثقوب. القيام بذلك يسمح للانخفاض في عدد من الخيارات الهروب.
   3. استخدام القليل ثقب رأى (2.54سم في القطر)، حفر من جميع الثقوب الهدف 10 والرمل أي حواف حادة.
   4. جبل أربعة أوتاد الدعم الرف تحت كل ثقب مع المسامير، وذلك باستخدام العلبة المنزل كدليل لأبعاد.
2. وضع المتاهة في غرفة هادئة مع إضاءة في سماء المنطقة مشرقة والاشارات المكانية المتاحة للملاحة (الأبواب، وخزانات، وما إلى ذلك).
3. شن التركيز التلقائي، وعدسة واسعة الزاوية كاميرا ويب (11.3 سم × 3.99 سم) أو غيرها من الكاميرا المناسبة مباشرة فوق المتاهة. كن على يقين من أن مجال الرؤية من خدمة الفيديو يشمل المتاهة بأكملها.
4. ضع الكمبيوتر وكرسي مراقب 1 متر على الأقل من المتاهة.
5. بمناسبة الساقين من المتاهة على الأرض مع علامة دائمة أو الشريط. وهذا يسمح لتصحيح أي حركة دقيقة من المتاهة على سير المحاكمات.
6. تعيين عشوائيا واحدة من الثقوب ك "1" وعدد الثقوب الأخرى على التوالي من خلال "10". مع علامة دائمة، كتابة الأرقام على طول الجانب من الخارجمن المتاهة لسهولة الرجوع إليها. تأكد من أن الأرقام ليست مرئية للحيوان داخل المتاهة.
7. عشوائيا تعيين الثقوب هدف على المواضيع باستخدام مولد الأرقام العشوائية.

2. المحاكمات التدريب

ملاحظة: الزواحف لديها درجة حرارة الجسم يفضل التي يمكن الحصول عليها من الأدب. إذا أصبحت الحيوانات البطيئة خلال التجارب تدريبية متعددة، قد يكون متاهة بارد جدا وهذا قد يؤثر على السلوك. ألف سخان مساحة صغيرة أو الشريط الحرارة على الجانب السفلي من المتاهة يمكن أن تزيد بشكل كاف درجة حرارة سطح المتاهة، وخير دليل الحراري من درجة حرارة الجسم، للحفاظ على درجة حرارة الجسم والأداء الأمثل السلوكي.

1. إذا يسكنون موضوعات خارج غرفة الاختبار، وجلب الحيوانات في حظائر وطنهم في غرفة لا يقل عن 30 دقيقة قبل إجراء الاختبار. كن على يقين من أن توفير الحرارة في حاويات المنزل (على سبيل المثال، ومصابيح الحرارة، الشريط الحرارة) من أجل الحفاظ على درجة حرارة الجسم قبل إجراء الاختبار.
   1. تتبع البرمجيات مفتوحة وتطبيق الكاميرا لتغذية الفيديو. وكتب تتبع البرامج المخصصة لمطلب والأدوات معالجة الصور. تتبع البرامج الأخرى غير متوفرة تجاريا.
   2. تقييم مجال الرؤية من خدمة الفيديو. إذا متاهات ليست في مجال الرؤية، تحقق من المتاهة هي ضمن علامات على الأرض.
   3. فتح ورقة العمل التي تحتوي على معلومات عن تاريخ ووقت البدء نهاية / التجارب والتدريب، وهوية الموضوع، تعيين حفرة هدف، وعدد من التجارب التدريبية تشغيل، والملاحظات، والأحرف الأولى المراقب.
   4. بطريقة عشوائية الترتيب الذي سيتم اختبار المواد. اختبار المواضيع بطريقة منهجية.
2. إزالة هذا الموضوع أول من القفص وطنه ووضعه برفق هذا الموضوع في منتصف المتاهة. وضع حوض من البلاستيك على الحيوان. القيام بذلك يمنع فاقد الوعي التحيز التوجه من قبل الباحث. سماح 30 ثانية حتى يتأقلم.
3. جبل قفص المنزل الحيوان تحت المتاهة، دون مباشرة كماوقعت حفرة الهدف، عن طريق تحريك الجزء العلوي من العلبة في يتصاعد الربط. تكون على يقين من أن الصخرة الفرح في قفص المنزل مباشرة تحت الحفرة، والذي سيكون بمثابة جثم عندما ينزل الحيوان في حفرة. في هذه المرحلة، واستخدام الإشارات الحرارية أو الكيميائية من العلبة المنزل لاستخدامها في الملاحة غير ذي صلة.
   1. متاهات القوارض تستخدم العلبة نظيفة مهربا للموضوع. ومع ذلك، وتشجيع دخول في حفرة أثناء تدريب المحاكمات تصاعد الضميمة المنزل الحيوان تحت المتاهة.
4. إزالة بلطف الحوض البلاستيك من أعلى المتاهة.
5. بدء التسجيل للمحاكمة التدريب مع تطبيق الكاميرا.
   1. السماح للموضوع لاستكشاف متاهة لمدة 10 دقيقة. إذا حدث أي شيء غير نمطية، لاحظ هذا في ورقة العمل.
   2. إذا انخفض هذا الموضوع أو يعمل من على الطاولة، والعودة برفق هذا الموضوع إلى منتصف المتاهة. تواصل توقيت وتسجيل إذا كان الحيوان للخروج من المتاهة لمدة 30 ثانية أو أقل.إذا كان الموضوع هو للخروج من المتاهة لأكثر من 30 ثانية، إجهاض المحاكمة. تسجيل هذه المعلومات في قسم الملاحظات من المصنف.
   3. إذا ينحدر هذا الموضوع في حفرة الهدف دون مساعدة، والنظر في محاكمة ما يزيد على في ذلك الوقت.
   4. إذا لم يكن هذا الموضوع ينزل في حفرة الهدف، والنظر في محاكمة ما يزيد على بعد بعد انقضاء 10 دقيقة.
6. إذا لم يكن هذا الموضوع ينزل في حفرة المرمى بعد 10 دقيقة، من ناحية توجيه بلطف الحيوان، برأسه، في حفرة الهدف المناسب.
7. وقف الفيديو وتتبع البرامج. حفظ لقطات الفيديو.
8. السماح موضوع للراحة لمدة 2 دقيقة على الأقل في الضميمة المنزل في حين لا يزال شنت العلبة تحت المتاهة.
9. باستخدام زجاجة رذاذ ورقة المناشف، وتنظيف الجزء العلوي من المتاهة مع خليط الصابون المخفف من 1:10 الصابون إلى الماء. وبذلك يحول دون استخدام الاشارات الكيميائية عند التنقل في المتاهة. بعض الأنواع، وخاصة تلك التي تجعل الاستخدام الكثيف للمعلومات حسي كيميائي، necessitate الشطف إضافية من المتاهة مع الماء الساخن للقضاء على جميع الاشارات رائحة.
10. إزالة العلبة من تحت المتاهة، وإما تكرار تجربة التدريب مع نفس الشخص أو الفرد الجديد. يمكن تشغيل كل موضوع في ما يصل إلى 5 تجارب التدريب في اليوم الواحد، مع 30 فترة دقيقة بين التجارب الفرد.
11. كرر هذا الإجراء حتى ينزل موضوع في حفرة هدفها دون مساعدة، في 3 محاكمات التدريب المختلفة، مشيرا إلى أن التعلم من الموقع الهدف قد حدث. المحاكمات تدريبية لمدة ثلاثة لا تحتاج إلى أن تكون على التوالي. إذا وصل موضوع هذا المعيار، يتحرك هذا الموضوع إلى المحاكمة التحقيق من أجل تقييم الذاكرة المكانية.

3. المحاكمات التحقيق

ملاحظة: بمجرد أن يصل موضوع المعيار، وقد علمت هذا الموضوع كيفية انتقل إلى الهدف. ومع ذلك، في هذه المرحلة، فإنه لا يزال من غير الواضح إذا كان الموضوع هو التنقل باستخدام استراتيجية المكانية أو بعض استراتيجية الملاحية الأخرى. محاكمة مسباريجب أن يتم تنفيذ الصورة اختبار لهذا ويوم بعد وصول الموضوع المعيار في التجارب التدريب.

1. تدوير متاهة 180 درجة، مؤكدا أن الساقين من المتاهة هي ضمن علامات على الأرض. دوران متاهة يسمح للمنبهات المحلية التي تحدد بشكل مباشر على هدف أن تكون في صراع مباشر مع الاشارات المكانية أكثر استقرارا.
2. كرر الخطوات من 2.1 - 2.5.2، حذف خطوة 2.3 من تصاعد الضميمة منزل موضوع تحت المتاهة. وبذلك يحول دون استخدام الاشارات حاسة الشم أو الأخرى المنبثقة من العلبة المنزل خلال استكشاف المتاهة.
3. خلال محاكمات التحقيق، والموضوعات أحرار في استكشاف متاهة لمدة 10 دقيقة كاملة لتقييم السلوك الاستكشافي. بعد 10 دقيقة، ووقف الفيديو وتتبع البرمجيات.
4. إزالة الموضوع من خلال المتاهة، وإعادته إلى قفص وطنه.
5. تنظيف الجزء العلوي من المتاهة مع خليط الصابون المخفف.

4. التدابير السلوكية

ملاحظة: للحصول على المحاكمه التدريبليرة سورية، وتشمل التدابير السلوكية مثل الكمون للوصول إلى حفرة الهدف، وعدد من الأخطاء التي (التحقيق في حفرة nongoal، ويجب أن يكون خطم الحيوان في 1 سم من الحفرة)، ونسبة الوقت الذي يقضيه في الربع الصحيح لل متاهة.

1. للمحاكمات التدريب، وتحديد استراتيجية البحث. يتم تعريف استراتيجية مباشرة كما تنازلي في حفرة هدف مع أقل من 3 أخطاء. استراتيجية التسلسلي الفحص من 3 أو أكثر من الثقوب متاهة متتالية على طول محيط من المتاهة. استراتيجية العشوائية الفحص غير تسلسلي من الثقوب متاهة مع 3 أو أكثر من الأخطاء.
   ملاحظة: للمحاكمات التحقيق، وتشمل التدابير السلوكية الكمون للوصول إلى الحفرة الصحيح مكانيا، وعدد من الأخطاء التي ارتكبت قبل التحقيق في حفرة الصحيح مكانيا، ونسبة الوقت الذي يقضيه في الربع الصحيح مكانيا من المتاهة.
2. من أجل إجراء تقييم أكثر صرامة من خيار غير عشوائي من الحفرة الهدف الصحيح مكانيا، وتوظيف أخذ العينات دون استبدال عند حسابمعدل فرصة.

النتائج

يسمح هذا البروتوكول لتقييم تجريبي الملاحة القائمة على مكانيا في السحالي الصغيرة. استخدمت دراسة سابقة بنجاح هذا البروتوكول للتحقيق للملاحة الفضائية في الذكور السحالي-مبقع جانب ^13. في هذه الدراسة بالذات، هم من الذكور مدربة للانتقال إلى حفرة الهدف، وبمجرد التوصل إلى معيار، تقدمت إلى محاكمة التحقيق لتقييم العظة الأولوية عند التنقل إلى حفرة الهدف.

المناقشة

عند اختبار تجريبي للتعلم المكاني والذاكرة، وهناك العديد من القضايا المفاهيمية الهامة التي تتم معالجتها في بعض الخطوات الرئيسية في البروتوكول. أولا، يجب أن موضوعات تثبت أنها تعلم مكان وجود ثقب هدف على مدار المحاكمات التدريب. تحقيق المعيار مسبقا يدل على أن التعلم من موقع حفرة هدف حدث. إذا لم يكن لموضوعات تعلم مكان وجود ثقب الهدف، لا توجد وسيلة ممكنة ثم لتحديد استراتيجية الملاحية. وإذا كانت الحيوانات لا تصل إلى معيار، المحاكمة التحقيق مهمة لتحديد أي من أولويات العظة أثناء التنقل في ا...

المواد

قائمة المواد المستخدمة في هذه المقالة

الاسم	الشركة	رقم فهرسي	التعليقات
بارنز متاهة	TSE Systems	302050-BM / M	متوفرة من البائعين الآخرين. بدلا من ذلك ، يمكن بناء متاهة بارنز من مائدة مستديرة قياسية غير مسامية.
قد يستخدم الشريط الحراري	Big Apple Pet Supply		أيضا سخان مساحة صغير يقع على الأرض تحت المتاهة.
حارس الأليفة للحيوانات الصغيرة	Petco	1230204	حاوية الإسكان التي يمكن تركيبها تحت المتاهة.
أوتاد دعم الرف المطلي بالنيكل	Newegg	241941	Pegs متصلة بالجانب السفلي من المتاهة. يؤمن العلبة للمتاهة أثناء التجارب.
كاميرا ويب LifeCam Studio	Microsoft	Q2F-00013	متوفرة من بائعين آخرين. يمكن أيضا استخدام ماركات أخرى لكاميرات الويب.
التتبع رمز	مخصص مكتوب ل Matlab وبرنامج تتبع الفيديو Image Toolbox		. يمكن استخدام برامج تتبع أخرى مثل VideoMot 2 من TSE Systems.