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方法文章

莫里斯水迷宫实验:小鼠品系与测试环境的优化

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DOI:

10.3791/52706

2015年6月22日

本文内容

摘要

本论文描述了一种针对常用阿尔茨海默病小鼠模型优化的莫里斯水迷宫(MWM)实验方案。MWM在转基因小鼠模型中被广泛应用。为检测组间差异,采用对小鼠背景品系敏感的操作程序至关重要。

摘要

Morris水迷宫(MWM)是一种常用于评估转基因小鼠疾病模型中海马依赖性空间学习与记忆能力的行为学任务,尤其适用于阿尔茨海默病等神经认知障碍疾病的研究。然而,所使用小鼠模型的遗传背景品系可能对观察到的行为表型产生显著影响,某些品系的学习能力明显优于其他品系。为了确保能够检测到转基因阴性与转基因阳性小鼠之间的差异,必须确定一种对背景品系敏感的训练方案。若未能根据小鼠模型的遗传背景对MWM实验方案进行优化,可能导致训练不足或过度训练,从而掩盖探针试验中的组间差异。本文介绍了一种专为F1 FVB/N × 129S6遗传背景优化的MWM实验方案。该背景品系常用于研究突变型P301L tau蛋白(rTg(TauP301L)4510小鼠)对阿尔茨海默病相关记忆缺陷的年龄依赖性影响。同时,本文还描述了一种根据具体实验环境进行方案再优化的策略。

引言

转基因小鼠模型在评估阿尔茨海默病(AD)的病理生理机制以及潜在治疗干预措施方面发挥了重要作用。认知任务(如莫里斯水迷宫实验,MWM)常被用于这些模型,以识别记忆缺陷的分子相关性,并评估临床前药物的疗效。然而,认知任务的动态范围必须足够宽泛,才能检测到细微的治疗效应。在阿尔茨海默病小鼠模型中,认知缺陷通常具有年龄依赖性,小鼠会表现出渐进性的行为能力下降(例如1)。使用敏感性较高的认知任务,可以在动物生命早期检测到细微差异,从而降低因动物老化带来的实验成本。例如,将依赖海马体的巴恩斯迷宫训练试验次数从15次减少至5次,增加了任务难度,使得在3xTg模型中比以往报道更早地检测到认知缺陷2。更早地发现认知缺陷不仅可显著节省时间和成本,还能提高识别认知缺陷背后分子变化的可能性。

影响认知任务敏感性的一个因素是小鼠模型的遗传背景品系。例如,与C57BL/6等其他品系相比,BALB/c小鼠在学习和记忆任务中表现出更优的性能3。F1 FVB/N × 129S6背景被用于两种最常用的阿尔茨海默病(AD)模型——Tg2576和rTg(TauP301L)4510模型。该品系在莫里斯水迷宫(MWM)中的学习能力优于包括B6/SJL在内的其他品系小鼠4。由于其较强的学习能力,经过大量训练后仅进行一次探针试验可能会因过度训练而掩盖组间差异。此外,探针试验的敏感性可能具有年龄依赖性。我们先前的研究表明,在仅进行有限的隐藏平台训练后进行的早期探针试验,比在更充分训练后插入的探针试验,对年轻Tg2576小鼠与其年轻的转基因阴性 littermate 对照组之间的差异更为敏感5。相反,在年老(20–25月龄)的Tg2576小鼠中,与年老的littermate相比,经过充分训练后的探针试验比早期探针试验更为敏感5。通过在整个训练过程中穿插进行探针试验,可提高发现敏感试验的可能性,尤其是在进行纵向测试且特定探针试验的敏感性随年龄变化的情况下。图1展示了采用针对F1 FVB/N × 129S6品系优化的实验方案时,该品系小鼠的表现优于采用更充分训练方案的B6/SJL背景小鼠。

莫里斯水迷宫(MWM)通常被认为能够提供可靠且在不同时间和实验室之间可重复的测量结果6。例如,我们明尼苏达实验室最初采用的主要实验方案1,7在西弗吉尼亚大学经过少量修改后也成功实施8。同样地,rTg(TauP301L)4510小鼠在无病原体或常规饲养条件下,相对于对照组同窝小鼠均表现出相当程度的行为损伤9。然而,测试环境可能影响MWM任务的敏感性。房间照明、通风口、温度梯度和噪音等因素均构成环境线索4,最终可能影响动物表现。当我们的明尼苏达实验室和动物设施搬迁至新建筑后,野生型小鼠的表现下降高达38%,显著缩小了该任务的动态范围,削弱了检测转基因相关缺陷的能力。尽管新测试房间在大小和布局上与原房间一致,并使用了相同的视觉线索,这种表现变化仍不可避免。因此,有必要对原始实验方案进行“重新优化”,以在新的测试环境中提高MWM任务的动态范围。

本文描述了针对F1 FVB/N x 129S6背景小鼠优化的原始实验方案5。由于一些研究表明,应激与莫里斯水迷宫(MWM)表现较差相关10,而预先抓握训练(pre-handling)可缓解由应激引起的表现缺陷11,因此设计了一项预先抓握方案,使小鼠在进行MWM测试前适应水池的引入和移除过程。在完成预先抓握后,小鼠接受可见平台训练,其中平台被抬高并用旗帜标记。可见平台训练用于识别因感觉运动异常而导致表现问题的小鼠。根据方案部分所述的排除标准,表现不合格的小鼠将被剔除,不再参与后续的隐藏平台训练和探针试验。由于数据分析中已排除感觉运动功能的影响,隐藏平台训练和探针试验中的表现障碍被解释为认知缺陷。在完成可见平台训练后,小鼠开始隐藏平台训练,此时平台 submerged 于水中,并相对于外部线索保持固定位置。在隐藏平台训练过程中穿插进行平台移除的试验(即探针试验),以评估额外训练的影响。由于探针试验在每天隐藏平台训练之前进行,即在经历20小时延迟后开展,因此用于评估动物对平台位置的记忆能力,被视为参考记忆的测量指标12。最后,本文还描述了当测试环境变化导致对照组表现异常时,如何对该原始方案进行重新优化的过程。

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方案

所有实验操作均按照机构动物照护与使用委员会(IACUC)的标准进行,并经西弗吉尼亚大学IACUC批准。

1. 预处理

  1. 建立泳道
    1. 将预处理池垫高,使其处于倾斜状态 调节至舒适的高度。
    2. 放置 2 L 将预处理池中的水(21 °C)加至约1 cm的水位。
      注意:不要添加颜色。
  2. 步骤
    1. 将小鼠从动物房转移到测试室。
    2. 验证受试者身份(受试者编号、尾部纹身、耳标) 等等.).
    3. 用永久性记号笔标记小鼠的尾巴,以区分笼内已接受预处理测试的小鼠和尚未测试的小鼠。同一笼内的所有小鼠使用同一种颜色标记。
    4. 将小鼠放入转移烧杯中约5秒,然后轻轻将小鼠从烧杯倒入预处理池中。
    5. 使用计时器,让小鼠在水中停留20秒。
    6. 20秒后,将铲子轻轻置于小鼠前方(不要倾斜铲子)。让小鼠短暂探索铲子,如有需要,可将铲子轻轻滑至小鼠腹下并缓慢上抬,以鼓励其登上铲子。操作时应注意避免惊吓小鼠。
    7. 将小鼠放入鼠盒后,将其运送回饲养笼中。
    8. 每天对笼中每只小鼠重复上述操作,持续10天。在固定时间间隔(例如 每次取完每只动物后,使用网从池中捞取粪粒和垫料。
    9. 定期用水冲洗转移烧杯(例如 在完成一组小鼠实验后)。
    10. 完成这些步骤后,用水多次冲洗转移烧杯,倒掉泳池中的水,并用水将泳池大致冲洗两次。

2. 可见平台训练

  1. 设置小鼠行为追踪软件 例如 观察者(参见 材料表).
    1. 在“配置”–“滤镜与对象”选项卡中校准视频,使其与迷宫的尺寸匹配。
    2. 设置滤镜,使软件能够区分小鼠与背景。
      1. 在“背景滤波器”区域下方调整“灵敏度”,使追踪软件能够识别动物。
      2. 当追踪软件识别出动物后,点击“accept”选项。选择“edit”选项以遮盖迷宫区域外的部分。
      3. 选择合适的“动物滤镜”和“最小动物尺寸”。
  2. 创建运行记录表
    1. 创建一份运行记录表,列出每只小鼠、每个可能的位置,以及用于记录异常行为信息的备注栏。
    2. 预先确定各组小鼠可见平台测试中的平台位置,确保每组小鼠使用相同的位置。因此,在第一次试验中,预先确定平台放置于小鼠入水位置的对侧,即靠近池壁的右侧。在第二次试验中,预先确定每只小鼠的平台位于后侧池壁的不同位置,并在后续的6次试验中持续采用这一设定。
  3. 布置房间
    1. 在房间周围悬挂窗帘,以遮挡所有空间线索。
  4. 设置浴槽。
    1. 将水箱放置到位,使其与跟踪软件中的配置一致,确保迷宫与“配置”-“区域定义”选项卡中的设置相对应。注意:在向水箱注水前应先确认其位置正确,因为注水后水箱不易移动。
    2. 将水槽中注满自来水,并使用温度计确保水温约为 21 °C。在整个测试过程中,应保持水温在此温度的±1 °C范围内,因为较低的水温可能影响实验结果,尤其是在使用老龄小鼠时。 8.
      注意:不要添加着色。
    3. 根据预设位置,将平台放置于水槽的第一个位置,平台装有一个高度为13 cm、大小为4.5 cm × 4.5 cm的旗子,旗面上凸印有粗体“S”形字符,放置时使平台位于水面以上约1英寸处。
  5. 步骤
    1. 从笼中取出第一只小鼠,核对受试者编号,使用正确颜色的永久性记号笔标记尾部,并放入烧杯中。
    2. 将小鼠轻轻放入水箱,启动计时器,并确保追踪软件正在跟踪动物。允许小鼠最多用 2 分钟寻找平台。一旦小鼠找到平台,使其在平台上停留 20 秒。
    3. 如果动物找到了平台并试图跳跃或掉落,应立即将小鼠捞起并放回平台上。若小鼠持续跳跃或从平台上掉落,需用手轻轻固定小鼠于平台上,使其学习到停留在平台上即可逃离水池。
      注意:小鼠在平台上的累计停留时间应为20秒;因此,若小鼠5秒后跳下平台,则剩余停留时间为15秒,不会重置为20秒。
    4. 若动物在2分钟内未能找到平台,则用勺子将小鼠捞出并放置于平台上停留20秒。
    5. 在平台上停留20秒后,将小鼠从平台上取下,操作方式与预处理训练中相同,随后将小鼠放入已铺有纸巾的加热笼中,使用加热垫和加热灯将笼内温度维持在约31 °C,持续30秒。使用直肠温度计定期评估小鼠体温,以确保特定品系或特定年龄的小鼠在接触水后对低体温的易感性无显著差异。
    6. 2 分钟后 将小鼠转移到仅带有加热垫但无加热灯的暂养笼中,使其在试验间恢复;测试期间,最终将来自同一家庭笼的所有小鼠置于同一个暂养笼中。
    7. 每次小鼠完成试验后,使用网清除迷宫中的碎屑,以消除嗅觉线索。
  6. 对每只小鼠重复上述步骤。当每只小鼠完成第一次试验后,将平台移至第二个预设位置。
    注意:在单次实验中,平台位置将保持固定不变;在后续实验中,平台将移至其他预设位置。此设计旨在确保小鼠:1)学会存在一个可逃离水面的平台;2)能够直接游向可见平台,从而证明其视觉功能正常;3)不存在运动功能缺陷。
  7. 在测试的前3天内,每天进行6次试验。因此,在测试第1、2、3天进行可见平台训练,每次试验间隔约10分钟。图2).
  8. 在可见平台训练期间,使用动物追踪软件测量动物到达平台的潜伏期、运动轨迹长度和游泳速度。这些数据可从“实验列表”下的“水迷宫”标签中获取,并直接导出至 Excel 电子表格。
    注意:使用手动计时器也有助于确保追踪软件的准确性。

3. 莫里斯水迷宫隐藏平台训练

  1. 布置房间
    1. 在实验室内悬挂窗帘以遮挡空间线索。
    2. 在窗帘上策略性地放置提示物。确保提示物尺寸较大,并使用对比鲜明的颜色(例如:黑色和白色),以提高可见性。将提示物悬挂在适当的距离和高度,使其从桶内可被小鼠清晰看见。注意:这些提示物为静态,测试过程中不会移动。
  2. 设置小鼠行为追踪软件
    1. 在“配置”选项卡下的“滤镜与对象”中校准视频,以匹配迷宫的尺寸。
    2. 设置滤镜,使软件能够区分小鼠与背景。
      1. 采用与可见平台测试(步骤 2.1.2.1–2.1.2.3)中所述相同的操作流程,设置用于莫里斯水迷宫隐藏平台训练的滤光装置。
    3. 在迷宫内划分四个相等的象限
      1. 首先点击“区域定义”选项卡下的“椭圆”选项,在屏幕上创建一个与迷宫相匹配的圆形。注意:该选项卡中显示的是迷宫的实际布局,因此可实现计算机设置与实际迷宫布局的一致性匹配。
      2. 单击“矩形”选项,创建四个相等的正方形。将这些正方形放置在屏幕上,使其在新创建的圆形内形成四个相等的象限。
    4. 在迷宫中创建平台。
      1. 选择“椭圆”选项,创建一个与将要使用的平台大小相同的圆。注意:提前将平台放置在迷宫中,有助于创建与平台完全等大的椭圆。
      2. 将新创建的平台位置置于目标象限的中心。(建议将此对象命名为“target”,以便将正确的平台与其他平台区分开来)。关键步骤:在“Grid”下方的选项框中,为目标平台选择“trigger”下的“stop”选项。此设置将使程序在小鼠到达平台时停止。
      3. 创建另外三个相同的平台区域,并将它们精确放置在其他象限的相应位置。在“触发”选项中不要选择“停止”。
  3. 创建运行记录表
    1. 创建一份运行记录表,列出每只小鼠、每次试验、记录到达平台所需时间的空格,以及记录异常行为的空格表1).
    2. 以伪随机方式预先确定每只小鼠的释放点。采用伪随机选择,使每天到平台的距离相等,4个位置被使用次数相同,且从起始点到平台的角度(.(从左侧或右侧)在各天内及各天之间保持平衡。
      注意:在运行记录表上标注平台的位置,以确保平台不偏离原始位置。确保平台位于跟踪软件所划分的四个区域中某一区域的中心。
      注意:如果在不同年龄阶段进行纵向测试,应在每个年龄阶段将平台移至新位置。
  4. 设置迷宫
    1. 调整水迷宫或摄像头,使迷宫与“配置”-“区域定义”选项卡中的配置设置相匹配。
    2. 标记迷宫的四个未见象限(N、S、E、W),并核对这些方向与追踪软件中的设置是否一致,以确保小鼠从正确的起始点释放。
      关键步骤:将这些标签置于迷宫外部,且动物在游泳时无法看见的位置,因为迷宫内的线索构成的是非空间性、不依赖海马体的任务。
    3. 用自来水(约 21 °C)注满迷宫,使平台位于水面以下约 5 mm 处。
    4. 将平台放置在预定位置。
      注意:所有小鼠在各天和各次试验中的平台位置保持不变。
    5. 使用无毒的白色水粉颜料使水变得不透明,以确保动物在游泳时从其视线高度无法看到平台顶部。
  5. 步骤
    1. 从小鼠笼中取出小鼠,使用相应颜色的永久性标记笔标记尾巴,然后放入烧杯中。
    2. 轻轻地将小鼠放入迷宫中,使其面向墙壁进入。注意:每只小鼠在单次试验中均放置于相同的起始位置。
    3. 在释放小鼠的初始时刻启动计时器,并站在小鼠不易看见测试者的区域。确保动物追踪软件能够正确追踪动物。
    4. 动物到达平台后,让其在平台上停留15秒。
      注意:这使动物能够确定其在房间内的空间位置。
    5. 在平台上放置15秒后,将动物从迷宫中移除,并将小鼠放回加热的笼子中。
    6. 如果小鼠找到平台并在15秒内发生跳跃或跌落,应立即将小鼠捞起并放回平台上,维持满15秒,以便小鼠学会将平台与逃离联系起来。
    7. 如果小鼠在60秒内未能找到平台,应轻轻用小铲将小鼠捞起并放置于平台上,使其在平台上停留15秒,然后用铲子将动物移开并送回加热的笼中。
    8. 用网清除迷宫中的碎屑,以消除嗅觉线索。
    9. 对组内其余小鼠重复上述操作。因此,在第4至第9天的测试期间,每天进行四次隐藏平台训练,每次试验间隔约20分钟。
    10. 每次试验的起始位置应伪随机更改。因此,在第一次试验中,将所有小鼠从同一位置释放,随后的试验则从不同的起始位置重复该程序。每天应变换释放点,以确保动物不会形成非空间性、非依赖海马体的运动策略。例如,若第一天小鼠从北(N)、南(S)、东(E)和西(W)四个位置依次释放,则第二天不应按照相同的顺序进行释放。
    11. 在隐藏平台训练期间,使用动物追踪软件测量动物到达平台的潜伏期、运动路径长度,以及动物在每个水迷宫象限中所花费的时间或距离的百分比。这些数据可从“实验列表”下的“水迷宫”标签中获取,并可直接导出至 Excel 电子表格。
      注意:使用手动计时器可确保追踪软件的准确性。

4. 探针试验

  1. 设置小鼠行为追踪软件
    1. 采用与莫里斯水迷宫隐藏平台实验步骤(3.2.1–3.2.4.3)相同的程序,仅有一个例外。关键步骤:在进行探针试验时,确保将“触发”设置中的“停止”选项关闭。这将防止小鼠穿过平台区域时程序自动终止。
  2. 制作运行记录表
    1. 创建一份运行记录表,列出每只小鼠、每次试验,并留出记录异常行为的空白区域。在探测试验中预先确定释放点,使其交替位于平台对侧的两个位置。因此,应预先设定释放点,确保小鼠不会从与平台相邻的两侧被释放。
  3. 步骤
    1. 进行探测试验,方法与隐藏平台训练类似,但不同之处在于迷宫中不放置平台。
    2. 从预设的释放点释放小鼠。在探测试验中,移除平台,让小鼠在迷宫中自由游泳60秒。
    3. 测试期间进行4次探测试验。每次探测试验之间改变小鼠的释放位置。因此,当前探测试验的释放位置应与前一次探测试验的释放位置不同。
    4. 在探针试验期间,使用动物追踪软件记录动物的运动路径长度、在迷宫各象限中停留的时间百分比,以及动物游过先前放置平台区域的次数。从“实验列表”下的“数据分析”标签页和“水迷宫”标签页获取这些数据,并直接导出至 Excel 电子表格。
      注意:使用手动计时器也有助于确保追踪软件的准确性。
    5. 在之前进行探针试验 第6、7、8和10天进行隐藏平台训练。 (图2在完成这些探测试验后,每天进行4次隐藏平台训练。因此,对所有小鼠首先立即进行探测试验,随后按照第3节所述相同程序进行隐藏平台训练。相反,在第10天的探测试验后,不再进行额外的隐藏平台训练。

5. 分析

  1. 可见平台训练
    1. 分别对(a)游泳路径长度、(b)找到平台的潜伏期、(c)游泳速度进行重复测量方差分析(ANOVA),以转基因状态(或其他变量,如处理方式)作为组间变量,以训练天数或训练区块作为组内变量。注意:对于更复杂的设计,建议咨询统计学家。有关在常用阿尔茨海默病模型中为本任务提供足够统计效能的样本量信息,请参见8,13
    2. 表现能力缺陷
      1. 识别表现能力缺陷的小鼠,包括表现出视觉或运动功能障碍,或未能掌握测试程序性组成部分的小鼠,并将这些小鼠从后续隐藏平台及探针试验的统计分析中剔除。
        1. 计算每只小鼠在可见平台训练最后一天的平均潜伏期和游泳速度。剔除平均值高于组均值2个标准差的小鼠,因为这可能提示存在运动或视觉功能障碍。
        2. 识别并剔除无法朝向或跟随逃生勺,或表现出异常行为(如螺旋式游泳或漂浮)的小鼠。
  2. 莫里斯水迷宫隐藏平台训练
    1. 对(a)游泳路径长度、(b)找到隐藏平台的潜伏期、(c)游泳速度、(d)在目标象限的时间百分比或距离百分比进行重复测量方差分析,以转基因状态作为组间变量,以试验次数作为组内变量。
  3. 探针试验
    1. 游泳速度
      1. 对探针试验中的游泳速度进行重复测量方差分析,以转基因状态作为组间变量,以试验次数作为组内变量。
    2. 平台穿越指数
      1. 根据每只小鼠的探针试验配置,使用以下公式计算平台穿越指数(PCI): PCI = 小鼠穿越目标位置的次数 – 其他三个象限中对应位置的平均穿越次数。
        ​注意:该分析用于判断小鼠是否采用空间搜索策略(表现为在训练过的平台位置穿越次数更多),或采用非空间策略(如趋壁游泳),后者表现为在四个位置的穿越次数大致相等。
      2. 对PCI进行重复测量方差分析,以转基因状态作为组间变量,以试验次数作为组内变量。
    3. 在象限内的时间百分比或距离百分比
      1. 计算每只小鼠在迷宫四个象限中所花费的时间或距离百分比。对时间或距离百分比进行重复测量方差分析,以转基因状态作为组间变量,以试验次数作为组内变量。使用时间百分比判断是否采用了空间搜索策略;若在目标象限的时间约为25%,则表明小鼠的表现处于随机水平,未采用空间搜索策略。
    4. 隔夜遗忘(O/N forgetting)
      1. 比较探针试验中穿越平台区域的潜伏期与前一天最后一次试验中找到平台的潜伏期。注意:如果探针试验中穿越平台区域的潜伏期显著长于前一天隐藏平台训练最后一次试验中找到平台的潜伏期,则表明发生了对平台位置的隔夜遗忘。
  4. 事后分析
    1. 在重复测量方差分析(RMANOVA)结果显著时,对每次试验中的转基因状态进行事后比较。

6. 新测试环境的重新优化示例

  1. 预处理。在动物饲养房间内进行预处理。在整个操作过程中,将无盖的笼子放置在运输推车上。
    注意:修改预处理程序的目标是逐步引入操作人员的接触操作以及对运输工具(烧杯和铲子)的暴露,并延长小鼠在无微隔离盖条件下处于家笼中,以及在开阔区域和较亮光照环境下活动的时间。
    1. 第1天和第2天
      1. 允许小鼠适应操作者的手进入笼内,随后进行轻柔触碰,再将其提起以检查耳标并标记尾巴。从预处理第2天开始,在笼内添加额外的筑巢材料,以便在移除笼盖期间为小鼠提供更多的筑巢和遮蔽材料9
    2. 第3天和第4天
      1. 将运输用烧杯、铲子以及可见平台的标志物放入预处理箱中,让小鼠探索  2 次,每次 2 分钟。
      2. 在预处理阶段的本方案中不得使用水。相反,应确保箱内铺有足够覆盖底部的清洁垫料,并加入少量雄性和雌性使用过的脏垫料(若测试两种性别),以赋予气味。每天更换垫料。
    3. 第5天
      1. 将小鼠放入含有轻微使用过的垫料和可见平台标志物的预处理箱中,进行 3 次试验,每次持续 20 秒。使用烧杯和铲子将小鼠运入和运出箱子。
  2. 可见平台训练
    1. 将水温设定为 27 °C(明尼苏达测试环境常规使用温度)。
    2. 小鼠找到提示性平台后,将其放回家笼。
    3. 允许小鼠最多用 60 秒寻找可见平台。
    4. 训练共进行 5 天,每天 3 次试验。
  3. 隐藏平台训练
    1. 调整视觉线索。除了一幅用于遮挡操作者的大型窗帘外,应移除或收窄围绕水池的其他窗帘,使实验房间更加开放。在房间内增加额外物体(例如,裸露的架子、带有白色符号的黑色布质海报、黑白沙滩球、大型黑色漏斗、笔记本和黑色毛绒玩具),从而形成比之前更丰富且分布均衡的视觉线索环境。
    2. 在完成可见平台训练后的 72 小时开始隐藏平台训练,各次试验之间间隔约 30 分钟。
    3. 训练共进行 8 天,每天 2 次试验。
  4. 探查试验
    1. 在隐藏平台训练的第 8、12 和 16 次试验结束后 72 小时进行探查试验。训练中第 8 与第 9 次、第 12 与第 13 次试验之间应间隔 3 天。
    2. 设定探查试验持续时间为 30 秒。

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结果

我们采用 Morris 水迷宫研究 β-淀粉样蛋白(Tg2576 小鼠)和突变型 P301L tau 蛋白(rTg(TauP301L)4510 小鼠)对空间参考记忆的影响(例如1,5,7,8)。图 3 展示了我们研究中关于成年期表达 P301L tau 蛋白对学习和记忆影响的代表性结果8,该实验使用测试环境 A。为评估小鼠的运动和视觉能力,我们在可见平台训练阶段对小鼠进行了比较,每个训练阶段包含 3 次试验。在可见平台训练中,对照组与 TauP301L 小鼠的游泳路径长度无显著差异(图 3A),表明转基因阳性与阴性小鼠具有相似的游泳能力,且两组均能识别标记平台的视觉线索(旗子)。根据排除标准,未发现任何小鼠存在表现能力缺陷。接下来比较了隐藏平台训练阶段的表现,每个阶段包括 1 天(4 次试验)的训练。随着小鼠学习平台位置,其找到平台的路径长度和所需时间逐渐缩短。然而,TauP301L 小鼠在每个训练阶段的路径长度均显著长于对照组(图 3B),提示 TauP301L 小鼠的空...

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讨论

莫里斯水迷宫(MWM)任务被广泛用于评估空间学习和记忆能力。然而,该任务的稳健性可能受到多种因素的影响,需针对背景品系和测试环境进行优化。如图4所示,在两个不同测试房间(大小和布局相同)中采用相同的训练方案和视觉线索,其探针试验表现却存在显著差异。由于测试房间的许多特征可能提供空间线索4,推测这两个房间在某些未知方面存在显著差异,从而使测试难度增加。在调整迷宫外线索时,我们选择有效增加视觉线索的数量。此外,通过尽量减少窗帘的使用,可能改变了潜在存在的听觉或嗅觉线索。两个测试房间的光照强度相当,但新动物房中饲养笼具的光照强度较低,导致从饲养笼到测试房间的光照强度差异更大。有研究指出,只要光照强度足够低,BALB/c小鼠能够完成MWM任务14。然而,通过降低测试房间光照强度来改善表现的尝试并未成功(未发表观察结果)。迄今为止,尚不清楚新测试环境中导致表现下降的具体因素,但经过改进的预处理操作、线索设置和训练方案已显著提高了探针试验得分。

如果可能,建议使用与计划实验相同遗传背景品系和年龄的野生型或对照小鼠群体...

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披露

作者无任何利益冲突需要披露。

致谢

本研究工作得到了美国普通医学科学研究所(Reed/Engler-Chiurazzi - U54GM104942)、美国神经疾病与中风研究所(Ashe – R01NS33249、R01NS63249 和 R01NS79374)、CoBRE(Engler-Chiurazzi - P20GM109098)、阿尔茨海默病协会(Reed - NIRG-12-242187)、西弗吉尼亚大学教师研究参议院基金(Reed)、西弗吉尼亚大学PSCOR基金(Reed)以及西弗吉尼亚大学医学院院长办公室内部资金的支持。本内容仅由作者负责,不代表美国国立卫生研究院(NIH)或阿尔茨海默病协会的官方观点。

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材料

本文使用的材料清单
姓名公司目录编号评论
观察者追踪软件Biobserve该特定软件并非必需——市场上还有其他可用的追踪系统
预处理水池尺寸约为 1 英尺宽 × 2 英尺长 × 1.5 英尺深
塑料烧杯1 L
舀勺
小网
秒表
无毒白色广告颜料可使用任意颜色的颜料;但大多数追踪软件程序要求颜料颜色与动物体色形成对比
可见平台颜色应与迷宫背景形成对比
窗帘杆
窗帘
圆形浴盆通常为白色;直径约 4 英尺
隐藏平台涂成与水颜色相同

参考文献

  1. Ramsden, M., et al. Age-dependent neurofibrillary tangle formation, neuron loss, and memory impairment in a mouse model of human tauopathy (P301L). The Journal of Neuroscience. 25, 10637-10647 (2005).
  2. Attar, A., et al. A shortened barnes maze protocol reveals memory deficits at 4-months of age in the triple-transgenic mouse model of Alzheimer's disease. PLoS One. 8, e80355(2013).
  3. Johnson, J. M., Bailey, J. M., Johnson, J. E., Newland, M. C. Performance of BALB/c and C57BL/6 mice under an incremental repeated acquisition of behavioral chains procedure. Behavioural Processes. 84, 705-714 (2010).
  4. Crawley, J. N. What's wrong with my Mouse Behavioral phenotyping of transgenic and knockout mice. , 1st edition, Wiley-Liss. 94-95 (2000).
  5. Westerman, M. A., et al. The relationship between abeta and memory in the Tg2576 mouse model of Alzheimer's disease. The Journal of Neuroscience. 22, 1858-1867 (2002).
  6. D'Hooge, R., De Deyn, P. P. Applications of the morris water maze in the study of learning and memory. Brain Research Reviews. 36, 60-90 (2001).
  7. Santa Cruz, K., et al. Tau suppression in a neurodegenerative mouse model improves memory function. Science. 309, 476-481 (2005).
  8. Hunsberger, H. C., et al. Effect size of memory deficits in mice with adult-onset P301L tau expression. Behavioural Brain Research. 272, 181-195 (2014).
  9. Yue, M., Hanna, A., Wilson, J., Roder, H., Janus, C. Sex difference in pathology and memory decline in rTg4510 mouse model of tauopathy. Neurobiology of Aging. 32, 590-603 (2011).
  10. Sandi, C. The role and mechanisms of action of glucocorticoid involvement in memory storage. Neural plasticity. 6, 41-52 (1998).
  11. Hölscher, C. C. impairs performance in spatial water maze learning tasks. Behavioural Brain Research. 100, 225-235 (1999).
  12. Morris, R. Developments of a water-maze procedure for studying spatial learning in the rat. Journal of Neuroscience Methods. 11, 47-60 (1984).
  13. Reed, M. N., Liu, P., Kotilinek, L. A., Ashe, K. H. Effect size of reference memory deficits in the morris water maze in Tg2576 mice. Behavioural Brain Research. 212, 115-120 (2010).
  14. Huang, Y., Zhou, W., Zhang, Y. Bright lighting conditions during testing increase thigmotaxis and impair water maze performance in BALB/c mice. Behavioral Brain Research. 226, 26-31 (2012).
  15. Baker, R. Water maze. , Available from: http://www.watermaze.org (2013).
  16. Ivonen, H., Nurminen, L., Harri, M., Tanila, H., Puolivali, J. Hypothermia in mice tested in Morris water maze. Behavioural Brain Research. 141, 207-213 (2003).
  17. Rubinow, M. J., Arseneau, L. M., Beverly, J. L., Juraska, J. M. Effect of estrous cycle on water maze acquisition depends on the temperature of the water. Behavioral Neuroscience. 118 (4), 863-868 (2004).

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