可逆冷却诱导 Deactivations 对行走猫的障碍记忆的皮层贡献研究

Carmen Wong; Stephen G. Lomber

doi:10.3791/56196

方法文章

可逆冷却诱导 Deactivations 对行走猫的障碍记忆的皮层贡献研究

DOI：

10.3791/56196

⸱

2017年12月11日

Carmen Wong¹^,² , Stephen G. Lomber¹^,²^,³^,⁴^,⁵

¹Cerebral Systems Laboratory, University of Western Ontario, ²Graduate Program in Neuroscience, University of Western Ontario, ³Brain and Mind Institute, University of Western Ontario, ⁴Department of Physiology and Pharmacology, University of Western Ontario, ⁵Department of Psychology, University of Western Ontario

本文内容

摘要

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复杂的运动在自然主义的环境需要仔细的肢体协调涉及顶叶皮层的区域。下面的协议描述了可逆冷却诱导失活的使用, 以证明顶骨面积5的作用, 在记忆制导避障的步行猫。

摘要

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在复杂的、自然主义的地形上, 关于环境障碍的感官信息可以用来快速调整运动动作以躲避。例如, 在猫, 关于一个即将到来的障碍的视觉信息可以调节步避。运动适应也可以发生独立的视觉, 因为突然的触觉输入到腿部由一个预期的障碍可以修改的步的所有四条腿, 以避免。这种复杂的运动协调涉及上结构, 如顶叶皮质。该协议描述了使用可逆的, 冷却诱导的皮层失活, 以评估顶叶皮层贡献的记忆引导障碍运动在猫。小的冷却回路, 被称为 cryoloops, 是特殊的形状, 以关闭分散的兴趣区域, 以评估其贡献的公开行为。这种方法已被用来阐明的作用, 5 在记忆引导的障碍, 避免在猫的顶叶区。

引言

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在自然的、不平坦的地形上, 关于障碍物的感官信息可以通过视觉或触觉获得, 可以迅速地改变运动以躲避。步进运动的细致协调涉及多个皮层区域¹^,²。例如, 电机皮层³^,⁴和顶叶皮层⁵^,⁶^,⁷在复杂的运动任务中被牵连, 如避障。在足动物中, 避免障碍所需的阶跃调制必须伸展至前腿和后腿。如果向前运动被延迟在前腿和 hindleg 障碍间隙之间 (可能出现作为动物踏入小心地通过一个复杂, 自然主义的环境跟踪猎物), 关于在记忆中维护的障碍的信息被用来指导一旦走了, hindleg 就会越过障碍物。

实验技术旨在解除离散皮层区域可以用来研究皮层贡献的记忆引导障碍运动。冷却诱发的皮质失活提供了一种可逆的, 可靠的, 可重现的方法来评估皮质对显性行为的贡献⁸。Cryoloops 由不锈钢管制成, 是特定于皮层的兴趣, 确保高度选择性和离散的基因座的失活。一旦植入, 冷冻甲醇泵通过管腔的 cryoloop 冷却的皮层区域直接下方的循....

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方案

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所有的程序都是按照国家研究委员会的《动物保护和使用实验指南》 (第八版; 2011) 和加拿大动物保护委员会关于试验动物的护理和使用指南 (1993) 进行的, 并由西安大略大学动物学委员会动物保育委员会批准。

下面的过程可以应用于实验研究皮层贡献的运动控制在步行猫。

1. 仪器

构造用于评估障碍物记忆的仪器。
注: 该仪器由2.43 米长, 29 厘米宽的走道包围, 18 厘米高清晰丙烯酸墙 (图 1)。一个狭窄的插槽沿设备的一半, 允许25.8 厘米宽 x 3 毫米厚的障碍, 以提高或从人行道上使用杠杆安装在行走表面。
为了确保动物的注意力保持在进食上, 避免用手抬高或降低障碍物。相反, 障碍可以提高或降低使用实验者的腿移动的杠杆下的走道, 使实验者继续喂养的动物。
适当地维护杠杆系统, 以确保障碍可以提高或降低无声。
使用一个小的高架平台 (23 厘米长的 x 23 厘米宽 x 16 厘米高), 在软食物放置, 以指导动物的运动。
记录所有使用以太网摄像头 (54 帧/秒) 安装在三脚架1.85 米远离走道中线的试验。

2. 培训程序

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结果

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该协议已成功地用于检查顶叶皮层贡献的障碍记忆在步行猫¹⁹。在这项研究中, cryoloops 在5和7在三成人 (> 6 月龄) 雌性猫 (图 5A) 上被植入了双侧壁区。在没有冷却 (温暖、控制条件) 的情况下, 或者当5或7区被双边钝化时, 在触觉障碍记忆模式中对动物进行了评估。

该研究的结果表明, 当5区被双边冷却时, hindleg 阶梯在障碍试验中明显衰减 (图 5D, 蓝色)。在温暖条件下, 前导和尾随后腿的平均峰值台阶高度分别为9.5 ±2.2 cm 和8.0 ±2.1 cm。单向多变量方差分析显示, 当5区被冷却时, 前导和尾随后腿的峰值步高度分别显著降低到4.3 ±2.2 cm (p < 0.0001) 和3.4 ±1.4 cm (.......

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讨论

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所描述的范例采用冷却诱导的离散皮层区 deactivations 的 cryoloop, 以研究记忆制导障碍的运动在猫。视觉和触觉障碍记忆范例是相当简单的动物执行, 因为他们利用自然主义的运动行为, 发生在最小的努力, 当一个动物的动机是跟随一个移动的食物来源。因此, 大部分的培训阶段是专门适应动物的测试室和冷却设备。大多数动物都需要反复接触, 佩戴安全带, 并通过皮带拴住, 然后才能舒适地和自然地在仪器上行走。此外, 在测试过程中, 活塞泵的声音可能会分散或惊吓动物。用假 cryoloop 完成冷却回路, 在初始训练过程中运行泵, 可以使动物适应泵的声音。尽管在测试之前有足够的训练, 在动物变得焦躁不安之前, 测试的时间很可能会很有限。因此, 充分的时间, 以确保适当的设置和故障诊断之前, 把动物进入测试室将优化后续数据收集。

通过调节泵的转速可以解决实现足够冷却的困难。然而, 应注意增加的压力, 可能导致油管被迫关闭的进口或出口管的 cryoloop。另外, 在冰浴中浸入的油管的长度可能会增加, 以便有更多的时间来冷却试管内的甲醇流动。此外, 确保从冰浴到 cryoloop 的.......

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披露

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作者没有什么可透露的。

致谢

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我们衷心感谢加拿大卫生研究院 (NSERC) 和加拿大科学与工程研究所的支持。波斯特得到了亚历山大·格雷厄姆加拿大研究生奖学金 (NSERC) 的支持。

....

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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
相机	IDS Imaging Development Systems GmbH	型号： UI-5240CP-C-HQ
进气管	Restek	25306	非法兰端浸没在甲醇储液器中，而法兰端连接到泵
Pump	Fluid Metering， Inc.	型号：QG 150
Nalgene 杜瓦真空瓶	Sigma-Aldrich	F9401
特氟龙管	Ezkem	A051754
微探针温度计	物理	：BAT-12
法兰管端接头	Valco Instruments Co. Inc.	CF-1BK	各种颜色可用于颜色编码。套件包括与配件相同数量的垫圈
垫圈	Valco Instruments Co. Inc.	CF-W1	额外垫圈
翻边套件	Pro Liquid GmbH	201553
管接头	Restek	25323
管道切割器	Restek	25069
外热电偶接头	Omega	SMPW-T-M	用于与温度计进行电缆连接
热电偶线	Omega	PP-T-24S	用于制造温度计电缆连接
MATLAB	MathWorks	n/a

模型

参考文献

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Drew, T., Marigold, D. S. Taking the next step: cortical contributions to the control of locomotion. Curr. Opin. Neurobiol. 33, 25-33 (2015).
Takakusaki, K. Neurophysiology of gait: From the spinal cord to the frontal lobe. Mov. Disord. 28

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