Summary
Kardiovaskulær trening og stimulerende opplevelser i et komplekst miljø har positive fordeler på flere tiltak av neuroplasticity innenfor gnager hjernen. Denne artikkelen vil drøfte gjennomføringen av disse tiltakene som en "superintervention" som kombinerer hjul kjører og miljø kompleksitet og vil ta begrensningene av disse tiltakene.
Abstract
Aerob trening (for eksempel hjulet kjører (WR) mye brukt i dyreforsøk) positivt påvirker mange tiltak av neuroplastic potensial i hjernen, for eksempel forekomst av voksen neurogenesis, angiogenese, og uttrykk for neurotrofiske faktorer i gnagere. Dette intervensjon har også vist seg å redusere atferdsmessige og nevroanatomi aspekter av de negative konsekvensene av teratogens (dvs. utviklings eksponering for alkohol) og aldersrelatert nevrodegenerasjon i gnagere. Miljø kompleksitet (EF) er blitt vist å produsere en rekke neuroplastic fordeler i kortikale og subkortikale strukturer og kan kobles sammen med hjulet kjører for å øke formerings og overlevelse av nye celler i voksen hippocampus. Kombinasjonen av disse to tiltak gir en robust "superintervention" (WR-EC) som kan implementeres i en rekke gnagermodeller av nevrologiske lidelser. Vi vil drøfte gjennomføringen av WR / EF og dets bestanddeler iterventions for anvendelse som en mer kraftfull terapeutisk intervensjon i rotter ved hjelp av en dyremodell av prenatal eksponering til alkohol hos mennesker. Vi vil også diskutere hvilke elementer av prosedyrene er helt nødvendig for inngrep og hvilke som kan endres avhengig av eksperimentators spørsmål eller anlegg.
Introduction
Oppdrett i ulike miljøer har lenge vært kjent for å føre til endringer i ulike mål på nevrologisk velvære. Mange studier ser på den reelle effekten av oppdrett i et komplekst miljø (EF) starter med banebrytende forskning ved Diamond og Rosenzweig (f.eks 1, 2) og Greenough (For eksempel, 3, 4). EC har vist seg å ha en unektelig positive effekter på synaptiske og celleforandringer i hjernen 5, 6, 7. EC kan påvirke en flerhet av hjerneregioner, inkludert hippocampus 8, 9 og visuelle cortex 10, 11, ventral striatum 12, 13, så velsom hjerne-wide neuroimmune funksjon (anmeldt i 14). Spesiell interesse har utviklet seg fra studiene på hippocampus da det ble vist at EU kan øke overlevelsen av voksne fødte granule celler av dentate gyrus gjennom dendrittiske plastisitet 9, 13. Dette siste punktet har samlet mye interesse på grunn av den økende mengde litteratur som indikerer at kardiovaskulær trening fremmer voksen neurogenesis i både sunt og skadet hjernen 15, 16, 17, 18. Wheel løping (WR) er en enkel å implementere form for frivillig hjerte-aktivitet som har vist seg å være gunstig i gnagermodeller av nevrologiske lidelser eller aldring 17, 19, 20. WR påvirker ekspresjon av vekstfaktorer i både det sentrale og perifere nervesystem 21, 22, 23.
Kombinere (senere) WR og EF i en "superintervention" (WR-EC) (dvs. 12 dager med WR etterfulgt av 30 dager i EF) gir en robust vekst i hippocampus voksen neurogenesis og økt overlevelse av de nylig proliferated cellene 8, den effekt som i dyremodellen av FASD ikke oppnås ved enkeltkomponenter (se nedenfor). Siden begge komponenter av WR-EC påvirke et variert utvalg av strukturer i hjernen 13 (WR anmeldt i 22, EC anmeldt i 24), gjennomføring av denne intervensjonen kan lett brukes til gnager modeller av både utviklings- og senere livs utbruddet modeller av nevrologisk funksjon (f.eks, neonatal alkohol eksponering, aldring, tidlig liv stress).
nt "> Integrering av WR-EF på ungdom og tidlig voksenperioder (dvs. postnatal dager 30 - 72) kan forbedre noen av de negative effektene av en rotte modell av føtale alkoholspekterforstyrrelser (FASDs) 8 En samling av studier har. viste at gnagere utsatt for alkohol fra postnatal dag (PD) 4 til 9 vise betydelige mangler i nevroanatomi tiltak som dendrittiske kompleksitet 25, cerebellar utvikling 26, 27 og neuroimmune reaksjons 28 samt manifestasjoner av svekket læring og hukommelse 29, 30, 31 . Selv en redusert mengde alkohol eksponering innenfor dette tidsvinduet (dvs. PD 7 til 9) kan føre til underskudd i læring og hukommelse i ungdom og voksne rotter 32 mens noen strukturer ikke lenger se sigdelig nevroanatomi fall 27. Mange av disse underskuddene - i tillegg til atferdsvansker i hippocampus-avhengig oppgaver - har blitt dempet etter eksponering for dette WR-EC paradigme 8, 33 eller WR alene 25, 31. Selv om WR alene har vært en utbredt intervensjon, kan kombinasjonen av WR-EC har ennå ikke blitt anvendt i litteraturen, til tross for sin evne til å opprettholde de relativt kortvarige fordelene med WR 8. Denne artikkelen vil drøfte gjennomføringen av WR-EC intervensjon i ungdomsårene. Selv om dette paradigmet blir brukt i sammenheng med tidlig postnatal alkoholinntak, kan den innføres i forskjellige gnagermodeller for å vurdere potensialet for hjerne neuroplasticity i modeller av hjernelidelser.Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
Etikk Uttalelse: Følgende protokollen ble godkjent av Institutional Animal Care og bruk Committee (IACUC) ved University of Delaware.
1. Utviklings Exposure (eller Modell av Binge-lignende Etanol Exposure)
- På PD3, bestemme kjønn på hvert dyr og tverr fremme noen dyr hvis det er nødvendig for å holde kullstørrelse (8 dyr) og kjønnsfordeling (4 hanner: 4 hunner) konsekvent innenfor hvert kull.
MERK: Det er viktig å holde kullstørrelse og kjønnsfordeling så konsekvent som mulig for å unngå eksperimentelle forundrer. Selv om denne protokollen bruker 8 valper (4 hanner og 4 tisper) per kull, kan alternative kullstørrelse eller kjønnsfordelinger være tilpasset behovene til den eksperimentelle design. - Subkutant injisere en liten mengde svart tusj i potene til å identifisere dyr innenfor hvert kull.
- Pseudo-tilfeldig tildele kull som eksperimentelle (som inneholder 50% alkohol eksponert (AE) og 50% humbug-intubert kontroll (SI) valpe) eller die kontroll (SC) (dyr som ikke gjennomgår noen intubasjon hale klipping, eller separasjons protokoller fra PD 4 - 9 med unntak av daglig veiing og øre-punching).
- For å beholde konsistent gruppestørrelse, tildele dobbelt så mange eksperimentelle kull som SC kull.
- Veie hvert dyr deretter returnere den til sitt hjem buret. Animal veiing bør skje daglig i intubasjon periode (PD 4-9).
- Fjerne hele kullet fra demningen.
- Plasser valper på oppvarmet pad.
- Spill vekten av hver enkelt valp.
- På PD4, etter veiing hvert dyr beregne den nødvendige mengde alkohol for en total på 5,25 g / kg / dag pr hvert dyr (basert på vekt av ungene fra trinn 1.4) 8.
- Administrere alkohol som 11,9% etanol-i-melkeerstatning (vol / vol).
- Starter på 9 AM, ta ett kull er valpene fra moren om gangen.
- Administrere etanol-i-melk til hver AE valp
- Sham-intubere hver SI valp 8.
- Gjenta trinn 1.5. gjennom 1.8. for hver forsøks kull.
- To timer etter første dose, gjenta dosering prosedyre (trinn 1.5 til 1.8) for en andre alkohol dose.
- En og en halv time etter den andre alkohol dose (det punktet hvor maksimal daglig blod alkoholinnhold oppnås), samle og sentrifuger blod fra AE og SI unger via hale klipping for fremtidig promille innholdsanalyse 35.
- Samle 60 ul blod.
- Plasser blod i en 1 ml mikrosentrifugerør. Sentrifuger blodet på 1,5 xg i 25 min.
- Samle forsiktig supernatanten serum fra sentrifugerør og spare for fremtiden promille innholdsanalyse.
- Gjenta dosering prosedyre (trinn 1.5 til 1.8) med melk i stedet for etanol-i-melk for å forebygge ernæringsmessige underskudd fra sykepleie manglende evne i AEvalper.
- Utfør totalt 2 supplerende melke doser 2 h hverandre på PD 4.
- Gjenta trinn 1.4 gjennom 1,12 (unntatt for trinn 1.11) på PD 5-9.
- Etter den endelige supplerende melk dose på PD9, øre slå alle valpene for identifikasjon i EF buret.
- Koordinere stemplet øret med en viss grad av kull nummer eller identifikator (f.eks ville oddetalls kull innen en årsklasse får sin venstre øre stanset mens dyr fra partalls kull skulle få sitt rette ører stemplet). Dette vil gjøre det lettere å identifisere dyr i EF bur bør flere dyr fra forskjellige kull har samme pawmark mønster.
2. Avvenning
- På PD 23, huset alle dyr i bur av 2-3.
- Sørg for at alle dyr som befinner seg i samme bur er de samme kjønn.
- Ta med en SC, en SI, og en AE dyr per bur når det er mulig.
- Reduser antall bur kamerater thi er fra samme kull.
- Sørg for at alle dyrene er i stand til å få tilgang til mat og vann.
3. Wheel Running
- På PD30, fordele halvparten av burene med dyr til WR. Hus disse dyrene i bur med fri tilgang til vedlagte rustfritt stål løpehjul.
- Sikre at hjulene har en teller for å vurdere det totale antall omdreininger.
- Veie alle dyr på PD 30 og PD 36.
- Sjekk antall omdreininger på hvert hjul kl 9 om morgenen hver dag.
- La dyrene i deres respektive boliger tilstand i 12 dager.
4. Miljø Kompleksitet
- Forbered EF buret før 9 AM på dagen som tilsvarer PD 42 for forsøksdyr.
- Få en 30 "x 18" x 36 "galvanisert stål bur.
MERK: Buret må ha flere nivåer, være i stand til å bære vekten av multiple rotter, bli fylt med standardsengetøy, og har flere steder å feste vannflasker og mat dispensere. - Plasser roman, fargerike gjenstander av varierende størrelser og former i buret.
- Plasser 6 store leker i EF buret. Sørg for at hver leketøy er stort nok for 3 eller flere rotter til å samhandle med samtidig.
- Plasser 6 middels leker i EF buret. Sørg for at hver leketøy er stort nok for 3 - 4 rotter til å samhandle med samtidig.
- Plasser mye (minst 20) av mindre leker i EF buret.
- Bruk leker med mange ulike farger, former, størrelser, etc. Novelty er kritisk til denne intervensjon (se diskusjon).
- Plasser to retter av mat i motsatt ende av buret.
- Plassere to flasker med vann på motsatte sider av buret.
- Få en 30 "x 18" x 36 "galvanisert stål bur.
- På 9 AM på PD 42, veie alle dyr og flytte de WR dyr til EF buret. Hver EF bur skal inneholde 9 - 12 dyr.
- Sørg for at ingen dyr har begge samme pawmark og øre-ordspillch mønstre.
- Sjekk all mat og vann daglig.
- Annenhver dag, fjerne lekene fra EC buret og erstatte dem (i henhold til trinn 4.1.2.).
- Hver tredje dag, rense EC buret.
- Fjern dyrene fra EC buret og sette dem i midlertidige ventemerdene av 2 - 3 dyr.
- Fjern alle sengetøy fra bunnen av buret.
- Retur samme lekene til buret med mindre denne dagen faller sammen med leketøy erstatning tidsplan (i henhold til punkt 4.4.).
- Erstatt alt av mat og vann.
- Bytt rottene inn i EF buret.
5. Samle Tissue
MERK: Tissue samling (f.eks perfusjon med paraformaldehyd) og lagring (f.eks, frysing, parafin innebygging) kan utføres med en rekke metoder. I det følgende skal forklare prosessen med perfusjon med 4% paraformaldehyd i 0,1 M fosfat-bufret saltoppløsning (4% paraformaldehyd i PBS) Løsning 8.
Forsiktig: Paraformaldehyde er kreftfremkallende og kan også forårsake hudirritasjon, allergiske hudreaksjoner, eller øyeskader. Bruk passende vernebriller / hudbeskyttelse.
- Expose en rotte i en tid til isofluran å lett bedøve dyret.
- Intraperitonealt injisere rotte med 2 ml / kg av ketamin / xylazin blanding (1,5 ml xylazin blandet med 10 ml av ketamin).
MERK: Ketamin og xylazin er begge på lager konsentrasjoner på 100 mg / ml før kombinere for injeksjon blandingen. - Når rotte er ikke lenger følsom, perfuse dyret med 0,1 M fosfatbufret saltvann (PBS; pH = 7,2) etterfulgt av 4% paraformaldehyd i PBS (pH = 7,2).
- Fjern hjernen og oppbevar i 4% paraformaldehyde i PBS ved 4 ° C i 48 timer.
- Etter 2 dager, overføring til oppløsning av 30% sukrose tilsatt til 4% paraformaldehyd i PBS ved 4 ° C.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
For å vurdere effekten av super intervensjon, må vi se på effekten av hver av sine bestanddeler - WR og EU - på våre tiltak av interesse. Figurene 1 til 3 (nedenfor) dukket opp i en tidligere publikasjon utnytte dette paradigmet 8. Figur 4 dukket opp i en doktoravhandling 36. Disse data illustrerer virkningen av WR-EC på hippocampus voksen neurogenesis i dentate gyrus. Alle grafene viser gruppe midler, med feilfelt som indikerer en enkelt standard feil fra gjennomsnittet. Figur 1 viser en økning i celleproliferasjon etter den WR del av vår intervensjon, noe som indikerer at WR-komponenten er robust stand til å øke cellulær proliferasjon i DG av hippocampus i normalt utvikle tidlig-liv stresset, og alkohol-eksponerte dyr. Figur 2viser evnen av EC for å øke overlevelsen av voksne genereres celler i DG hos dyr som var utsatt for enten stress eller alkohol neonatally. Figur 3 viser økningen i celler som skiller inn i en neuronal fenotype, som indikerer at WR-EC kan øke proliferasjon og overlevelse av voksen-fødte dentate gyrus granule celler i dyr som gjennomgår neonatal eksponering for alkohol eller intubering stress, impliserer det som et terapeutisk for å rednings underskudd i hippocampus voksen neurogenesis. Til slutt, figur 4 bekrefter WR-EC effekt på dendrittiske plastisitet: lengden av doublecortin-positive dendrittene gyrus dentatus 'granule celler i AE rotter ikke lenger er forskjellig fra kontrollen. Blod alkohol innhold (BAC) på PD 4 var 321,19 ± 14,03 mg / dl (gjennomsnitt ± SEM), sammenlignes med andre studier ved hjelp av denne eksponeringen paradigmet 28, 37. Tidligere studier har vist at dyr enkrysse disse behandlingsgruppene skiller seg ikke i avstander kjøres under WR 15.
Figur 1. WR Solid Øker celleproliferasjon i hippocampus DG. Mikrofotografiene viser forskjeller i celleformering i DG på PD42 (opphør av WR) som er merket med brom-deoksyuridin (BrdU) i AE dyr følgende WR (A) og sosial huset (B). WR øker robust celle proliferations uavhengig av neonatal behandling (C). En to-veis ANOVA viste en viktig effekt av bolig tilstand (WR vs SH) (F 1,40 = 19,703, p <0,001), mens ingen signifikant hovedeffekt av postnatal behandling (SC vs. SI vs. AE) eller samhandling mellom de to faktorene ble observert. Post hoc sammenligninger ble utført som Tukey tester. Alle verdier Represendes gjennomsnitt ± standardavvik av gjennomsnittet (SEM). * P <0,05, #p <0,01. Dette tallet er gjengitt fra Hamilton et al. 2012 8. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.
Figur 2. WR Fulgt av EU redder Underskudd i Cell Survival Etter Neonatal Alkohol Eksponering eller Sham Stress. Mikrofotografiene viser forskjeller i celler merket med BrdU i AE dyr fra WR-EC (A) og sosiale plassert betingelser (B) injisert med BrdU på PD41. Sosialt plassert dyrene viste en nedgang etter alkoholinntak i forhold til die kontroller. Dyr som gjennomgår de WR-EC superintervention skjerm økt overlevelse av celler prolifererende etter PD41 i begge SI og AE grupper (C). En to-veis ANOVA viste en viktig effekt av bolig tilstand (WR vs SH) (F 1,29 = 11,402, p <0,01) og en signifikant interaksjon mellom postnatal behandling og bolig tilstand (F 1,29 = 3,870, p < 0,05), mens ingen signifikant hovedeffekt av postnatal behandling (SC vs vs SI AE) ble observert. En enveis ANOVA innen SH dyr avdekket en viktig effekt av postnatal behandling (F 1,19 = 3,727, p <0,05), mens en enveis ANOVA innen WREC dyr viste ingen signifikante forskjeller mellom postnatal behandlinger. Post hoc sammenligninger ble utført som Tukey tester. Alle verdier representerer gjennomsnitt ± SEM. * P <0,05, #p <0,01. Dette tallet er gjengitt fra Hamilton et al. 2012 8. Klikk her for å se en større versjon av denne Figure.
Figur 3. WR-EC redder Underskudd i Neurogenesis Etter Neonatal Alkohol Eksponering eller Sham stress. Ko-lokalisering av BrdU (grønn) ekspresjon og Neun (rød) i hippocampus granule celler. Fluorescent confocal bilder ble ervervet etter immunhistokjemiske prosedyrer. BrdU ble injisert på PD41 vev ble oppsamlet på PD72. Både BrdU og Neun ble observert i DG (A, B). Selv om SC dyr som ikke viser en betydelig økning i antall prolifererende neuroner, både AE og SI dyr viste en økning i nevrogenesen (som antydet med dobbel merking med BrdU og Neun) ved å følge WR-EC paradigme i forhold til sosialt huses dyrene (C) . En to-veis ANOVA viste en viktig effekt av bolig tilstand (WR vs SH) (F 1,28 = 20,48, p <0,001), mens ingen signifikant hoved effeble observert ct av postnatal behandling (SC vs SI vs AE) eller samspillet mellom de to faktorene. Post hoc sammenligninger ble utført som Tukey tester. Alle verdier representerer gjennomsnitt ± SEM. * P <0,05, #p <0,01. Dette tallet er gjengitt fra Hamilton et al. 2012 8. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.
Figur 4. WR-EC redder Underskudd i Dendritic Kompleksitet av hippocampus DG granule celler. Sholl analyser av dendrittiske kryss illustrere WR-EC sin lindrende effekt på dendrittiske kompleksiteten i dentate gyrus av voksne rotter etter neonatal alkohol eksponering. I boligsosiale forhold, AE dyr har et redusert antall DG granule celle dendrite kryss i forhold til å kontrollere dyr (a). Boliger i WREC øker antall kryss i AE dyr i forhold til sosialt plassert kontroller (b). AE dyr oppdrettet i vår WREC paradigmet har tilsvarende antall kryss i forhold til å kontrollere dyr som befinner seg i WREC (c). Gjentatte måle ANOVAs ble utført på dataene i hver graf. Panel et demonstrerer en viktig effekt av postnatal behandling (F 1,11 = 6,265, p = 0,029). Panel b viser en trend mot en hovedeffekt mellom boforhold (F 1,6 = 4,181, p = 0,087). Panel C viser ingen signifikant forskjell mellom SC og AE dyr innenfor den WREC huset tilstand. Alle post hoc sammenligninger ble utført som Tukey tester. Alle verdier representerer gjennomsnitt ± SEM. ^ P <0,01, * p <0,05. Dette tallet er gjengitt fra Hamilton, 2012 36.pg "target =" _ blank "> Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
I ovennevnte protokoll, viste vi en hensiktsmessig intervensjon for å redde nevroanatomi underskudd følgende neonatal alkohol eksponering. Dette inngrep kan brukes som et terapeutisk i andre dyremodeller på grunn av robustheten av hver av komponentene i inngrep. Frivillig hjerte-aktivitet i form av WR har vist seg å nytte flere atferds utfall 38, 39 og indusere funksjonelle plast endringer i hjerneområder som hippocampus (anmeldt i 40). Dette er delvis på grunn av uttrykk for vekstfaktorer og andre nevro mekanismer i hjernen parenchyma i både gnagere og mennesker 21, 41. Supplere disse effektene, kan EF indusere gunstig mobil 6, 11, 42, 43, Strukturelle 2 og farmakologisk 12, 44 endring i gnagere.
For at WR for å være mest mulig effektiv i denne modell av human-syndrom, er det avgjørende for dyr å ha frivillig adgang til en funksjonell løpehjul; daglig hjulet tilgang bør vare i en lengre tidsperiode 45 minst 10-12 timer per dag og helst 24 timer (noen negative effekter av tilbaketrekning fra driften hjulet ble rapportert). Dette WR paradigmet varer i 12 dager for å tillate kombinasjonen av WR og EU til å passe inn i ungdomsårene og tidlig voksen alder. Varigheten, alder eksponering, og modalitet av øvelsen (blant andre faktorer) kan påvirke effekten av øvelsen som en terapeutisk intervensjon 46, og slike kritiske faktorer bør vurderes når du planlegger å implementere denne protokollen eller andre WREC paradigme. En viktig del av dette EC paradigmet er ingenvelty av flere objekter i miljøet og sosial interaksjon (anmeldt i 14, 47). Derfor er det avgjørende for elementene i dette paradigmet byttes ut hver 48. time. Basert på behovet for flere elementer, samspillet med elementene og deres utforskning og sosialt samspill, finner vi at vår rekke unike elementer, hyppighet av element erstatning, og antall buret kamerater er tilstrekkelig til å indusere terapeutiske utfall på nevroanatomi tiltak at vi vurderer. Vi fant ut at kontinuerlig eksponering i 30 dager er mer hensiktsmessig å overvinne underskudd indusert av neonatal alkohol eksponering enn begrenset eksponering interaksjon til en roman miljø.
Målet med denne protokollen er å innføre en WREC paradigme som løser både kardiovaskulær trening og miljø nyhet komponenter av plast intervensjon. Av denne grunn, vil vi ta opp den modifikasjon som kan bli gjort til paradigm men ville forsiktig bruk av modifikasjoner som kan endre måten at dyr samhandler innenfor paradigmet samt eksperimentelle konklusjoner som kan trekkes. En mulig endring vil være innføring av løpehjul til EF miljø. Ved å gjøre dette ville det være vanskelig å bestemme de relative bidrag fra hver komponent. Det ville i tillegg være vanskelig å sikre at alle dyrene deltar i både WR komponenter og EC komponenter av paradigmet som bolig av 8 - 10 dyr sammen er nødvendig for EC. Men siden langsiktig tilgang til trening er avgjørende for effekten av denne intervensjonen 45, kan videre forskning adressere den optimale forholdet mellom WR tilgang til EF-tilgang (selv om metodene i denne protokollen har vist robuste nevroanatomi og atferdsmessige implikasjoner 8, 33) . Endringer til den enkelte elementer som brukes innenfor EU miljø er akseptabelt, men det er critical for varene for å være interessant, kompleks, roman, stimulerende og ofte oppdateres 14.
Dette paradigmet inneholder flere medfødte begrensninger i våre hender, som bør vurderes når du planlegger å implementere denne "super intervensjon". En begrensning til den WR komponenten av paradigmet er den manglende evne til å vurdere avstanden drevet av private dyr. En av de åpenbare og enkle løsninger ville være et individuelt hus av dyrene under WR komponent. Imidlertid må det understrekes at enkelte boliger er allment akseptert som skadelig for dyr og kan til og med direkte motvirke de gunstige effektene av hjulet kjører 48. Et annet alternativ (selv tidkrevende og ufullkommen) ville være å spille inn video løpehjulet til enhver tid at dyrene har tilgang til. Dette vil kreve en unik identifikator for hvert dyr i bur (for eksempel male unike farger eller patteRNS på pelsen til hvert dyr) 49. Denne teknikken vil fortsatt være underlagt forundrer av flere dyr utnytte hjulet samtidig. En lignende vanskelighet bærer EC hvor det blir vanskelig å mat begrense individuelle dyr (uten å begrense den tidsperiode på matforbruk). For å redusere virkningen av dette, vil vi anbefale boliger i EF for en full 30 dager etterfulgt av en umiddelbar mat begrensning paradigme. Utvidet mengder tid ut av EF muligens hemmer indusert plastisitet som oppstår under dette paradigmet.
Som nevnt tidligere, er betydningen av denne artikkelen er å gi rom for konsekvent karakterisering av EF-paradigmet og gjennomføringen følgende kardiovaskulær trening i form av WR. Tidligere EF paradigmer har utsatt dyr til EC bolig uten eksponering for WR 12, 50, WR innsiden av EC bur for en kortere tidsperiode 51eller med mindre dyr 52 eller dyrene ble utsatt for en EC miljø for en lengre tidsperiode med mindre hyppig utskiftning av merd elementer 13. Det er sannsynlig at de gunstige effektene av EU krever indusert plastisitet fra WR i en tidsmessig relevant tidsvinduet for å vise langsiktige fordel. På denne måten mener vi at kopling WR og EC for 12 og 30 dager henholdsvis åpner for et maksimalt gunstig og konsis intervensjon.
På dette punktet, har bruken av denne modellen er begrenset til ungdom og tidlig voksen tidsperioder. Videre undersøkelse av robustheten denne intervensjonen på ulike stadier, og ontogeny av neuroplastic fordel bør undersøkes videre i fremtiden. I tillegg er bruken av ulike utviklings underskudd sterkt oppmuntret, da dette vil bidra til å utvikle effektive terapeutiske intervensjoner for personer rammet av slike lidelser. Forrige litteratur har demonstrated uavhengige effekter av WR eller EC om voksen neurogenesis, læring og hukommelse, eller angstlignende atferd i en genetisk musemodell for angst 53. Robust av disse to tiltakene og synergieffekten av EF for å opprettholde de kortsiktige effektene av økte WR-indusert ytelser (dvs. hippocampus celleproliferasjon og neurogenesis) gjør det godt rustet for integrering i et variert utvalg av forskningsspørsmål.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Female Time-pregnant Long Evans Rats | Envigo (Formerly: Harlan, Inc.) | Average litter size is 8 - 10 pups | |
| Black India Ink | Higgins (Chartpak, Inc.) | 44201 | |
| Syringes and Injection Needles | Becton, Dickinson and Company (BD) | Assorted | For injection of pawmarking ink, administration of milk-alcohol solution |
| Ear Punch | Kent Scientific Corporation | INS750076 | |
| Running Wheels | Wahmann Labs | Wahmann Running Wheel is discontinued. One per cage. | |
| EC Cage | Martin's Cages, Inc. | R-695 | |
| Small EC Toys | Assorted | ||
| Medium EC Toys | Assorted | Should be able to fit 1 - 2 rats inside of/on top of object | |
| Large EC Toys | Assorted | Should be able to fit 3 or more rats inside of/on top of object |
References
- Diamond, M. C., et al. Increases in cortical depth and glia numbers in rats subjected to enriched environment. J Comp Neurol. 128 (1), 117-126 (1966).
- Rosenzweig, M. R., Bennett, E. L., Hebert, M., Morimoto, H. Social grouping cannot account for cerebral effects of enriched environments. Brain Res. 153 (3), 563-576 (1978).
- Greenough, W. T.
- Volkmar, F. R., Greenough, W. T. Rearing complexity affects branching of dendrites in the visual cortex of the rat. Science. 176 (4042), 1445-1447 (1972).
- Greenough, W. T., Volkmar, F. R., Juraska, J. M. Effects of rearing complexity on dendritic branching in frontolateral and temporal cortex of the rat. Exp Neurol. 41 (2), 371-378 (1973).
- Sampedro-Piquero, P., Zancada-Menendez, C., Begega, A. Housing condition-related changes involved in reversal learning and its c-Fos associated activity in the prefrontal cortex. Neuroscience. 307, 14-25 (2015).
- Sirevaag, A. M., Greenough, W. T. Differential rearing effects on rat visual cortex synapses. III. Neuronal and glial nuclei, boutons, dendrites, and capillaries. Brain Res. 424 (2), 320-332 (1987).
- Hamilton, G. F., Boschen, K. E., Goodlett, C. R., Greenough, W. T., Klintsova, A. Y. Housing in environmental complexity following wheel running augments survival of newly generated hippocampal neurons in a rat model of binge alcohol exposure during the third trimester equivalent. Alcohol Clin Exp Res. 36 (7), 1196-1204 (2012).
- Kempermann, G., Kuhn, H. G., Gage, F. H. More hippocampal neurons in adult mice living in an enriched environment. Nature. 386 (6624), 493-495 (1997).
- Juraska, J. M., Greenough, W. T., Elliott, C., Mack, K. J., Berkowitz, R. Plasticity in adult rat visual cortex: an examination of several cell populations after differential rearing. Behav Neural Biol. 29 (2), 157-167 (1980).
- Turner, A. M., Greenough, W. T. Differential rearing effects on rat visual cortex synapses. I. Synaptic and neuronal density and synapses per neuron. Brain Res. 329 (1-2), 195-203 (1985).
- Brenes, J. C., Rodriguez, O., Fornaguera, J. Differential effect of environment enrichment and social isolation on depressive-like behavior, spontaneous activity and serotonin and norepinephrine concentration in prefrontal cortex and ventral striatum. Pharmacol Biochem Behav. 89 (1), 85-93 (2008).
- Kolb, B., Gorny, G., Soderpalm, A. H., Robinson, T. E. Environmental complexity has different effects on the structure of neurons in the prefrontal cortex versus the parietal cortex or nucleus accumbens. Synapse. 48 (3), 149-153 (2003).
- Singhal, G., Jaehne, E. J., Corrigan, F., Baune, B. T. Cellular and molecular mechanisms of immunomodulation in the brain through environmental enrichment. Front Cell Neurosci. 8, 97 (2014).
- Helfer, J. L., Goodlett, C. R., Greenough, W. T., Klintsova, A. Y. The effects of exercise on adolescent hippocampal neurogenesis in a rat model of binge alcohol exposure during the brain growth spurt. Brain Res. 1294, 1-11 (2009).
- van Praag, H., et al.
- van Praag, H., Shubert, T., Zhao, C., Gage, F. H. Exercise enhances learning and hippocampal neurogenesis in aged mice. J Neurosci. 25 (38), 8680-8685 (2005).
- Vivar, C., Peterson, B. D., van Praag, H. Running rewires the neuronal network of adult-born dentate granule cells. Neuroimage. 1 (131), 29-41 (2015).
- Mustroph, M. L., et al. Increased adult hippocampal neurogenesis is not necessary for wheel running to abolish conditioned place preference for cocaine in mice. Eur J Neurosci. 41 (2), 216-226 (2015).
- Patten, A. R., et al. Long-term exercise is needed to enhance synaptic plasticity in the hippocampus. Learn Mem. 20 (11), 642-647 (2013).
- Carro, E., Nunez, A., Busiguina, S., Torres-Aleman, I. Circulating insulin-like growth factor I mediates effects of exercise on the brain. J Neurosci. 20 (8), 2926-2933 (2000).
- Cotman, C. W., Berchtold, N. C. Exercise: a behavioral intervention to enhance brain health and plasticity. Trends Neurosci. 25 (6), 295-301 (2002).
- Praag, H., Fleshner, M., Schwartz, M. W., Mattson, M. P. Exercise, energy intake, glucose homeostasis, and the brain. J Neurosci. 34 (46), 15139-15149 (2014).
- van Praag, H., Kempermann, G., Gage, F. H.
- Hamilton, G. F., Criss, K. J., Klintsova, A. Y. Voluntary exercise partially reverses neonatal alcohol-induced deficits in mPFC layer II/III dendritic morphology of male adolescent rats. Synapse. 69 (8), 405-415 (2015).
- Goodlett, C. R., Thomas, J. D., West, J. R. Long-term deficits in cerebellar growth and rotarod performance of rats following "binge-like" alcohol exposure during the neonatal brain growth spurt. Neurotoxicol Teratol. 13 (1), 69-74 (1991).
- Goodlett, C. R., Lundahl, K. R. Temporal determinants of neonatal alcohol-induced cerebellar damage and motor performance deficits. Pharmacol Biochem Behav. 55 (4), 531-540 (1996).
- Boschen, K., Ruggiero, M., Klintsova, A. Neonatal binge alcohol exposure increases microglial activation in the developing rat hippocampus. Neuroscience. 324, 355-366 (2016).
- Goodlett, C. R., Peterson, S. D. Sex differences in vulnerability to developmental spatial learning deficits induced by limited binge alcohol exposure in neonatal rats. Neurobiol Learn Mem. 64 (3), 265-275 (1995).
- Murawski, N. J., Klintsova, A. Y., Stanton, M. E. Neonatal alcohol exposure and the hippocampus in developing male rats: effects on behaviorally induced CA1 c-Fos expression, CA1 pyramidal cell number, and contextual fear conditioning. Neuroscience. 206, 89-99 (2012).
- Thomas, J. D., Sather, T. M., Whinery, L. A. Voluntary exercise influences behavioral development in rats exposed to alcohol during the neonatal brain growth spurt. Behav Neurosci. 122 (6), 1264-1273 (2008).
- Hamilton, G. F., et al. Neonatal alcohol exposure disrupts hippocampal neurogenesis and contextual fear conditioning in adult rats. Brain Res. 1412, 88-101 (2011).
- Hamilton, G. F., et al. Exercise and environment as an intervention for neonatal alcohol effects on hippocampal adult neurogenesis and learning. Neuroscience. 265, 274-290 (2014).
- Kelly, S. J., Lawrence, C. R. Alcohol: Methods and Protocols. Nagy, L. E. , (2008).
- Helfer, J. L., et al. Binge-like postnatal alcohol exposure triggers cortical gliogenesis in adolescent rats. J Comp Neurol. 514 (3), 259-271 (2009).
- Hamilton, G. F. Behavioral Interventions to Alleviate the Impact of Neonatal Alcohol Exposure on Cell Morphology in the Rodent Hippocampus and Medial Prefrontal Cortex. Doctor of Philosophy thesis. , University of Delaware. (2012).
- Klintsova, A. Y., et al. Persistent impairment of hippocampal neurogenesis in young adult rats following early postnatal alcohol exposure. Alcohol Clin Exp Res. 31 (12), 2073-2082 (2007).
- Brockett, A. T., LaMarca, E. A., Gould, E. Physical exercise enhances cognitive flexibility as well as astrocytic and synaptic markers in the medial prefrontal cortex. PLoS One. 10 (5), e0124859 (2015).
- Creer, D. J., Romberg, C., Saksida, L. M., van Praag, H., Bussey, T. J. Running enhances spatial pattern separation in mice. Proc Natl Acad Sci U S A. 107 (5), 2367-2372 (2010).
- Patten, A. R., et al. The benefits of exercise on structural and functional plasticity in the rodent hippocampus of different disease models. Brain Plast. 1 (1), 97-127 (2015).
- Van der Borght, K., et al. Physical exercise leads to rapid adaptations in hippocampal vasculature: temporal dynamics and relationship to cell proliferation and neurogenesis. Hippocampus. 19 (10), 928-936 (2009).
- Johansson, B. B., Belichenko, P. V. Neuronal plasticity and dendritic spines: effect of environmental enrichment on intact and postischemic rat brain. J Cereb Blood Flow Metab. 22 (1), 89-96 (2002).
- Sirevaag, A. M., Greenough, W. T. Differential rearing effects on rat visual cortex synapses. II. Synaptic morphometry. Brain Res. 351 (2), 215-226 (1985).
- Pham, T. M., Winblad, B., Granholm, A. C., Mohammed, A. H. Environmental influences on brain neurotrophins in rats. Pharmacol Biochem Behav. 73 (1), 167-175 (2002).
- Patten, A. R., et al. Long-term exercise is needed to enhance synaptic plasticity in the hippocampus. Learn Mem. 20 (11), 642-647 (2013).
- Patten, A. R., et al. The Benefits of Exercise on Structural and Functional Plasticity in the Rodent Hippocampus of Different Disease Models. Brain Plasticity. 1 (1), 97-127 (2015).
- Abou-Ismail, U. A. Are the effects of enrichment due to the presence of multiple items or a particular item in the cages of laboratory rat? Appl Ani Behav Sci. 134 (1-2), 72-82 (2011).
- Stranahan, A. M., Khalil, D., Gould, E. Social isolation delays the positive effects of running on adult neurogenesis. Nat Neurosci. 9 (4), 526-533 (2006).
- Boschen, K. E., Hamilton, G. F., Delorme, J. E., Klintsova, A. Y. Activity and social behavior in a complex environment in rats neonatally exposed to alcohol. Alcohol. 48 (6), 533-541 (2014).
- Artola, A., et al. Long lasting modulation of the induction of LTD and LTP in rat hippocampal CA1 by behavioural stress and environmental enrichment. Eur J Neurosci. 23 (1), 261-272 (2006).
- Bergami, M., et al. A critical period for experience-dependent remodeling of adult-born neuron connectivity. Neuron. 85 (4), 710-717 (2015).
- Fréchette, M., Rennie, K., Pappas, B. A. Developmental forebrain cholinergic lesion and environmental enrichment: behaviour, CA1 cytoarchitecture and neurogenesis. Brain Res. 1252, 172-182 (2009).
- Rogers, J., et al. Dissociating the therapeutic effects of environmental enrichment and exercise in a mouse model of anxiety with cognitive impairment. Transl Psychiatry. 6, e794 (2016).
