Summary
Сердечно-сосудистые упражнения и стимулирующие опыт в сложной среде имеют положительные результаты на нескольких мер нейропластики в пределах мозга грызуна. В этой статье будут обсуждены вопросы реализации этих мер в качестве "superintervention", который сочетает в себе колесо, идущее и экологической сложности и будут рассмотрены ограничения этих мер.
Abstract
Аэробные упражнения (например, колесо работает (WR) широко используется в исследованиях на животных) положительно влияет на многие меры neuroplastic потенциала в мозге, такие , как уровень взрослого нейрогенеза, ангиогенез и экспрессии нейротрофических факторов у грызунов. Это вмешательство также было показано , чтобы смягчить поведенческие и нейроанатомических аспекты негативных последствий тератогенами (т.е. воздействия развития к алкоголю) и возрастной нейродегенерации у грызунов. Экологическая сложность (ЕС) было показано, дает многочисленные преимущества neuroplastic в корковых и подкорковых структур и могут быть соединены с колесо, идущее к увеличению пролиферации и выживания новых клеток во взрослом гиппокампе. Сочетание этих двух вмешательств обеспечивает надежную "superintervention" (WR-EC), который может быть реализован в различных моделях грызунов неврологических расстройств. Мы обсудим реализацию WR / EC и ее составляющую ввмешательств для использования в качестве более мощного терапевтического вмешательства у крыс с использованием животной модели пренатального воздействия алкоголя в организме человека. Мы также обсудим, какие элементы процедур абсолютно необходимы для вмешательства и какие из них могут быть изменены в зависимости от вопроса или объектов экспериментатора.
Introduction
Выращивание в различных средах уже давно известно, вызывают изменения в различных мер неврологического здоровья. Многие исследования смотрят на благотворное влияние выращивания в сложных условиях (EC) , начиная с исследований по новаторским Даймонда и Розенцвейг (например, 1, 2) и Гринаф (Например, 3, 4). EC было продемонстрировано , имеют неоспоримое положительное влияние на синаптических и клеточных изменений в мозге 5, 6, 7. ЕС может повлиять на множество областей мозга , включая гиппокамп 8, 9 и зрительной коре 10, 11, вентральном стриатуме 12, 13, а такжев качестве мозга для всей функции нейроиммунных (обзор в 14). Особый интерес вызывают из исследований по гиппокамп , когда было показано , что ЕС может увеличить коэффициент выживаемости взрослых новорожденных гранулярных клеток зубчатой извилины через дендритной пластичности 9, 13. Этот последний пункт собрал большой интерес из - за растущего объема литературы , указывающей , что сердечно - сосудистые упражнения способствует нейрогенез как в здоровом и поврежденном мозге 15, 16, 17, 18. Колесо работает (WR) легко реализовать форму добровольного сердечно - сосудистой деятельности , что было показано , чтобы быть полезным в моделях грызунов неврологических расстройств или старения 17, 19, 20. WR влияет на экспрессию факторов роста как в центральной и периферической нервной системы , 21, 22, 23.
Объединение (впоследствии) WR и ЕС в "superintervention" (WR-EC) (т.е. 12 дней WR затем 30 дней в ЕС) обеспечивает надежное увеличение гиппокампа взрослого нейрогенеза и увеличение выживаемости вновь пролиферирующих клеток 8, эффект, что в животной модели FASD не достигается отдельных компонентов (см ниже). Так как оба компонента WR-EC влияют на широкий спектр структур в мозге 13 (WR рассмотрен в 22, EC рассмотрены в 24), реализация этого вмешательства может быть легко применен к грызунах моделей обоих развития и более поздних этапах жизни протекающими моделей неврологическими нарушения (например, неонатальный спирта экспозиции, старение, ранняя жизнь стресс).
нт "> Интеграция WR-EC в подростковом и раннем взрослом периодах (то есть, послеродовые дни 30 - 72) могут смягчить некоторые из отрицательных эффектов на крысиной модели фетальных нарушений спирта спектра (FASDs) 8 Сборник исследований. показали , что грызуны воздействию спирта из постнатальный день (PD) с 4 по 9 дисплея значительный дефицит в нейроанатомической мер , таких как дендритные сложности 25, мозжечковая развитие 26, 27 и нейроиммунных отзывчивости 28, а также проявления нарушенного обучения и памяти 29, 30, 31 . Даже уменьшенное количество воздействия алкоголя в течение этого временного окна (т.е. PD 7 до 9) может привести к дефициту в процессах обучения и памяти у подростков и взрослых крыс 32 в то время как некоторые структуры больше не видят сиговыхщественны нейроанатомическом обесценения 27. Многие из этих дефицитов - в дополнение к поведенческим нарушениями в гиппокампе-зависимых задач - были смягчены после воздействия этой парадигмы WR-EC 8, 33 или только WR 25, 31. Хотя в одиночку WR был широко используется вмешательство, комбинация WR-EC до сих пор не использовались в литературе , несмотря на его способности поддерживать на относительно краткосрочные выгоды от WR 8. В этой статье будет обсуждаться осуществление вмешательства WR-EC в подростковом возрасте. Хотя эта парадигма используется в контексте раннего постнатального воздействия алкоголя, он может быть введен в различных моделях на грызунах, чтобы оценить потенциал мозга для нейропластики в моделях заболеваний мозга.Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
Заявление по этике: Следующий протокол был одобрен по уходу и использованию комитета Institutional животных (IACUC) Университета штата Делавэр путем.
1. Развивающее экспозиции (или модель Binge-как Этанол Exposure)
- На ПД3, определить пол каждого животного и кросс-поощрять любых животных, если это необходимо, чтобы сохранить размер помета (8 животных) и распределение по полу (4 мужчин: 4 женщин) последовательно в каждом помете.
Примечание: Важно, чтобы сохранить размер помета и распределение по полу как можно более последовательными, чтобы избежать экспериментальных путает. Хотя этот протокол использует 8 щенков (4 мужчин и 4 женщины) в каждом помете, альтернативные размеры помета или половых распределения могут быть адаптированы к потребностям экспериментального проектирования. - Подкожно вводят небольшое количество черного тушью в лапы, чтобы идентифицировать животных в каждом помете.
- Псевдо-случайным образом назначить пометов в качестве эксперимента (содержащие 50% спирта, подвергшихся воздействию (AE) и 50% фиктивный-интубированы контроль (SI) щенком) или сосут управления (SC) (животные, которые не претерпевают интубации, хвост, вырезку или протоколы разделения от PD 4 - 9 для ежедневного взвешивания и уха штамповки), за исключением.
- Для того, чтобы сохранить последовательный размер группы, назначать в два раза больше экспериментальных пометов как SC пометов.
- Взвесьте каждое животное затем вернуть его в родную клетку. Взвешивание животных должно происходить ежедневно в период интубации (PD 4 - 9).
- Удалите весь мусор от плотины.
- Поместите щенков на подогреваемых площадку.
- Запишите вес каждого щенка.
- На PD4, после взвешивания каждого животного рассчитать необходимое количество алкоголя в общей сложности 5,25 г / кг / день на каждого животного ( в зависимости от веса щенка , начиная с шага 1.4) 8.
- Администрируйте спирт в 11,9% этанол-в-заменитель молока (об / об).
- Начиная с 9 утра, удалите один щенков помета от матери в то время.
- Администрирование этанол-в-молоко каждому щенку А.Е.
- Sham-интубации каждый детеныша SI 8.
- Повторите шаги 1.5. через 1,8. для каждого экспериментального помета.
- Через два часа после первой дозы, повторите процедуру дозирования (шаги 1,5 через 1,8) для второй дозы алкоголя.
- Через полтора часа после второй дозы алкоголя (точка , в которой достигается пик ежедневно содержание алкоголя в крови), собирают и центрифуга кровь из мышат АЕ и СИ через хвост стрижкой для анализа 35 содержания алкоголя в крови будущего.
- Сбор 60 мкл крови.
- Поместите кровь в пробирку микроцентрифужных 1 мл. Центрифуга крови при 1,5 мкг в течение 25 мин.
- Осторожно собрать надосадочную сыворотку из центрифуги трубки и сохраните ее для последующего анализа содержания алкоголя в крови.
- Повторите процедуру дозирования (шаги 1.5 через 1.8), используя молоко вместо этанола-в-молока, чтобы предотвратить дефицит питательных веществ из медсестер неспособности в АЕщенками.
- Выполните в общей сложности 2 дополнительных доз молока 2 ч друг от друга на PD 4.
- Повторите шаги 1.4 через 1.12 (за исключением стадии 1.11) на PD 5 - 9.
- После окончательной дополнительной дозы молока на PD9, уха пробивать все щенкам для идентификации в клетке EC.
- Координировать пробитое ухо с некоторой мерой количества приплода или идентификатора (например, нечетные пометов в пределах когорты бы получить их левое ухо ударил кулаком в то время как животные из четных пометов получили бы их правые уши кулаками). Это позволит сделать его легче идентифицировать животных в клетке ЕС должен несколько животных из разных пометов имеют один и тот же шаблон pawmark.
2. Отлучение
- На PD 23, дом все животные в клетках 2 - 3.
- Убедитесь в том, что все животные разместились в одной клетке одни и те же секс.
- Включите одну SC, один SI и один AE животное в клетку, когда это возможно.
- Сведение к минимуму количества клетки товарищей-йна из того же помета.
- Убедитесь, что все животные способны доступ к пище и воде.
3. Колесо Running
- На PD30, выделяют половину клеток с животными к WR. Дом эти животные в клетках со свободным доступом к прикрепленным нержавеющей стали ходовое колесо.
- Убедитесь, что колеса имеют счетчик, чтобы оценить общее число оборотов.
- Взвешивание всех животных на PD 30 и PD 36.
- Проверьте число оборотов каждого колеса в 9 утра каждый день.
- Оставьте животных в их соответствующем состоянии жилья в течение 12 дней.
4. Сложность окружающей среды
- Подготовьте клетку EC до 9 утра в день, что соответствует PD 42 для экспериментальных животных.
- Получите 30 "х 18" х 36 "из оцинкованной стали клетку.
ПРИМЕЧАНИЕ: Клетка должна иметь несколько уровней, быть способны выдержать вес нескольких крыс, заполняется со стандартнымипостельные принадлежности, и есть несколько мест для крепления бутылки с водой и пищевые диспенсеров. - Поместите роман, красочные объекты различных размеров и форм в клетке.
- Поместите 6 больших игрушек в клетке EC. Убедитесь в том, что каждая игрушка является достаточно большим для 3-х или более крыс, чтобы взаимодействовать с одновременно.
- Поместите 6 средних игрушек в клетке EC. Убедитесь в том, что каждая игрушка является достаточно большим для 3 - 4 крысы взаимодействовать с одновременно.
- Поместите много (по крайней мере, 20) мелких игрушек в клетке EC.
- Используйте игрушки различных цветов, форм, размеров и т.д. Новинка имеет решающее значение для этого вмешательства (обсуждение см).
- Поместите две тарелки еды на противоположных концах клетки.
- Поместите две бутылки воды на противоположных концах клетки.
- Получите 30 "х 18" х 36 "из оцинкованной стали клетку.
- В 9 часов утра на PD 42, взвесить все животные и перемещать WR животных в клетке EC. Каждая клетка EC должна содержать 9 - 12 животных.
- Убедитесь, что ни одно животное не имеют как один и тот же pawmark и ушной каламбуркан узоры.
- Проверьте все продукты питания и воды ежедневно.
- Каждые два дня, удалить игрушки из клетки EC и заменить их (в соответствии со стадией 4.1.2.).
- Каждые три дня, чистить клетку EC.
- Удалить животных из клетки EC и поместить их в временного содержания клеток 2 - 3 животных.
- Удалить все подстилки из нижней части клетки.
- Возвращение те же игрушки в клетке, если этот день не совпадает с графиком замены игрушка (согласно пункту 4.4.).
- Заменить всю пищу и воду.
- Заменить крыс в клетку EC.
5. Сбор тканей
Примечание: коллекция тканей (например, перфузия с параформальдегидом) и хранения (например, замораживание, парафин) может быть осуществлено с помощью различных методов. Ниже будет объяснить процесс перфузии 4% параформальдегида в 0,1 М фосфатно-буферном солевом растворе (4% параформальдегида в PBS) Раствор 8.
Внимание: параформальдегид является канцерогеном и может вызвать раздражение кожи, аллергические реакции кожи или повреждение глаз. Используйте соответствующие средства защиты глаз / кожи.
- Expose одна крыса в то время, чтобы Isoflurane слегка обезболить животное.
- Внутрибрюшинно вводят крысе с 2 мл / кг кетамина / ксилазина смеси (1,5 мл ксилазина смешивают с 10 мл кетамина).
Примечание: кетамина и ксилазина оба на складе концентрации 100 мг / мл перед соединением для инъекций смеси. - После того, как крыса больше не реагирует, не заливать животное с 0,1 М фосфатным буферным раствором (PBS, рН = 7,2), а затем 4% параформальдегидом в PBS (рН = 7,2).
- Удалить мозг и хранят в 4% параформальдегид в PBS при 4 ° С в течение 48 ч.
- После 2-х дней, перевод в раствор 30% сахарозы добавляют к 4% параформальдегида в PBS при 4 ° С.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Для того, чтобы оценить эффект супер вмешательства, мы должны смотреть на эффекты каждого из составляющих его элементов - WR и ЕС - на наших мер, представляющих интерес. Цифры от 1 до 3 (ниже) появилась в предыдущей публикации , использующей эту парадигму 8. Рисунок 4 появился в докторской диссертации 36. Эти данные иллюстрируют влияние WR-ЕС на гиппокампе взрослого нейрогенеза в зубчатой извилине. Все графики иллюстрируют средства группы, с Столбики ошибок указывает на единую стандартную ошибку от среднего значения. На рисунке 1 показано увеличение пролиферации клеток после ВВ части нашего вмешательства, что свидетельствует о том , что компонент WR является робастно способен увеличивать клеточную пролиферацию в DG гиппокампа у нормально развивающихся, ранней жизни стресс, и спиртовые подвергшихся воздействию животных. фигура 2демонстрирует способность ЕС увеличить выживаемость взрослых генерироваться клеток в DG у животных, которых подвергали воздействию либо стресса или спиртом неонатально. Рисунок 3 демонстрирует увеличение клеток , которые дифференцируются в нейрональные фенотип, указывая , что WR-ЕС может увеличить пролиферацию и выживание клеток зернистых зубчатую извилину взрослых происхождения у животных, испытывающих неонатальной воздействие алкоголя или интубации стресс, вовлекая его в качестве терапевтического средства для дефицит спасения в гиппокампе взрослого нейрогенеза. И, наконец, на рисунке 4 , подтверждает эффект WR-ЕС на дендритных пластичности: длина даблкортин-положительных дендритов зернистых клеток зубчатой извилины "у крыс АЭ больше не отличается от контроля. Содержание алкоголя в крови (BAC) на PD 4 была 321,19 ± 14,03 мг / дл (среднее значение ± SEM), что сравнимо с другими исследованиями с использованием этой парадигмы экспозиции 28, 37. Предыдущие исследования показали, что животнымпересекают эти группы лечения не отличаются расстояния , запущенным в WR 15.
Рисунок 1. WR Надёжная Увеличивает пролиферацию клеток в гиппокампе DG. Микрофотографии иллюстрируют различия в клеточной пролиферации в DG на PD42 (прекращение WR) , как метят Бромо-дезоксиуридина (BrdU) в AE животных следующие WR (A) и социального жилья (B). WR робастно увеличивает клеточные пролифераций независимо от неонатального лечения (С). Двусторонний ANOVA выявил главный эффект жилищного условия (WR vs. SH) (F 1,40 = 19,703, р <0,001), в то время как никаких существенных основной эффект послеродового лечения (SC против. SI VS. AE) или взаимодействия между этими двумя факторами наблюдались. Почтовые сравнения были проведены специальные в качестве тестов Тьюки. Все значения представиотправлено среднее ± стандартная ошибка среднего (SEM). * Р <0,05, #p <0,01. Эта цифра была воспроизведена из Гамильтона и др. 2012 8. Пожалуйста , нажмите здесь , чтобы посмотреть увеличенную версию этой фигуры.
Рисунок 2. WR Вслед за ЕС выручает дефициты в клеточной жизни после неонатальной Спирт Exposure или Sham стресса. Микрофотографии иллюстрируют различия в клетках , меченных BrdU в AE животных от WR-EC (A) и социальных условий размещались (В) , которым инъецировали BrdU на pd41. Социально размещались животные продемонстрировали снижение после воздействия алкоголя по отношению к сосут управления. Животные, совершающего superintervention дисплея увеличился уровень выживаемости WR-EC клеток пролиферирующих после PD41 в обоих СИ и АЕ групп (С). Двусторонний ANOVA выявил главный эффект жилищного условия (WR vs. SH) (F 1,29 = 11,402, р <0,01) и значительное взаимодействие между послеродового лечения и жилищного условия (F 1,29 = 3.870, р < 0,05), в то время как не наблюдалось значительное Основной эффект постнатального лечения (СК против СИ против АЕ). Одностороннее ANOVA в SH животных выявили главный эффект послеродового лечения (F 1,19 = 3.727, p <0,05) , тогда как одностороннего ANOVA в WREC животных не было выявлено никаких существенных различий между послеродовых процедур. Почтовые сравнения были проведены специальные в качестве тестов Тьюки. Все значения представляют собой среднее ± SEM. * Р <0,05, #p <0,01. Эта цифра была воспроизведена из Гамильтона и др. 2012 8. Пожалуйста , нажмите здесь , чтобы посмотреть увеличенную версию этого FIGUчисло рейнольдса
Рисунок 3. WR-EC выручает дефициты нейрогенеза После неонатальной Спирт Exposure или Sham стресса. Со-локализация BrdU (зеленый) и выражение NeuN (красный) в гиппокампе зернистых клеток. Флуоресцентные конфокальной изображения были получены следующие иммуногистохимические процедуры. BrdU вводили на pd41 ткани собирали на PD72. Оба BrdU и NeuN наблюдались в DG (А, В). Хотя SC животных не показали значительное увеличение числа пролиферирующих нейронов, как AE и SI животных показали увеличение нейрогенеза (как обозначено двойной маркировки с BrdU и NeuN) после парадигмы WR-ЕС по сравнению с социально размещались животные (C) , Двусторонний ANOVA выявил главный эффект жилищного условия (WR vs. SH) (F 1,28 = 20,48, р <0,001), в то время как без существенного главного EFFEнаблюдались кт послеродового лечения (SC против SI против AE) или взаимодействие между этими двумя факторами. Почтовые сравнения были проведены специальные в качестве тестов Тьюки. Все значения представляют собой среднее ± SEM. * Р <0,05, #p <0,01. Эта цифра была воспроизведена из Гамильтона и др. 2012 8. Пожалуйста , нажмите здесь , чтобы посмотреть увеличенную версию этой фигуры.
Рисунок 4. WR-EC выручает дефициты в дендритных сложности гиппокампа DG гранула клеток. Sholl анализ дендритных пересечений иллюстрируют мелиоративных эффекты WR-ЭК на дендритных сложности в зубчатую извилину взрослых крыс после неонатального воздействия алкоголя. В условиях социального жилья, AE животные имеют пониженную количество DG ЗК дендритные перекрестки по сравнению с контрольными животными (а). Жилье в WREC увеличивает количество пересечений в АЭ животных по отношению к социально размещались управления (б). AE животных , выращенных в нашей парадигме WREC отображать одинаковое число пересечений по сравнению с контрольными животными размещены в WREC (с). Повторяемых измерений ANOVA, были выполнены по данным в каждом графике. Экспертная группа демонстрирует главный эффект послеродового лечения (F 1,11 = 6,265, р = 0,029). Группа б демонстрирует тенденцию к основному эффекту между жилищных условий (F 1,6 = 4,181, р = 0,087). Панель с не демонстрирует никаких существенных различий между КА и АЕ животных в пределах состояния жилищного WREC. Все почтовые сравнения были проведены специальные в качестве тестов Тьюки. Все значения представляют собой среднее ± SEM. ^ Р <0,01, * р <0,05. Эта цифра была воспроизведена из Гамильтона, 2012 36.пг "целевых =" _blank "> Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть увеличенную версию этой фигуры.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
В приведенном выше протоколе мы продемонстрировали целесообразное вмешательство, чтобы спасти нейроанатомических дефицита после неонатального воздействия алкоголя. Это вмешательство может быть использовано в качестве терапевтического средства в других моделях на животных из-за устойчивости каждого из компонентов вмешательства. Добровольные сердечно - сосудистую активность в виде WR Было показано , что на пользу несколько поведенческих результатов 38, 39 и индуцируют функциональные пластические изменения в областях мозга , таких как гиппокамп (обзор 40). Это отчасти из - за экспрессии факторов роста и других механизмов нейропротекторное в паренхиме головного мозга у обоих грызунов и человека 21, 41. Дополняющий эти эффекты, ЕС может индуцировать полезный клеточный 6, 11, 42, 43, Структурные 2 и фармакологическая 12, 44 изменения у грызунов.
Для того, чтобы WR, чтобы быть максимально эффективным в этой конкретной модели человеческого синдрома, крайне важно для животных, чтобы иметь добровольный доступ к функциональным ходовое колесо; ежедневный доступ колесо должно продолжаться в течение длительного периода времени , по меньшей мере , 45 10-12 ч в день, предпочтительно 24 ч (сообщалось некоторые неблагоприятные последствия выхода из запущенной колеса). Эта парадигма WR длится в течение 12 дней, чтобы обеспечить сочетание WR и ЕС, чтобы вписаться в подростковом и юношеском возрасте. Продолжительность, возраст на момент облучения, и модальность упражнений (среди других факторов) могут повлиять на эффективность физических упражнений в качестве терапевтического вмешательства 46, и такие важные факторы следует учитывать при планировании реализации данного протокола или какой - либо другой парадигмы WREC. Ключевым компонентом этой парадигмы ЕС является неVelty из множества объектов в окружающую среду и социального взаимодействия (обзор в 14, 47). Поэтому, очень важно для элементов в этой парадигмы, чтобы заменить каждые 48 ч. Исходя из необходимости для нескольких элементов, взаимодействие с деталями и их разведки и социального взаимодействия, мы находим, что наше количество уникальных предметов, частота замены элемента, а число клетки товарищей достаточно, чтобы вызвать результаты лечения на нейроанатомической мер что мы оцениваем. Мы обнаружили, что непрерывное воздействие в течение 30 дней является более подходящим для преодоления дефицита, вызванных неонатального воздействия алкоголя, чем ограниченное взаимодействие экспозиции к новой среде.
Целью данного протокола является внедрение парадигмы WREC, что касается как сердечно-сосудистые упражнения и компоненты окружающей среды новизна пластического вмешательства. По этой причине, мы обратимся к модификации, которые могут быть сделаны к paradigм, но предостерег бы использование модификаций, которые могут изменить способы, которыми животные взаимодействуют в рамках парадигмы, а также экспериментальных выводов, которые можно сделать. Одним из возможных изменение было бы введение ходовых колес в среде EC. При этом, было бы трудно определить относительный вклад каждого компонента. Было бы дополнительно быть трудно гарантировать, что все животные участвуют в обоих компонентах WR и компонентов ЕС парадигмы в качестве корпуса 8 - 10 животных вместе требуется для ЕС. Однако, поскольку долгосрочный доступ к физических упражнений имеет решающее значение в эффективности этого вмешательства 45, дальнейшие исследования могут обратиться оптимальное соотношение WR доступа к доступу ЕС (хотя методы в этом протоколе показали надежные нейроанатомических и поведенческие последствия 8, 33) , Изменения отдельных элементов, используемых в среде EC являются приемлемыми, но Criticaл для элементов , чтобы быть интересным, сложным, роман, стимулирующее и часто обновляется 14.
Эта парадигма действительно содержит несколько врожденных ограничений в наших руках, которые следует учитывать при планировании реализации этого "супер вмешательства". Одно ограничение на WR составляющей парадигмы является невозможность оценить расстояние в ведении отдельных животных. Одним из очевидных и простых решений было бы ИЖС животных во время WR компонента. Тем не менее, необходимо подчеркнуть , что индивидуальное жилье получила широкое признание как вредные для животных и даже могут непосредственно противодействовать благотворное воздействие колеса хода 48. Дополнительный вариант (хотя отнимает много времени и несовершенный) будет видеозаписью приработки колеса во все времена, что животные имеют доступ. Для этого потребуется уникальный идентификатор для каждого животного в клетке (например, покраска уникальные цвета или ПаттеRNS на шерсти каждого животного) 49. Эта техника будет по-прежнему подвергаться путает многочисленных животных, использующих колесо одновременно. Аналогичная трудность несет в ЕС, где становится трудно ограничить пищу отдельных животных (без ограничения периода времени потребления пищи). Для уменьшения влияния этого, мы рекомендовали бы жилье в ЕС в течение полных 30 дней с последующим немедленным парадигме ограничения пищи. Расширенные количество времени из ЕС может ингибировать индуцированные пластичностью, что происходит во время этой парадигмы.
Как уже упоминалось ранее, важность этой статьи состоит в том, чтобы обеспечить последовательную характеристику парадигмы ЕС и ее реализации следующие сердечно-сосудистые упражнения в виде WR. Предыдущие парадигм ЕС выставили животных на жилое помещение EC без воздействия WR 12, 50, WR внутри клетки EC в течение более короткого промежутка времени 51или с меньшим количеством животных 52 или животных подвергали воздействию окружающей среды ЕС в течение более длительного периода времени с менее частой сменой каркасных элементов 13. Вполне вероятно, что благоприятные эффекты ЕС требуют от индуцированной пластичностью WR в соответствующем временном окне времени, чтобы показать долгосрочную выгоду. Таким образом, мы считаем, что соединение WR и ЕС в течение 12 и 30 дней соответственно позволяет максимально выгодной и краткой интервенции.
На данный момент, использование этой модели было ограничено подросткового и раннего периодов времени для взрослых. Дальнейшее изучение устойчивости этого вмешательства на разных этапах, а также онтогенеза neuroplastic выгоды должны быть рассмотрены далее в будущем. Кроме того, использование различных дефицитов развития значительно рекомендуется, так как это поможет в разработке эффективных терапевтических вмешательств для людей, страдающих такими расстройствами. Предыдущая литература деmonstrated независимые эффекты WR или ЕС на взрослого нейрогенеза, обучения и памяти, или тревоги типа поведения в генетической модели мыши тревоги 53. Надежность этих двух вмешательств и синергетический эффект ЕС для поддержания краткосрочных эффектов повышенных WR-индуцированной выгоды (т.е. гиппокампа пролиферации клеток и нейрогенез) делает вполне готова к интеграции в разнообразных научных вопросов.
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).
