Die Beurteilung räumliches Lernen und Gedächtnis in Klein squamate Reptilien

Zusammenfassung

Dieser Artikel beschreibt eine Modifikation des Barnes-Labyrinths, eines Standard-Nagetierparadigmas, das zur Bewertung des räumlichen Gedächtnisses und des Lernens verwendet wird, für den Einsatz bei kleinen Schuppenreptilien.

Zusammenfassung

Die klinische Forschung hat eine Vielzahl von Paradigmen Leveraged kognitiven Fähigkeiten zu beurteilen, häufig räumliches Lernen und Gedächtnis Fähigkeiten abzielen. Allerdings ist das Interesse in den kognitiven Prozessen von nonmodel Spezies, in der Regel in einem ökologischen Kontext hat auch ein aufstrebender Bereich der Studie werden. Insbesondere das Interesse an den kognitiven Prozessen bei Reptilien wächst, obwohl experimentelle Untersuchungen zur Reptilien- Erkenntnis spärlich sind. Die wenigen Studien, die reptilien für räumliches Lernen und Gedächtnis experimentell getestet haben, haben Nagetier Paradigmen für den Einsatz in Reptilien modifiziert verwendet. Allerdings ökologisch wichtige Aspekte der Physiologie und Verhalten dieser taxonomischen Gruppe muss berücksichtigt werden, wenn für raumbezogene Erkenntnis zu testen. Hier beschreiben wir Änderungen des Trockenen Barnes Labyrinth und die damit verbundenen Testprotokoll, das die Leistung verbessern kann, wenn für räumliches Lernen und Gedächtnis Fähigkeit, in kleinen squamate Reptilien Sondieren. Das beschriebene Paradigma und Proverfahren wurden erfolgreich mit männlichen Seite-blotched Eidechsen (Uta stansburiana) verwendet, was zeigt , dass räumliches Lernen und Gedächtnis kann mit einem ökologisch relevanten Gerät und Protokoll in dieser taxonomischen Gruppe beurteilt werden.

Einleitung

Viele neurodegenerative Erkrankungen wie Alzheimer Gegenwart mit einer fortschreitenden Abnahme der kognitiven Fähigkeiten, in der Regel mit dem Abbau des Gehirns ^1-4 gleichzeitige. Um zu testen, um den Einfluss der Hirnschädigung und Abbau auf kognitive Prozesse, hat die klinische Forschung, die Vorteile des Modells Nagetieren genutzt und Standardisierung der Testvorrichtung und Protokoll. Insbesondere haben die räumliche Lern- und Gedächtnisprozesse über mehrere Standard Paradigmen wie der Morris - Wasserlabyrinth bewertet worden, Barnes Labyrinth und radialen Arm Labyrinth (für eine umfassende Überprüfung dieser und anderer Paradigmen, siehe ^5,6). Die reiche Geschichte dieser räumlichen Lernen und Gedächtnis Paradigmen hat recht erfolgreich erwiesen, so dass die Forscher viele der Facetten und Nuancen der Beziehung zwischen menschlichen Gedächtnis, Gehirnfunktion und Krankheit zu verstehen.

Während Beurteilung der kognitiven Prozesse hat in der klinischen Forschung untersucht worden zu beendene einige Zeit, die Forschung auf die kognitiven Fähigkeiten von nonmodel Spezies gerichtet ist relativ neu. Forscher Kognition in nonmodel Arten zu studieren sind in der Regel interessieren sich für die ökologische und evolutionäre Bedeutung von kognitiven Prozessen, insbesondere im Zusammenhang mit Überleben und ihre Vermehrung. Einige Studien in Reptilien haben vorgeschlagen, dass fortgeschrittenen kognitiven Fähigkeiten, insbesondere das räumliche Gedächtnis, einige Verhaltensweisen zugrunde liegen können, insbesondere in Bezug auf Navigation und Orientierung. Doch während viele Studien gezeigt haben , dass Reptilien nach Verdrängung ^7,8, die kognitiven Mechanismen Verhalten haben zugrunde liegenden Umorientierung umorientieren kann noch nicht gehänselt auseinander. Aus diesem Grund haben einige Studien versucht experimentell während der Navigation ^9-17 die Bedeutung der räumlichen Lernen und Gedächtnis zu bewerten. Die Methodik in diesen Studien werden vor allem nach dem Nagetier Paradigmen und Protokolle modelliert, manchmal in Reptilien geändert für den Einsatz, aber diese Studienbei der Beurteilung des räumlichen Gedächtnisses haben unterschiedlichem Erfolg hatte. Einige Studien haben gezeigt , räumliches Lernen und Gedächtnis in einigen Arten ^11-17 , während andere Studien keinen Beweis für eine solche ^9,10 gefunden. Somit ist die Rolle oder das Vorhandensein von räumlichen Lernen und Gedächtnis bei der Navigation in Reptilien noch unklar.

Ein Problem, das problematisch sein kann, wenn experimentell räumliches Lernen und Gedächtnis bei Reptilien Bewertung ist die ökologische Relevanz der Aufgabe. Reptilien sind eine spezielle taxonomischen Gruppe ganz verschieden von Nagetieren, große Variation in den Bereichen Ökologie, Verhalten zeigen und Physiologie. Die Unterschiede im Verhalten über Reptilien-Spezies könnte möglicherweise Beurteilung der räumlichen kognitiven Fähigkeiten auswirken, insbesondere wenn das Paradigma nicht tippen in ein natürliches Verhalten verwendet. Zum Beispiel in einer Spezies, die Zuflucht der Regel in kleinen Spalten sucht, räumliche Fähigkeiten leicht beurteilt werden kann, kein Barnes Labyrinth während dieses Labyrinth verwendet, kann die ideale Wahl sein Paradigmain einer Art, die typischerweise unbeweglich bleibt. Ebenso sind die meisten squamate Reptilien sind nicht Wasser und damit das Wasserlabyrinth Morris kann nicht die richtige Wahl für die Prüfung räumliches Lernen und Gedächtnis sein (siehe jedoch ^15); jedoch kann dieses Labyrinth zu einer idealen Wahl für die Prüfung räumliche Fähigkeiten in Schildkröten ¹⁶ Jahre alt sein. Schließlich muss die Physiologie dieser Gruppe berücksichtigt werden, wie Reptilien ectothermic und die richtige Temperatur Wartung sind, insbesondere des Substrats, müssen während des Prüfvorgangs berücksichtigt werden.

Das Protokoll und Paradigma hier vorgestellt wurden verwendet für räumliches Lernen und Gedächtnis in der Erwachsenenneben gestromt Eidechsen (Uta stansburiana) ^13, eine kleine Eidechse zu sondieren , die typischerweise flieht vor Räubern in kleine Spalten in den Felsen ^18. Das Wissen um diesen Aspekt der Naturgeschichte und Verhalten der Art, verwendeten wir eine Modifikation des traditionellen Barnes Labyrinth für räumliches Lernen und Gedächtnis zu testen. Die Barnes Labyrinth isa trocken Land Labyrinth und in der Regel zum Testen von Raumkognition in Nagetiermodellen verwendet. Wir modifizierten unsere maze auf verschiedene Weise aus dem Nagetier maze, in Design und Protokoll (unten beschrieben). Unser Labyrinth bestand aus einer kreisförmigen Plattform mit 10 Löchern äquidistant voneinander entlang des Umfangs der Plattform (Abbildung 1). Das hier beschriebene Protokoll beinhaltet ein Thema in der Ausbildung Studien teilnahmen, die Position eines Ziel-Loch zu lernen, dann, wenn das Thema die Position des Ziel Loch lernt, wird eine Sonde Versuch zu ermitteln, das räumliche Gedächtnis Verwendung während der Navigation zum Ziel verwendet.

Protokoll

und eingehalten werden alle lokalen, staatlichen und bundesstaatlichen Vorschriften: - (43242-Protokoll-ID IACUC) Alle Verfahren wurden von der Penn State University Institutional Animal Care und Use Committee genehmigt.

1. Vorbereitung

1. Erwerb oder den Bau der Barnes Labyrinth, sicherzustellen, dass Ziel Löcher in geeigneter Weise für die Spezies von Interesse bemessen sind. Für dieses Protokoll verwenden sieben erwachsenen Neben gestromt Eidechsen (Uta stansburiana). Bestimmen Sie eine angemessene Stichprobengröße für Studien mit anderen Arten.
   1. Wenn das Barnes Labyrinth Bau, den Kauf eines Standard, nicht porösen runden Tisch (106 cm im Durchmesser), erhöhte 76,2 cm aus dem Boden.
   2. Verwendung einer Maßband, markieren 10 äquidistante Punkte im Abstand 26 cm voneinander entfernt um den Umfang des Tisches und 6,35 cm von der Kante des Tisches. Verwenden Sie 10 Löcher während Nagetier Labyrinthe der Regel mehr Löcher haben. Dies ermöglicht es für eine Verringerung der Zahl der Fluchtmöglichkeiten.
   3. Mit einer Lochsäge Bit (2,54cm im Durchmesser), bohren alle scharfen Kanten alle 10 Löcher Ziel und Sand aus.
   4. Montieren Sie vier Regalhalteklammern unter jedem Loch mit Schrauben, mit einem Heim-Gehäuse als Leitfaden für die Dimensionen.
2. Legen Sie das Labyrinth in einem ruhigen Raum mit hellen Deckenbeleuchtung und räumliche Hinweise für die Navigation (Türen, Schränke, etc.).
3. Montieren Sie einen Autofokus, Weitwinkelobjektiv Webcam (11,3 cm x 3,99 cm) oder andere geeignete Kamera direkt über dem Labyrinth. Stellen Sie sicher, dass das Sichtfeld von der Video-Feed das gesamte Labyrinth umfasst.
4. Stellen Sie den Computer und Beobachter Stuhl mindestens 1 m aus dem Labyrinth.
5. Markieren Sie die Beine des Labyrinths auf dem Boden mit einem Permanent-Marker oder Band. Dies erlaubt eine Korrektur von jeder winzigen Bewegung des Labyrinths im Laufe der Versuche.
6. Zufällig eines der Löcher zuweisen als "1" und die Anzahl der anderen Löcher nacheinander durch "10". Mit einem Permanent-Marker, schreiben Zahlen auf der Seite der Außendes Labyrinths Bezug zu erleichtern. Stellen Sie sicher, dass die Zahlen an ein Tier innerhalb des Labyrinths nicht sichtbar sind.
7. zuweisen zufalls Ziel Löcher den Subjekten einen Zufallszahlengenerator verwendet wird.

2. Training Trials

HINWEIS: Reptilien haben eine bevorzugte Körpertemperatur, die aus der Literatur erhalten werden können. Wenn Tiere träge über mehrere Trainingsversuche werden, kann das Labyrinth zu kühl sein, und dieses Verhalten beeinflussen können. Eine kleine Raumheizung oder Wärme-Band auf der Unterseite des Labyrinths können ausreichend Labyrinth Oberflächentemperatur zu erhöhen, die beste thermische Anzeige der Körpertemperatur, optimale Körpertemperatur und Verhaltensleistung aufrecht zu erhalten.

1. Wenn Themen außerhalb des Testraum untergebracht sind, bringen Tiere in ihrer Heimat Gehäuse in den Raum mindestens 30 min vor dem Test. Seien Sie sicher , Wärme in Home Gehäuse zur Verfügung zu stellen (zB Wärmelampen, Wärme - Band), um die Körpertemperatur vor dem Testen zu erhalten.
   1. Öffnen Sie Tracking-Software und Webcam-Anwendung für die Video-Feed. Die individuelle Tracking-Software wurde für Matlab und der Bildverarbeitung Toolbox geschrieben; andere Tracking-Software ist im Handel erhältlich.
   2. Werten Sie das Sichtfeld von der Video-Feed. Wenn das Labyrinth nicht im Sichtfeld ist, prüfen Sie, dass das Labyrinth innerhalb der Markierungen auf dem Boden ist.
   3. Öffnen Sie das Arbeitsblatt mit Informationen über das Datum, Start- / Endzeit der Ausbildung Studien Subjekt-ID, zugeordnet Ziel Loch, Anzahl der Trainingsversuche laufen, Notizen und Beobachter Initialen.
   4. In zufälliger Reihenfolge, in der getestet werden Themen. Die Testpersonen in systematischer Weise.
2. Entfernen Sie den ersten Gegenstand aus seinem Käfig und sanft das Motiv in der Mitte des Labyrinths platzieren. Legen Sie eine Plastikwanne über das Tier; tun verhindert so bewusstlos Orientierung Bias des Forschers. Lassen Sie 30 s zu akklimatisieren.
3. Montieren Sie den Käfig des Tieres unter dem Labyrinth, direkt unterhalb der alsunterzeichnet Ziel Loch, durch die Oberseite des Gehäuses in die peg Halterungen schieben. Seien Sie sicher, dass der Riesenhai Rock im Käfig direkt unter dem Loch, das als ein Barsch dienen wird, wenn das Tier in das Loch hinab. An diesem Punkt ist die Verwendung von thermischen oder chemischen Signale von der Heimat-Gehäuse zur Verwendung in Navigations ist irrelevant.
   1. Nagetier Labyrinthe mit einem sauberen Gehäuse als eine Flucht für das Thema. Allerdings fördern den Eintritt in das Loch während der Prozesse der Ausbildung durch das Tier zu Hause Gehäuse unter dem Labyrinth Montage.
4. Entfernen Sie vorsichtig von oben aus dem Labyrinth der Plastikwanne.
5. Beginn des Trainings-Studie mit dem Webcam-Anwendung aufnehmen.
   1. Lassen Sie das Thema, das Labyrinth für 10 min zu erkunden. Wenn etwas atypisch auftritt, beachten Sie dies in dem Arbeitsblatt.
   2. Wenn das Motiv fällt oder die Tabelle abläuft, kehren Sie sanft das Thema in die Mitte des Labyrinths. Weiterhin Zeitpunkt und Aufzeichnung, wenn das Tier aus dem Labyrinth für 30 s oder weniger beträgt.Wenn sich das Motiv aus dem Labyrinth für mehr als 30 s ist, brechen die Studie. Notieren Sie sich diese Informationen im Anhang Abschnitt der Arbeitsmappe.
   3. Wenn sich das Motiv dem Ziel Loch versinkt ohne fremde Hilfe, betrachten den Prozess als über zu dieser Zeit.
   4. Wenn sich das Motiv nicht in das Ziel-Loch hinabsteigen, sollten Sie den Prozess als über nach 10 Minuten vergangen sind.
6. Wenn sich das Motiv in das Ziel Loch nicht nach 10 min Abstieg, mit der Hand sanft das Tier führen, Kopf zuerst in das entsprechende Ziel Loch.
7. Stoppen Sie die Video und Tracking-Software. Speichern Sie Videomaterial.
8. Lassen Sie das Thema für mindestens 2 min in seinem Heimat Gehäuse ruhen, während das Gehäuse noch unter dem Labyrinth montiert ist.
9. Mit Hilfe einer Sprühflasche und Papiertücher, reinigen Sie die Spitze des Labyrinths mit einer verdünnten Seifenmischung von 1:10 Seife zu Wasser. Dadurch wird die Verwendung von chemischen Signale ausschließt, wenn das Labyrinth zu navigieren. Einige Arten, insbesondere solche, die starke Nutzung von chemosensorischen Informationen zu bieten, erforsitate zusätzliches Spülen des Labyrinths mit heißem Wasser alle Duft Hinweise zu beseitigen.
10. Entfernen Sie das Gehäuse unter dem Labyrinth und entweder die Trainingsversuch mit der gleichen Person oder eines neuen Individuums wiederholen. Jedes Thema kann in bis zu 5 Trainingsversuche pro Tag durchgeführt werden, mit 30 Minuten Intervall zwischen einer individuellen Studien.
11. Wiederholen Sie diesen Vorgang, bis ein Gegenstand in das Ziel Loch absteigt ohne fremde Hilfe, in 3 verschiedenen Trainings Studien, was darauf hinweist, dass das Lernen des Ziels Lage aufgetreten ist. Die drei Trainingsversuche müssen nicht aufeinander folgen. Wenn ein Thema das Kriterium erreicht, bewegt sich der Gegenstand an der Sonde Versuch, um das räumliche Gedächtnis zu bewerten.

3. Probe Trials

HINWEIS: Sobald ein Thema Kriterium erreicht, hat das Thema gelernt, wie man zum Ziel zu navigieren. Doch zu diesem Zeitpunkt ist es noch unklar, ob der Gegenstand mit einer räumlichen Strategie oder eine andere Navigationsstrategie navigieren. Probe-Studies Test für dieses und sollte den Tag durchgeführt werden, nachdem das Thema Kriterium in den Trainings Studien erreicht.

1. Drehen Sie das Labyrinth 180 °, sicherzustellen, dass die Beine des Labyrinths innerhalb der Markierungen auf dem Boden sind. Rotation des Labyrinths können für lokale Signale, die direkt das Ziel identifizieren, in direktem Widerspruch zu den stabileren räumliche Hinweise zu sein.
2. Wiederholen Sie die Schritte 2.1 - 2.5.2, Schritt Weglassen 2.3 des Subjekts zu Hause Gehäuse unter dem Labyrinth Montage. Dadurch schließt so die Verwendung von Geruchs oder andere Signale aus dem Gehäuse nach Hause während Labyrinth Exploration ausgeht.
3. Während Sonde Studien sind Themen frei, die Labyrinth für die vollen 10 Minuten zu erkunden Erkundungsverhalten zu beurteilen. Nach 10 min, Video- und Tracking-Software zu stoppen.
4. Entfernen Sie das Thema aus dem Labyrinth und sie wieder in ihre Heimat Käfig.
5. Reinigen Sie die Spitze des Labyrinths mit der verdünnten Seifenmischung.

4. Verhaltensmaßnahmen

HINWEIS: Für das Training trials beinhalten Verhaltensmaßnahmen wie Latenz am Ziel Loch zu gelangen, die Anzahl der Fehler (Untersuchung eines nongoal Loch; die Schnauze des Tieres innerhalb von 1 cm des Loches sein muss), und der Anteil der Zeit, in der richtigen Quadranten des verbrauchten Matze.

1. Für die Ausbildung Studien bestimmen eine Suchstrategie. Eine direkte Strategie wird als absteigend in das Ziel-Loch definiert mit weniger als 3 Fehler. Eine serielle Strategie ist Prüfung von 3 oder mehr aufeinanderfolgende maze Löchern entlang des Umfangs des Labyrinths. Eine zufällige Strategie ist nicht serielle Prüfung von maze Löcher mit 3 oder mehr Fehler.
   HINWEIS: Für die Sonde Studien Verhaltensmaßnahmen Latenz sind an der räumlich richtigen Loch zu gelangen, die Anzahl der Fehler, bevor die räumlich korrekte Loch, und der Anteil der Zeitaufwand in der räumlich richtigen Quadranten des Labyrinths zu untersuchen.
2. Für eine strengere Bewertung der nicht-zufällige Wahl des räumlich korrekten Ziel Loch, beschäftigen Probenahme ohne Ersatz bei der BerechnungChance Rate.

Ergebnisse

Dieses Protokoll ermöglicht die experimentelle Bestimmung der räumlich basierte Navigation in kleinen Eidechsen. Eine frühere Studie erfolgreich verwendet dieses Protokoll für die räumliche Navigation in der männlichen Seite-blotched Eidechsen Sonde ^13. In diesem speziellen Studie waren Männer geschult, um ein Ziel Loch zu navigieren, und sobald Kriterium erreicht wurde, Fortschritte in eine Sonde Studie die Hinweise priorisiert zu beurteilen, wenn sie auf ein Ziel Loch navigi...

Diskussion

Wenn experimentell für räumliches Lernen und Gedächtnis zu testen, gibt es einige wichtige konzeptionelle Probleme, die in einigen der wichtigsten Schritte in dem Protokoll angesprochen werden. Zunächst müssen Probanden zeigen, dass sie die Position des Ziel Loch im Laufe der Trainings Studien lernen. die vorgegebene Kriterium Erreichen zeigt, dass das Lernen des Ziels Lochposition aufgetreten ist. Wenn Probanden nicht die Position des Ziel-Loch zu lernen, gibt es keinen gangbaren Weg, um dann eine Navigationsstrategie ...

Materialien

Liste der in diesem Artikel verwendeten Materialien

Name	Unternehmen	Katalognummer	Kommentare
Barnes Labyrinth	TSE Systems	302050-BM/M	Erhältlich von anderen Anbietern. Alternativ kann ein Barnes-Labyrinth aus einem standardmäßigen, nicht porösen runden Tisch aufgebaut werden.
Wärmeband	Big Apple Pet Supply		Kann auch eine kleine Raumheizung verwenden, die sich auf dem Boden unter dem Labyrinth befindet.
Haustierhalter für Kleintiere	Petco	1230204	Gehäusegehäuse, das unter dem Labyrinth montiert werden kann.
Vernickelte Regalstützheringe	Newegg	241941	Heringe an der Unterseite des Labyrinths befestigt. Sichert das Gehäuse am Labyrinth während der Versuche.
LifeCam Studio Webcam	Microsoft	Q2F-00013	Erhältlich bei anderen Anbietern. Es können auch Webcams anderer Marken verwendet werden.
Tracking-Software	Speziell für Matlab und die		geschriebener Code. Andere Tracking-Software wie z.B. VideoMot 2 von TSE Systems kann verwendet werden.