Summary
学習と記憶は、発達障害、疾患依存性、または環境に依存する認知障害の研究において強力な指標です。ほとんどの認知評価には、特殊な機器と広範な時間のコミットメントが必要です。しかし、シャトルボックスアッセイは、従来のゲルボックスを利用して、成体ゼブラフィッシュ認知の迅速かつ信頼性の高い評価を行う自動調整学習ツールです。
Abstract
学習障害や記憶障害を含む認知障害は、様々な発達および加齢性神経変性疾患および外傷性脳損傷(TBI)の主要な症状である。ゼブラフィッシュは、開発中の透明性と神経外傷後の堅牢な再生能力のために重要な神経科学モデルです。ゼブラフィッシュには様々な認知テストが存在する一方で、迅速な認知評価のほとんどは非連想学習を調べる。同時に、連想学習アッセイは、多くの場合、数日または数週間を必要とします。ここでは、有害な刺激(感電)を利用し、必要な準備時間を最小限に抑える、迅速な連想学習試験について述べています。ここに示されるシャトルボックスのアッセイは、初心者の研究者にとって理想的で、最小限の機器を必要とします。我々は、TBIに続いて、このシャトルボックステストが認知障害と若いゼブラフィッシュから古いゼブラフィッシュへの回復を再現的に評価することを実証する。さらに、アッセイは即時または遅延メモリを調べるために適応可能である。我々は、単一のTBIと繰り返されるTBIイベントの両方が学習と即時記憶に悪影響を及ぼすが、遅延メモリではないことを示す。したがって、我々は、シャトルボックスアッセイが認知障害の進行と回復を再現的に追跡すると結論付ける。
Introduction
学習と記憶は、老化、神経変性疾患、または傷害のために起こる認知障害の指標として日常的に使用されています。外傷性脳損傷(TI)は、認知障害をもたらす最も一般的な傷害である。TISは、前頭側頭型認知症やパーキンソン病1、2などのいくつかの神経変性疾患との関連のために懸念が高まっている。さらに、一部のTBI患者において観察されたβ-アミロイド凝集の増加は、アルツハイマー病3,4の発症にも関連している可能性があることを示唆している。TISはしばしば鈍い力の外傷の結果であり、軽度の脳損傷(miTBI)が最も一般的である重度の範囲をまたがる。しかし、miTIsは短期間だけ軽度の認知障害を引き起こし、負傷した個人は通常完全に6回復するため、報告されず、誤診されることが多い。対照的に、miTBIイベントの繰り返しは、若年および中年の成人に非常に普及しており、時間7を経て蓄積し、認知発達を損なう可能性があり、中等度または重度のTBI8を経験する個人と同様に、神経変性疾患1、2、3、4、5を悪化させるため、懸念が高まっている。
ゼブラフィッシュ(Danio rerio)は、神経科学における様々なトピックを探索するための有用なモデルであり、中枢神経系9、10、11、12、13を通して失われたまたは損傷したニューロンを再生する能力を含む。神経再生は、後頭領域にアーキマリウムを含むテレンスファルンでも実証された。この神経解剖学的領域は海馬に類似しており、魚の認知とヒト14、15、16の短期記憶のために必要とされる可能性が高い。さらに、ゼブラフィッシュの挙動は、17を広範囲に特徴付け、カタログ化されている。学習は、驚くべき応答18への慣化を含む様々な技術を通じて研究されてきたが、これは短いブロックで行われ、急速な減衰時間19に注意を払って行われるときの非連想学習の急速な形態を表すことができる。Tボックス、プラス迷路、視覚差別20、21などの連想学習のより複雑なテストが使用されますが、多くの場合、時間がかかり、準備の数日または数週間を必要とし、浅瀬または肯定的な補強に依存しています。ここでは、連想学習と即時記憶または遅延メモリの両方を評価するための迅速なパラダイムについて説明します。このシャトルボックスアッセイは、鈍い力TBIに続く認知障害と回復を評価するために回避刺激および否定的な補強コンディショニングを使用する。我々は、損傷を受けていない対照成類のゼブラフィッシュ(8〜24ヶ月)が、観察者間で高い一貫性を持つシャトルボックス内の20回の試験(<20分の評価)以内に赤色光を避けることを再現的に学ぶことを実証する。さらに、シャトルボックスを使用すると、成人(生後8~24ヶ月)の学習能力と記憶能力が一貫しており、異なるTBIの重大な障害または繰り返しTBIの間に重大な障害を持つ認知をアッサングするのに有用であることを実証しています。さらに、この方法は、成人ゼブラフィッシュにおける認知の維持または回復に影響を与える幅広い疾患の進行または薬物介入の有効性を追跡するための指標として迅速に採用することができる。
ここでは、複雑な連想学習(セクション1)とメモリの両方を即時記憶と遅延記憶の両方で調べることができる迅速な認知評価の説明的概要を提供する。このパラダイムは、学習した連想認知タスク(セクション2)の短期記憶と長期記憶の評価を提供します。
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Protocol
ゼブラフィッシュは、フライマン生命科学センターのノートルダム・ゼブラフィッシュ施設で飼育されました。この原稿に記載されている方法は、ノートルダム大学動物のケアと使用委員会(動物福祉保証番号A3093-01)によって承認されました。
1. シャトルボックス学習パラダイム (図1A)
注: 学習パラダイムは、連想学習に関する認知の迅速な評価を提供します。
- 30.5 x 19 x 7.5 cmのゲルボックスを、45°の角度で両側に加えた5 x 19 cmのアクアリウムグレードのプレキシガラスで、シャトルボックスを準備します。魚がタンクの中央を横切ったときを評価するために、タンクの中間点を示す線を作ります(図1B)。
- シャトルボックスに800mLのシステム水を追加します。脱イオンRO水の1 Lにインスタントオーシャンの60mgを溶解することによって、この水を作ります。水をタンクの中央に5cmの深さに満たします。
注:28 °C毎時間または3魚をテストした後、新鮮なシステムの水に交換してください。 - シャトルボックスアッセイが行われる暗い部屋にある、システム水を含む保持タンクに2-3魚を置きます。
- 暗い部屋で、シャトルボックスの中央に1匹の魚を置き、蓋を固定し、電極を電源に取り付けます。
注: 部屋は順応およびテスト中にできるだけ暗いままにする必要があります。
- 暗い部屋で、シャトルボックスの中央に1匹の魚を置き、蓋を固定し、電極を電源に取り付けます。
- シャトルボックスに魚を15分間順応します。
注:調査官は、順応期間中に部屋に残るか、魚が調査官の存在に適応できるようにテストの前に十分な時間で静かに試験室に戻る必要があります。魚が自由にタンクを探索するときに成功した順応を考慮することができます。- 魚が探索できない場合は、さらに15分間順応を続けます。それでも魚がシャトルボックスに順応しない場合は、魚を取り除きます。この魚をテストに使用しないでください。
- 手作業で魚が占める側のゲルボックスの壁から、800ルーメンの赤いレンズ懐中電灯を2cmほど照らし、順応します。
注:魚がシャトルボックスの深い端近くの壁に対してプラチナワイヤーの隣で休んでいる場合は、試験を開始しないでください。 - 光刺激を魚に直接照らし、手動で魚の横運動に光を追って、刺激の継続的な可視化を確実にする(図1C)。次のいずれかの条件が満たされるまで、光刺激を提供し続けます。
- 魚が光暴露の15 s内のタンクの中間点を横切る場合は、成功したトレイルを考えてみましょう。魚が中間点を越えたら、すぐに光刺激を止める(図1D)。
- 魚が15 sで箱の中間点を越えない場合は、失敗したトレイルを考えてみましょう。この場合、電気泳動電源を使用して、負の衝撃刺激(20 mV:1 A)を交互に適用し、2 sのOn、2sのオフを15の期間(最大4つの衝撃)に、または魚が箱の中間点を通過するまで、その点で光と負の刺激の両方を終了させます。
- 魚は30のsのために休んで、ステップ(s)1.5-1.6.2を繰り返します。成功した試行(1.6.1)と失敗した試行(1.6.2)の順序を詳細に記録します。
注:ここでは、5回連続で成功した試験の完了として学習を定義しました。学習が実証されたら、魚はシャトルボックスから取り除かれ、人道的に安楽死させるべきです。
2. メモリパラダイム (図 1A)
注:このパラダイムは、学習した連想認知タスクの短期記憶と長期記憶の評価を提供します。
- トレーニング期間
- シャトルボックスに800mLのシステム水を追加します。脱イオンRO水の1 Lにインスタントオーシャンの60mgを溶解することによって、この水を作ります。水をタンクの中央に5cmの深さに満たします。
注:水は28 °C毎時、または3魚をテストした後、新鮮なシステムの水に置き換える必要があります。 - シャトルボックスアッセイが行われる暗い部屋に位置するシステム水を含む保持タンクに2-3魚を置きます。
- 暗い部屋で、シャトルボックスの中央に1匹の魚を置き、蓋を固定し、電極を電源に取り付けます。
注: 部屋は順応およびテスト中にできるだけ暗いままにする必要があります。 - シャトルボックスに魚を15分間順応します。
注:調査官は、順応期間中に部屋に残るか、魚が調査官の存在に適応できるようにテストする前に十分な時間で静かに試験室に戻る必要があります。魚が自由にタンクを探索しているときに正常な順応を決定します。 - 魚が探索できない場合は、さらに15分間順応を続けます。それでも魚がシャトルボックスに順応しない場合は、魚を取り除き、テストに使用しないでください。
- 順応が成功した後、手動で魚が占めているシャトルボックスの側に、ゲルボックス側壁から〜2cmの800ルーメン赤レンズ懐中電灯を照らします。
- 魚に直接光刺激を照らし、魚の刺激の継続的な可視化を確実にするために、光と魚の任意の横の動きに従ってください。
- 光が魚に輝いている間、同時に逆衝撃刺激(20 mV:1 A)交互に2 sオン、2 sオフ15 s(最大4つの衝撃)、または魚が箱の中間点を通過するまでを適用します。これが達成されたら、光と有害な刺激の両方を終了します。
注:魚が30 sのために休むことを許可し、25回の反復のためにステップ2.1.6-2.1.8を繰り返します(図1A)。
- シャトルボックスに800mLのシステム水を追加します。脱イオンRO水の1 Lにインスタントオーシャンの60mgを溶解することによって、この水を作ります。水をタンクの中央に5cmの深さに満たします。
- 初期テスト
- トレーニング期間の後、魚に15分の休息を許可します。シャトルボックスから取り外しないでください。この休止期間の直後に、各トライアルを厳密に合格/不合格として記録して、初期メモリ保持をテストします。
- 最大15 sの光刺激のみを適用し、次のように応答を記録します。
- 魚が光刺激を開始した後、15 s以内にシャトルボックスの中間点を横切る場合は、試験が成功したと考えてください。魚が中間点を越えたら、すぐに光刺激を止めます。
- 魚が光刺激を開始した後、シャトルボックス15sの中間点を越えない場合は、試行に失敗したと考えてください。15 sの後に光刺激を停止します。
注: 最初のテストでは、試行が失敗した後に、有害な刺激は適用されません。
- 試行の間に30の休息期間を持つステップ2.2.2を繰り返し、25回の試行で成功した試験(2.2.2.1)と失敗した試験(2.2.2.2)を記録します。この値は、各魚の個別参照として機能します。
- 即時記憶
- 初期検査期間の直後に好ましい損傷パラダイム(例えば、修正されたマルマルーの体重減少を用いた鈍力外傷)によって傷害を誘発する。簡単な識別のために個別に魚を家。初期のテスト値を記録し、動物施設に魚を返します。
注:魚は、前述の22のように鈍い力TBIによって負傷しました。 - 動物施設から2-3の損傷していないまたはTBI魚4時間を最初のテストおよび/または4時間の後の傷害(または問題の実験時間枠で)収集する。システムの水を含む個々のタンクで暗い部屋にすべての魚を保ちます。
- シャトルボックスの中央に魚を置き(1.1で説明したようにシステム水で準備)、一度に1匹の魚を配置し、蓋を固定します。電源を取り付け、魚を15分間順応させます。
- 順応後、最大15sの光刺激のみを適用して即時記憶(厳密に合格/不合格)を評価し、次のように応答を記録します。
- 魚が15のテスト期間内に箱の中間点を越えた場合、試験は成功したことを考えてみましょう。中間点を通過する際に光刺激を終了します。
- 魚が光刺激を開始する15のs以内に箱の中間点を越えない場合は、試行に失敗したと考えてください。15sの期間が終わった後に光刺激を終了します。
注:この傷害後のテストでは、失敗した試みの後に不利なショック刺激は適用されません。
- 試行の間に 30 の休息期間を持つステップ 2.3.4 を繰り返し、25 回の試行で成功した試行回数 (2.3.4.1) と失敗した試行回数 (2.3.4.2) を記録します。
- 式を使用して、最初のテスト期間への傷害後の成功した試験の割合差を計算します。
- 初期検査期間の直後に好ましい損傷パラダイム(例えば、修正されたマルマルーの体重減少を用いた鈍力外傷)によって傷害を誘発する。簡単な識別のために個別に魚を家。初期のテスト値を記録し、動物施設に魚を返します。
- 遅延メモリ
- 初期検査値を容易に識別および記録するために個別に収容された魚を、初期試験期間直後の動物施設に戻す。
- 最初のテストと怪我および/または遅延メモリテストの間に魚4日(または問題の実験的な時間枠)を許可します。
- 好ましい損傷パラダイム(鈍い力の外傷を誘発するために修正されたマルマルーの体重低下など)によって傷害を誘発する。初期の試験値を簡単に識別するために個別に魚を飼育し、動物施設に魚を戻します。
注:魚は、前述の22のように鈍い力TBIによって負傷しました。 - 動物施設から2-3の損傷していないまたはTBI魚4時間を最初のテストおよび/または4時間の後の傷害(または問題の実験時間枠で)収集する。
- すべての魚をシステムの水を含む個々のタンクの暗い部屋に保管し、シャトルボックスの中央に一つずつ(1.1で説明したようにシステム水で準備)、蓋を固定し、電源を取り付け、魚15分を順応させます。
- 順応後、最大15 sの光刺激のみを適用して即時メモリ(厳密に合格/不合格)を評価し、次の応答を記録します。
- 魚が15のテスト期間内に箱の中間点を越えた場合、成功したトレイルを考えてみましょう。中間点を通過する際に光刺激を終了します。
- 魚が光刺激を開始してから15s以内にボックスの中間点を越えない場合は、トレイルが失敗したと考え、光刺激を終了します。
注:この傷害後のテストでは、失敗した試みの後に不利なショック刺激は適用されません。
- 試行の間に 30 の休息期間を持つステップ 2.4.6 を繰り返し、25 回の試行で成功した試行 (2.4.6.1) と失敗した試行の数を記録します。
- 式を使用して最初のテスト期間に傷害後の成功した試験の割合差を計算します。
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Representative Results
プロトコルと概略図(図1)に概説されている学習パラダイムは、連想学習に関する認知の迅速な評価を提供します。さらに、このパラダイムは、5回連続陽性試験の反復および一貫した表示として学習を定義することによって、高いレベルのストリンジェンシーを有する。このパラダイムは、年齢や怪我の範囲にも適用されます。8ヶ月(ヤングアダルト)、18ヶ月(中年成人)、24ヶ月(高齢者)で損傷を受けていない魚は、赤信号を避ける行動を学ぶために同様の数の試験を必要としました(損傷なし8 m:15.28 4.92試験±、 18 m: 17.66 ± 5.5 トライアル, 24 m: 16.2 ± 4.79 トライアル, 8 m 対 18 m p=0.92, 8 m 対 24 m p=0.98, 18 m 対 24 m p=0.97、図 2A)。我々はまた、重度の鈍力外傷性脳損傷(sTBI)モデル22を利用し、異なる年齢の魚が傷害後1〜5日間にわたってアッセイを習得するために同様の数の試験を必要とすることを観察した(dpi;8 m vs 18 m,p=0.09,8 m vs 24 m,p=0.96,18 m vs 24 m,p=0.12,図2A)。sTBIに続く1日目には、すべての年齢の魚(8、18、 24 m)は、行動を学ぶために同様の数の試験を必要としました(8 m:73.3 ± 9.45試験、18 m:79.33 ±6.35試験、24 m:68.25 ±6.65試験、8 m対18 m p=0.71、8 m対24 m p=0.76、18 m=0.76、18 m28 m 28 m 28 m 28 m 28 m 28 m 28 m 28 m 28 m28 m28 m=28 m28 m=28 m.28 p=24 m.76,28 m28 m28 p=28 m28 m28 m28 m.28 p=24 m=28 m28 m 28 m=28 m.28 p=0.76,18 m=08 m 28 p=24 m28 m 28 m 28 m 28 m 28 m28 m28 m28 p=24 m.28 m=24 p=0.76, p2.0.76, p2.04 p=0.76, p24 m.28 m 28 m 28 m 28 m 28 m28 m 28 m2 図 2A)損傷を受けていないコントロール(p<0.01)よりも大幅に大きかった。総称して、これらのデータは、シャトルボックスが年齢範囲を越えて傷害誘発性認知障害を調べるために利用できることを示し、成人ゼブラフィッシュが鈍い力の傷害に続いて認知的に回復できることを示唆している。
繰り返しmiTBIイベントは認知機能を損なう可能性が高いため、繰り返しTBIを使用して用量依存性の進行を追跡するための指標としてシャトルボックスアッセイを使用しました。我々は、異なる時間の長さのために毎日繰り返されるmiTBI鈍い力傷害22 に続く学習を評価するためにこのアッセイを採用した。先に観察したように、損傷を受けていない魚は、16.4±3.5試験で5回連続陽性試験を達成するシャトルボックスを急速に習得した(図2B)。1つのmiTBIの後の1日,魚は行動を知るための試行回数の有意な増加を示す(40.25±12.65試験、p<0.05、 図2B)。この赤字は2 miTBIイベント(48±14.9試験)後に増加し、3 miTBI傷害(56.63±12.75試験、 図2B)の後にさらに上昇した。さらに、特異な傷害を受けたmiTBI魚と3つの傷害(p<0.05)との間の認知障害の有意な増加を観察した。
また、即時および遅延メモリパラダイムのプロトコルを使用して、miTBI イベントを繰り返し実行した後にメモリがどのように影響を受けるかを調べました (図 1A)。ナイーブの損傷を受けていない魚は、訓練期間と最初のテスト期間を与えられ、その後、魚の一部が即時記憶のために負傷し、他の魚は遅延メモリにアクセスするために4日間魚の施設に戻されました(図2C)。損傷を受けていない魚は、即時記憶(6.22%±4.7%)と遅延メモリ(6.13%±5.57%)の両方で、最初のテスト期間に比べて成功した試験の割合差がわずかに増加しています。次に、複数の鈍い力TBIイベントが記憶に及ぼす影響を調べた。miTBIの直後のメモリでは、かなりの赤字が見られたが、遅延メモリには見られなかった。単一のmiTBIに続いて、魚は損傷していない魚(p<0.0001、 図2C)と比較して、著しい即時記憶障害(-26.77%±8.93%)を示した。この傾向は、2x miTBI(-37.42%±10.01%)と3x miTBI(-39.71%)±11.39%の両方に続いて赤字が増加し、繰り返し傷害を伴って続いた。さらに、単一(1x)miTBIと3x miTBIで処理された魚の間で同様の用量効果を観察した(p<0.05, 図2C)。これらのデータは、miTBI魚の学習と記憶が減少し、損傷の数が増加し、赤字が大幅に増加し、上記のシャトルボックスアッセイおよびプロトコルがこれらの違いを検出するのに十分な感度を持っていることを示唆している。
図1:シャトルボックスアッセイ (A) 認知評価のための学習と記憶パラダイムの指導的概要(B)シャトルボックスアッセイ用に変換された大きなDNAゲルボックスの模式図。(C,D)試験中の刺激アプリケーションのグラフィカル表現。 この図の大きなバージョンを表示するには、ここをクリックしてください。
図2:ゼブラフィッシュは、鈍い力TBIに続く認知障害を示 す(A)sTBIに続いて、8、18、24ヶ月のゼブラフィッシュは、年齢層間で有意に異ならない学習障害を示す。年齢に一致した対照と比較してシャトルボックスパラダイムを学ぶ試験の数が4-5 dpiで損傷していないレベルに戻って1 dpiで観察されました。(B,C)繰り返しmiTBI魚は、用量依存的に学習(B)と記憶(C)の欠損の両方を示した。平均 ±sEMは A と Bにプロットされ、標準偏差±平均は Cにプロットされます。3つのグラフの各データポイントは、単一の成体ゼブラフィッシュを表しています。統計分析は、一方向または双方向のANOVAで実行され、続いてTukeyポストホックテストが行われました。# p<0.05, ## p<0.01. この図の大きなバージョンを表示するには、ここをクリックしてください。
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Discussion
認知障害は、生活の質に大きく悪影響を及ぼす可能性があります。集団全体で脳震盪や外傷性脳損傷の可視性と発生が増加しているため、認知障害を引き起こす方法と損傷を最小限または逆転させる方法を理解することが重要です。これらの理由から、認知機能低下をテストできるモデル生物は、これらの研究において重要な役割を果たす。げっ歯類は長い間神経行動と認知を調査する主要なモデルであったが、ゼブラフィッシュは発達、年齢関連、および認知障害17、20、23、24、25、26を獲得した様々な明確な行動を持つ有用なモデルとして出現した。認知を評価する様々な方法は、慣化の形で一次元学習から、複雑な学習や空間記憶、新規の物体と位置認識、および意思決定18、19、20、21、27、28に利用されてきた。しかし、これらの認知テストは、非連想認知のテストに限定されるか、複雑なセットアップ、機器への財政的投資、またはテストを実行する前に広範な時間のコミットメントを必要とします。対照的に、ここで説明するシャトルボックスと学習および記憶パラダイムは、費用対効果が高く、迅速に評価され、初心者の研究者によって容易に採用される複雑な連想学習アッセイを利用する。最も重要なことは、他の認知テストと一致して、我々のアッセイは、損傷していない魚が迅速に連想タスクを学習し、断続的なトレーニング29なしで数日後にタスクを記憶できることを示しています。
アッセイの適応性は、疾患進行または機械的介入の指標として、学習と記憶の様々な時点を調査する道を提供する。アッセイには2つの主要な特徴があります。まず、方法は簡単です。アッセイはすぐにセットアップされ、成功した試験と失敗した試験に関して明確で明確な終点を持ち、さまざまな研究者がアクセスできるようにします。このアッセイのシンプルさのために、シャトルボックスを正常に使用するために必要なトラブルシューティングはほとんどありません。第二に、アッセイは、柔軟性または1日に大量の魚を迅速に調べる能力を提供する他の認知試験と比較して非常に迅速です。学習を評価する時間は最低19.75分(図1)で、魚はシャトルボックスに順応するのに15分を必要とし(タンク探査によって決定される)、1回の失敗した試験(15の軽い刺激、15の回避刺激、30の試験の間)および5即時および連続陽性試験(<15の軽い刺激)。実際には、損傷を受けていない魚は6-30試験(19.75分-43.75分)を必要とし、極端な場合(重度の鈍力外傷に続く)、最も重度の赤字は100回の試験(113.75分)を必要とすることができることを観察した。記憶研究もまた急速に行われる。プロトコルの概要に従って、順応、トレーニング、および初期テストに必要な最小時間は67.5分(15分順応、15 sの光と衝撃の25回の反復、試験間の30の休息、および有害な刺激なしで初期テストのために繰り返す)です。即時または遅延メモリのいずれかを再テストするのに必要なのは、傷害、治療、または認知障害に関係なく、33.75分(15分順応、15 sの光刺激のみの25回、試験間の30の休息)だけです。
神経行動を評価する場合, さまざまなパラダイムは、肯定的なまたは不利な刺激を利用します。.古典的なTボックス迷路でよく使われる食物や社会的相互作用の形での肯定的な刺激は、学習したタスクの強い反応に役立ちます。しかし、正の関連を利用したアッセイは時間を犠牲にしてそうする。これに対し、有害刺激に応答してコンディショニングは、迅速な関連付けと強い行動応答を提供する一方で、それは有害な刺激を犠牲にしている。損傷を受けていない魚は、多くの場合、シャトルボックスアッセイを迅速に学び、したがって、衝撃の最小限の数を受けるため、結果として有害事象を持っていないようです。しかし、重度の認知障害を伴う神経学的に侵害された魚(TBI)は、かなりの数の試験と感電を必要とする。これらの複数の衝撃は、時折強壮性クローニック発作をもたらすことが観察されている。シャトルボックス内で強壮性クロニック発作を経験した魚は、直ちに取り除かれ、倫理的に安楽死させるべきです。安楽死魚に対するすべての試験は、発作事象を含め、統計学的分析において除外されるべきである。さらに、神経学的に損傷した被験者に対する感電は、シャトルボックスから生じる魚と原因ではない損傷した魚の間に意図しない違いを引き起こし得ることは注目に値する。そのため、神経行動評価を受けたすべての魚は、他の定量的な測定(血清バイオマーカー、IHCなど)に使用すべきではないことを示唆しています。また、この学習方法は視覚刺激に基づいており、視覚回路を損なう可能性のある損傷には適していないことを理解することも重要です。
我々の結果は、鈍い力TBIに続いて、ゼブラフィッシュがシャトルボックスアッセイで連想タスクを習得するための試験の増加をもたらす急速な認知障害を示すことを示している。同様の即時赤字はTBIのげっ歯類モデルで見られますが、これらの赤字は減少し、しばしば持続し、重要な30のままです。対照的に、ゼブラフィッシュは、傷害後7日以内に認知回復を示す。成体ゼブラフィッシュの再生能力は、テレンセフロン31、32の心室/室前房帯に既知の神経原性ニッチを有する9、10、11、12、13、14、15を十分に文書化されている。TBIに続く私たちのアッセイで観察された認知回復は、これらの神経原性ニッチが刺激され、組織および認知回復に役割を果たすかどうかを特定するために必要な試験に関する洞察を提供する。
結論として、シャトルボックスは、連想学習と記憶に関する認知の迅速な評価を提供します。アッセイは、最小限のコンベンツ機器を利用し、技術的に簡単です。将来のアプリケーションは、神経保護だけでなく、他の傷害パラダイムや神経変性モデルに関して神経学的に侮辱された魚への遺伝的および薬理学的介入を評価するために利用することができる。
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Disclosures
著者らは開示するものは何もない。
Acknowledgments
著者らは、ハイドラボのメンバーが思慮深い議論をしてくれたことに感謝し、ゼブラフィッシュケアと畜産のためのフライマンライフサイエンスセンターの技術者に感謝したいと考えています。この研究は、ノートルダム大学ノートルダム大学ゼブラフィッシュ研究センター、ノートルダム大学幹細胞再生医療センター、国立科学財団大学院研究フェローシッププログラム(JTH)NIH R01-EY018417(DRH)の国立眼科研究所からの助成金によって支援されました。 自由フェローシップのセンチネル(JTH)とパット・ティルマン奨学金(JTH)。図1 は BioRender.com で作られています。
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Flashlight | Ultrafire | 9145 | |
| Instant Ocean | Instant Ocean | SS15-10 | |
| Large DNA Gel Box | Fisher Scientific | FB-SB-1316 | Shuttle Box |
| Power Supply | Fisher Scientific | FB-105 |
References
- Deutsch, M., Mendez, M., Teng, E. Interactions between traumatic brain injury and frontotemporal degeneration. Dementia and Geriatric Cognitive Disorders. 39, 143-153 (2015).
- Gardner, R., et al. Traumatic brain injury in later life increases risk for Parkinson disease. Annals in Neurology. 77, 987 (2015).
- Fleminger, S., Oliver, D., Lovestone, S., Rabe-Hesketh, S., Giora, A. Head injury as a risk factor for Alzheimer's disease: the evidence 10 years on; a partial replication. Journal of Neurology, Neurosurgery and Psychiatry. 74, 857-886 (2003).
- Johnson, V., Stewart, W., Smith, D. Traumatic brain injury and amyloid-β pathology: a link to Alzheimer's disease. Nature Reviews Neurosciences. 11, 361-370 (2010).
- Korley, F. K., Kelen, G. D., Jones, C. M., Diaz-Arrastia, R. Emergency department evaluation of traumatic brain injury in the United States, 2009-2010. The Journal of Head Trauma Rehabilitation. 31, 379-387 (2016).
- Corrigan, J. D., Selassie, A. W., Orman, J. A. L.
- Levin, H., Arrastia, R. Diagnosis, prognosis, and clinical management of mild traumatic brain injury. The Lancet Neurology. 14, 506-517 (2015).
- GBD 2016 Traumatic Brain Injury and Spinal Cord Injury Collaborators. Global, regional, and national burden of traumatic brain injury and spinal cord injury, 1990-2016: A systematic analysis for the Global Burden of Disease Study 2016. The Lancet, Neurology. 18 (1), 56-87 (2019).
- Campbell, L. J., et al. Notch3 and DeltaB maintain Müller glia quiescence and act as negative regulators of regeneration in the light-damaged zebrafish retina. Glia. 69 (3), 546-566 (2021).
- Green, L. A., Nebiolo, J. C., Smith, C. J. Microglia exit the CNS in spinal root avulsion. PLoS Biology. 17 (2), 3000159 (2019).
- Hentig, J., Byrd-Jacobs, C. Exposure to zinc sulfate results in differential effects on olfactory sensory neuron subtypes in the adult zebrafish. International Journal of Molecular Sciences. 17 (9), 1445 (2016).
- Ito, Y., Tanaka, H., Okamoto, H., Oshima, T. Characterization of neural stem cells and their progeny in the adult zebrafish optic tectum. Developmental Biology. 342, 26-38 (2010).
- Lahne, M., Nagashima, M., Hyde, D. R., Hitchcock, P. F. Reprogramming Muller glia to regenerate retinal neurons. Annual Reviews of Vision Sciences. 6, 171-193 (2020).
- Kroehne, V., Freudenreich, D., Hans, S., Kaslin, J., Brand, M. Regeneration of the adult zebrafish brain from neurogenic radial glia-type progenitors. Development. 138 (22), Cambridge, England. 4831-4841 (2011).
- Kishimoto, N., Shimizu, K., Sawamoto, K. Neuronal regeneration in a zebrafish model of adult brain injury. Disease Models & Mechanisms. 5 (2), 200-209 (2012).
- Bhattarai, P., et al. Neuron-glia interaction through Serotonin-BDNF-NGFR axis enables regenerative neurogenesis in Alzheimer's model of adult zebrafish brain. PLoS Biology. 18 (1), 3000585 (2020).
- Kalueff, A., et al. Towards a comprehensive catalog of zebrafish behavior 1.0 and beyond. Zebrafish. 10 (1), 70-86 (2013).
- Chanin, S., et al. Assessing startle responses and their habituation in adult zebrafish. Zebrafish Protocols for Neurobehavioral Research. 66, Humana Press. (2012).
- López-Schier, H. Neuroplasticity in the acoustic startle reflex in larval zebrafish. Current Opinion in Neurobiology. 54, 134-139 (2019).
- Maheras, A. L., et al. Genetic pathways of neuroregeneration in a novel mild traumatic brain injury model in adult zebrafish. eNeuro. 5 (1), (2018).
- Gaspary, K. V., Reolon, G. K., Gusso, D., Bonan, C. D. Novel object recognition and object location tasks in zebrafish: Influence of habituation and NMDA receptor antagonism. Neurobiology of Learning and Memory. 155, 249-260 (2018).
- Hentig, J., Cloghessy, K., Dunseath, C., Hyde, D. R. A scalable model to study the effects of blunt-force injury in adult zebrafish. Journal of Visualized Experiments. , (2021).
- Wu, Y. J., et al. Fragile X mental retardation-1 knockout zebrafish shows precocious development in social behavior. Zebrafish. 14 (5), 438-443 (2017).
- Rea, V., Van Raay, T. J. Using zebrafish to model autism spectrum disorder: A Comparison of ASD risk genes between zebrafish and their mammalian counterparts. Frontiers in Molecular Neuroscience. 13, 575575 (2020).
- Zhdanova, I. V., et al. Aging of the circadian system in zebrafish and the effects of melatonin on sleep and cognitive performance. Brain Research Bulletin. 75 (2-4), 433-441 (2008).
- Yu, L., Tucci, V., Kishi, S., Zhdanova, I. V.
- Bahl, A., Engert, F. Neural circuits for evidence accumulation and decision making in larval zebrafish. Nature Neuroscience. 23 (1), 94-102 (2020).
- Ngoc Hieu, B. T., et al. Development of a modified three-day t-maze protocol for evaluating learning and memory capacity of adult zebrafish. International Journal of Molecular Sciences. 21 (4), 1464 (2020).
- Williams, F. E., White, D., Messer, W. S. A simple spatial alternation task for assessing memory function in zebrafish. Behavioural Processes. 58 (3), 125-132 (2002).
- Zohar, O., et al. Closed-head minimal traumatic brain injury produces long-term cognitive deficits in mice. Neuroscience. 118 (4), 949-955 (2003).
- Becker, C., Becker, T. Adult zebrafish as a model for successful central nervous system regeneration. Restorative Neurology and Neuroscience. 26 (2-3), 71-80 (2008).
- Grandel, H., Kaslin, J., Ganz, J., Wenzel, I., Brand, M. Neural stem cells and neurogenesis in the adult zebrafish brain: origin, proliferation dynamics, migration, and cell fate. Developmental Biology. 295 (1), 263-277 (2006).
