Die Doppel-H Maze: A Robust Verhaltenstest für Lernen und Gedächtnis in Nagetiere

Das übergeordnete Ziel des folgenden Experiments ist es, das räumliche Arbeitsgedächtnis und Nagetiere zu untersuchen und ihre Lern- und Verhaltensstrategie zu bewerten. Dies wird erreicht, indem zunächst ein Doppel-H-Labyrinth konstruiert wird, um die Lern- und Gedächtnisleistung zu bewerten. In einem zweiten Schritt werden die Tiere vor dem Verhaltenstraining an die Umgebung des Labyrinths gewöhnt.

Als nächstes werden die Tiere täglich im Labyrinth mit einem egozentrischen Lernparadigma trainiert, um eine gewohnheitsmäßige Reaktion zu entwickeln. Alternativ kann ein allozentrisches Paradigma verwendet werden, um eine Ortsreaktion zu entwickeln. Der letzte Schritt besteht darin, die Lernstrategie des Tieres in einem Sondenversuch zu bewerten, bei dem die Ausgangsposition verändert und das Muster entfernt wird.

Die Ergebnisse geben einen Einblick in die Wahl der Lernstrategie, die im Labyrinth auf der Grundlage der Aufzeichnungen des Tierverhaltens angewendet wird. Der Hauptvorteil dieser Technik gegenüber bestehenden Methoden, wie dem achtarmigen Radiolabyrinth oder dem Morris-Wasserlabyrinth, besteht darin, dass sie in nur zwei Tagen schnell erworben werden kann und es dem Experimentator ermöglicht, die Art von Strategie zu steuern, die vom Tier gelernt werden soll. Diese Methode kann helfen, Schlüsselfragen im Bereich des Verhaltens zu beantworten, wie z.B. das dynamische Zusammenspiel zwischen dem prozeduralen und dem deklarativen Gedächtnissystem und wie diese Systeme von verschiedenen Behandlungsmodalitäten beeinflusst werden.

Verfahren wird von Dr. Richard Pinnell, einem Postdoc aus dem Labor für Neuroelektronische Systeme, demonstriert. Der erste Schritt besteht darin, das Doppel-H-Labyrinth zu konstruieren. Das Labyrinth besteht aus einer zentralen Gasse, die von drei parallel verlaufenden Armen durchquert wird.

Jeder Gang ist 20 Zentimeter breit und von hohen transparenten Plexiglaswänden umgeben. Die Wände werden mit Spezialkleber, z. B. agri fix und Schrauben, gesichert und in allen Innenwinkeln wasserdicht gemacht. Zuerst wird das Plexiglas zugeschnitten und die inneren Fugen verklemmt.

Die schützende Kunststoffbeschichtung wird in der Nähe der zu verklebenden Fuge entfernt und alle Staubpartikel werden mit einem Reinigungsmittel entfernt. Die beiden Seiten werden in eine 90-Grad-Form gebracht, und ein spezielles Klebeband wird verwendet, um die Enden abzudichten, um ein Auslaufen des Klebers zu verhindern. Während des Aushärtungsprozesses wird der Kleber durch Mischen eines Polymerisationsmittels hergestellt und vorsichtig gerührt. Der Croix-Kleber wird mit einer druckluftbetriebenen Spritze aufgetragen.

Anschließend wird die Fuge fixiert und wasserdicht gemacht und darf aushärten. Für die Entwässerung sollte ein Auslass innerhalb des Labyrinths platziert werden. Stellen Sie das Labyrinth auf einen Tisch, der den Zugang zu allen Seiten ermöglicht.

Gut kontrastreiche Hinweise sollten an den umgebenden Wänden platziert werden. Beschriften Sie als Nächstes den Nord- und Südarm, um sich später während der Videoanalyse zu orientieren. Positionieren Sie abschließend eine Kamera über dem Labyrinth, um das Verhalten der Tiere nach dem Test zu analysieren.

Schalten Sie die Kamera ein, um die Bewegungen des Tieres vor jedem Versuch aufzuzeichnen. Um sich auf die Vortrainingsphase vorzubereiten, füllen Sie das Labyrinth mit transparentem Wasser bis zu einer Höhe von etwa 17 Zentimetern. Das Vortraining kann einen Tag vor oder am selben Tag wie die Trainingseinheiten stattfinden.

Halten Sie die Wassertemperatur zwischen 21 und 23 Grad Celsius, um den Ratten einen Anreiz zu geben, die Fluchtplattform zu suchen. Füllen Sie das Labyrinth am Tag vor dem Test mit Wasser, damit sich die Wassertemperatur stabilisieren kann. Unabhängig von der Startposition blockieren Sie den Einstieg in den gegenüberliegenden Arm immer mit einer transparenten Guillotine-Tür.

Wenn du bereit bist, löse die Ratte von der Extremität eines der Mittelarme. Wenn du die Fluchtplattform erreichst, lass die Ratte etwa 15 Sekunden lang ruhen und ihre Umgebung beobachten. Führen Sie vier aufeinanderfolgende Versuche mit mindestens 10 Sekunden Pause zwischen den Versuchen durch.

Um mit dem Training zu beginnen, stellen Sie die Fluchtplattform aus ihrer Position vor dem Training auf den gewählten Arm und fügen Sie Wasser hinzu, um die Plattform bis zu einem Zentimeter unter die Wasseroberfläche zu tauchen. Als nächstes machen Sie das Wasser undurchsichtig, indem Sie 250 Gramm Magermilchpulver untermischen. Mische zuerst das Milchpulver und das Wasser in einer separaten Flasche vor und verteile diese Mischung an mehreren Stellen im Labyrinth.

Durch Rühren wird die Homogenität des Labyrinthwassers schneller erreicht. Lassen Sie die Ratten, wie bereits gezeigt, aus einer Mittelgasse los und stellen Sie sicher, dass der Zugang zum gegenüberliegenden Arm blockiert ist. Beobachten Sie nach dem Loslassen das Verhalten des Tieres und zeichnen Sie seine Leistung entweder manuell oder mit einer Videokamera auf.

Wenn die Zielplattform nicht innerhalb von 60 Sekunden erreicht wird, führen Sie die Ratte vorsichtig zur Fluchtplattform und lassen Sie die Ratte dort ausruhen und ihre Umgebung beobachten. Für etwa 15 Sekunden wird die Ratte dann herausgenommen und vor dem nächsten Versuch mit einem Handtuch trocken aufgelockert. Das ist wichtig, damit die Ratten in den nächsten vier Tagen nicht unterkühlt werden.

Befolgen Sie das grundlegende Schulungsprotokoll. Lassen Sie die Ratten entweder aus dem nördlichen oder südlichen Startarm in einer unvorhersehbaren Reihenfolge los, so dass beide Arme zweimal verwendet werden. Entfernen Sie die Fluchtplattform, um die Sondenversuche am sechsten Tag durchzuführen.

Lösen Sie die Ratte von einem anderen Arm als dem, der während des Trainings verwendet wurde. Wenn sie zum Beispiel im Nordarm freigelassen wird, der vom Nordostarm losgelassen wird, während der Südostarm geschlossen ist, lassen Sie die Ratte maximal 60 Sekunden lang schwimmen. Lassen Sie die Ratte für jeden von vier Trainingsversuchen täglich aus demselben Startarm los.

Entfernen Sie am sechsten Tag die Fluchtplattform für den Sondenprozess. Lassen Sie die Ratte aus einem anderen Arm los als dem, an dem sie während des Versuchs freigelassen wurde. Lassen Sie die Ratten 60 Sekunden lang schwimmen.

Nach dem Testen. Überprüfen Sie die von der Overhead-Kamera aufgenommenen Aufnahmen, verfolgen Sie manuell die Reaktion, Latenzen, anfängliche und sich wiederholende Fehler, erste Entscheidungen und Antworttypen. Führen Sie schließlich eine statistische Analyse in Bezug auf Antwortfehler, Latenzen zum Erreichen des Ziels und die im Zielarm verbrachte Zeit durch.

In diesem Diagramm sind die Fehlerzonen des Labyrinths grau und die geschlossenen Arme sowohl für die südliche als auch für die nördliche Startposition schwarz hervorgehoben. Die schraffierte Linie zeigt einen beispielhaften Schwimmpfad, auf dem die Ratte alle vier Fehlerzonen besucht. Vor dem Erreichen der Fluchtplattform stellen diese repräsentativen Schwimmspuren die Bewegung während des Sondenversuchs dar.

Nach allozentrischem Training, nach egozentrischem Training, trainieren Ratten entweder vom Nord- oder Südarm aus zu starten, was hauptsächlich prozedurale Reaktionen zeigt, wenn ihre Startposition nach links verschoben wird. Ratten, deren Startarm um 180 Grad gedreht war, zeigten jedoch eine höhere Anzahl von Ortsreaktionen. Andere typische Schwimmstrecken sind sowohl für die scheinoperierte als auch für die neonatale ventrale Hippocampus-Läsionsgruppe während der Trainingsphase dargestellt.

Beachten Sie den Leistungsunterschied. Beim vierten Trainingsversuch während der Sondensitzung wurde der ursprüngliche Startarm verschlossen und die Ratten wurden aus dem südwestlichen Arm freigelassen. Einmal gemeistert, kann diese Technik in weniger als fünf Minuten ausgeführt werden, wenn sie richtig ausgeführt wird.

Wenn du dieses Verfahren versuchst, ist es wichtig, daran zu denken, das Milchwasser jeden Tag zu wechseln, da es sonst ranzig wird. Seit seiner Entwicklung hat dieses Verfahren Forschern auf dem Gebiet des Verhaltens den Weg geebnet, prozedurale und deklarative Gedächtnissysteme bei wachen Tieren zu erforschen.